Расчет горения топлива. Теплотехнический расчет туннельной печи

Теплотехнический расчет туннельной печи

Расчет горения топлива

Состав топлива:

СО₂=0,4%; СН₄=95,1%; С₂Н₆=1,1%; С₃Н₈=0,3%; С₄Н₁₀=0,03%; С₅Н₁₂=0,02%; N₂=3,05%;.

Пересчитываем состав топлива с учетом количества влаги, которое рассчитываем по формуле:

Н₂О=(100*W)/(804+W),

где: W – влагосодержание, выбираем из таблицы.

Н₂О=(100*19)/(804+19)=2,31%

Состав топлива пересчитываем на влажный:

К^вл=(К^сух*(100-Н₂О))/100,

где: К^сух и К^вл - содержание в газе составляющих компонентов, соответственно в сухом и во влажном состоянии.

СО₂^вл=(0,4*(100-2,31))/100=0,39%

СН₄^вл=(95,1*(100-2,31))/100=92,91%

С₂Н₆^вл=(1,1*(100-2,31))/100=1,074%

С₃Н₈^вл=(0,3*(100-2,31))/100=0,293%

С₄Н₁₀^вл=(0,03*(100-2,31))/100=0,029%

С₅Н₁₂^вл=(0,02*(100-2,31))/100=0,019%

N₂^вл=(3,05*(100-2,31))/100=2,979%

Н₂О=2,31%

∑=100%

Расчет теоретического количества кислорода и выхода продуктов горения при сжигании 1м³ представлены в таблице 9.1.

Таблица 9.1. Расход кислорода и выход продуктов горения при сжигании топлива.

Газ	Реакция горения	Необходимые продукты горения
Компонент	м^3	О2	СО2	Н2О	N2	∑
СН4	0,929	СН4+2О2=СО2+2Н2О	1,858	0,929	1,858	-	4,645
С2Н6	0,01074	С2Н6+3,5О2=2СО2+3Н2О	0,0376	0,0215	0,032	-	0,0911
С3Н8	0,00293	С3Н8+5О2=3СО2+4Н2О	0,015	0,0088	0,012	-	0,0358
С4Н10	0,00029	С4Н10+6,5О2=4СО2+5Н2О	0,0019	0,0012	0,0015	-	0,0046
С5Н12	0,00019	С5Н12+8О2=5СО2+6Н2О	0,0016	0,001	0,0012	-	0,0038
N2	0,0298	-	-	-	-	0,0298	0,0298
Н2О	0,0231	-	-	-	0,0231	-	0,0231
∑		-	1,914	0,962	1,928	0,298	4,83

Принимаем содержание азота в воздухе - 79%, кислорода - 21%, соотношение азот: кислород равно:

N₂/О₂=3,77.

Определяем теоретический расход воздуха на сжигание 1 м³ газа:

V_N2^T=V_О2^T*3,77

V_N2^T=1,914*3,77=7,216 м³

V_возд^T=V_О2^T+V_N2^T=1,914+7,216=9,13 м³.

При определении практического объема воздуха для сжигания необходимо учитывать коэффициент избытка воздуха. Принимаем его значение равным - α=1,2

V_в^пр=V_в^T*α=9,13*1,2=10,96 м³;

V_О2^пр=V_О2^Т*α=1,914*1,2=2,297 м³;

V_N2^пр=V_N2^T*α=7,216*1,2=8,66 м³.

Определим избыток кислорода в продуктах сгорания:

V_О2^изб=V_О2^пр-V_О2^т=2,279-1,914=0,382 м³.

По i – d диаграмме определяем влагосодержание воздуха при температуре 19 ⁰С и влажности φ=70% - d=11 г/кг.

Зная влагосодержание, определяем объем влажного воздуха на горение:

V_в^вл=V_в^пр*(1+0,0016*d)=10,96*(1+0,0016*11)=11,15 м³.

Определяем количество влаги, которая вносится атмосферным воздухом:

V_Н2О=V_в^вл-V_в^пр=11,5-10,96=0,19 м³.

Данные расчетов заносим в таблицы 9.2 и 9.3.

Таблица 9.2. Выход продуктов горения при сгорании 1м³ газа

Наименование продуктов горения	Количество продуктов горения
М^3	%
СО2	0,962	7,916
О2	0,383	3,151
N2	8,69	71,505
Н2О	2,118	17,428
∑	12,153

Таблица 9. 3. Материальный баланс процесса горения топлива в расчете на 100м³ газа

Компоненты	Приход	Компоненты	Расход
Расчет	кг	Расчет м^3 в кг	кг
Природный газ	Продукты горения
СН4	92,913*0,717	66,619	СО2	0,962*1,977	190,187
С2Н6	1,075*1,356	1,458	О2	2,118*0,804	170,287
С3Н8	0,293*2,02	0,592	N2	8,69*1,215	1087,119
С4Н10	0,029*2,084	0,06	Н2О	0,383*1,429	54,731
С5Н12	0,02*3,218	0,064
N2	2,98*1,251	3,73
Н2О	2,31*0,804	1,857
Расчет процессов горения воздуха
О2	2,297*1,429*100	328,241
N2	8,66*1,251*100	1083,36
Н2О	0,19*0,804*100	15,776
∑		1501,14			1502,324

Невязка баланса равна:

Н = (1502,324-1501,14)/1502,324*100%=0,08%

Определяем теплоту сгорания топлива:

Q_н^р=358,2*N_(СН4)+637,5*N_(С2Н6)+912,5*N_(С3Н8)+1186,5*N_(С4Н10)+1460,8* *N_(С5Н12)

где: N_(СН4), N_(С2Н6) и т.д. – содержание соответствующих компонентов в газообразном топливе, % объема.

Q_н^р=358,2*92,913+637,5*1,075+912,5*0,293+1186,6*0,029+1460,8*0,02=

=34297,7 кдж/м³.

11. Теплосодержание продуктов сгорания топлива определяется как сумма произведений теплосодержаний, составляющих газов на их объем.

Баланс тепла в зоне горения топлива:

Q_н^р+С_т*t_т+С_в*t_в*V_в-q_дис=V_п.г.*i_п.г.,

где: Q_н^р – тепла сгорания топлива, кдж/м³;

С_тt_т – физическое теплосодержание топлива;

С_вt_в – физическое теплосодержание воздуха;

V_в – объем воздуха для сжигания 1 м³ газа;

V_п.г. – объем продуктов сгорания;

i_п.г. – теплосодержание продуктов горения.

i_п.г.=(Q_н^р+С_т*t_т+С_в*t_в*V_в-q_дис)/V_п.г.

Величинами С_тt_т и q_дис пренебрегаем, т.к. они малы.

i_п.г.=(34297,7+814,4*0,25*11,15)/12,153=3008,96 кдж/м³.

Считаем, что 25% воздуха подогрето до 600 ⁰С, i_п.г. находим в справочнике [ ].

Находим калориметрическую температуру по графику зависимости теплосодержания от температуры: t_к=1850⁰С. Зависимость теплосодержания от температуры представлена в табл. 9.4.

Таблица 9.4. Зависимость теплосодержания от температуры

Продукты горения	Содержание продуктов горения, м^3
Энтальпия	Теплосодержание	Энтальпия	Теплосодержание
СО2	0,079	4305,1	340,1	4574,3	361,37
О2	0,174	3458,5	601,78	3690,4	642,13
N2	0,715	2643,7	1890,25	2804,4	2005,12
Н2О	0,0315	2797,7	88,13	2967,3	93,47
∑			2920,26		3102,12

Дата добавления: 2015-07-25