Расчет процесса горения газообразного топлива

       1 Расчет  процесса горения газообразного  топлива

Топливо – газ Ухтинскрго месторождения.

    Состав по горючей массе:

CH₄=95.3%

CO₂=0,3%

N₂=4.4%

Газообразное топливо состоит  из:

горючая часть: CH₄.

не горючая часть: CO₂, N₂.

    Составляем химические реакции горения горючих элементов, входящих в состав топлива:

1. CO+ ½·O₂=CO₂
2. CH₄+2·O₂= CO₂+2·H₂O

 

   Определяем теоретический  расход воздуха, необходимый для  горения по формуле:

V_теор.=( 2∙СН₄+)/(0.21·100),

где 0,21 – объёмная доля кислорода  в воздухе;

         CH₄,– процентное содержание горючих газов,  

          входящих  в состав топлива.

      V_теор.=(2·95,3)/(0.21·100)=9.076 м³/м³,

    Определяем действительный расход воздуха, необходимый для горения по формуле:

V_действ.= α · V_теор. м³/м³

где α – коэффициент избытка воздуха; α=1,05-1,2

       V_теор.  – теоретический расход топлива.

 V_действ.= 1,1· 9,076 = 10,61 м³/м³.

 

Определяем состав дымовых газов  и их количество.

 Дымовые газы состоят  из: СO_{2 ,} H₂O_, N₂,

1)V_co2=(CH₄+ СO₂)/100=(95,3+0,3)/100=

=0,956  м³/м³,

2)VH₂O=(2·CH₄+3C₂H₆+4С₃Н₈+5С₄Н₁₀)/100=(2∙88+3∙1,9+4∙0,2+5∙0,3)/100=1,85 м³/м³,

3)V_N2= N₂/100+0,79· V_действ,

где 0,79 – объёмная доля азота в  воздухе;

       V_действ.– действительный расход воздуха, м³/м³.

     V_N2= 9,3/100+0,79· 10,61=8,47 м³/м³.

4) V_Оизб=0.21·( V_дeйств – V_теор  ),

где 0,21 – объёмная доля кислорода  в воздухе;

     V_Оизб=0.21·(10,61–8,84)= 0,4 м³/м³. 

     Пересчитываем дымовые газы из объёмных долей в массовые по формуле:

m=V · ρ,

где m – масса, кг;

      V – объём, м³;

      ρ – плотность, кг/м³.

1)m(CO₂)=V(CO₂) · ρ(CO₂)

   ρ(CO₂) = M(CO₂)/22,4= 44/22,4=1,96 кг/м³.

   m(CO₂)=0,94 · 1,96=1,84кг;

2) m(H₂O)=V(H₂O) · ρ(H₂O)

    ρ(H₂O) = M(H₂O)/22,4=18/22,4=0,8 кг/м³.

    m(H₂O)=1,85 · 0,8= 1,48кг;

3) m(N₂)=V(N₂) · ρ(N₂)

    ρ(N₂) = M(N₂)/22,4=28/22,4=1,25 кг/м³.

    m(N₂)=8,47 · 1,25= 10,59кг;

4) m(O_2изб)=V(O_2изб) · ρ(O_2изб)

    ρ(O_2изб) = M(O_2изб)/22,4=32/22,4=1,43 кг/м³.

    m(O_2изб)=0,4 · 1,43=0,53кг.

 

  Переводим топливо и воздух из объёмных долей в массовые:

1. m_возд=V_дeйств· ρ_возд

 ρ_возд= 1,29 кг/м³.

 m_возд=10,61 · 1,29= 13,69кг.

2. m_топл=V_топл · ρ_топл

      ρ_топл= М_топл/22,4

 

    Определяем плотность и объёмные доли элементов топлива:

1)  r(CH₄)= V(CH₄)/100=88/100=0,88

2)  r(C₂H₆)= V(C₂H₆)/100=1,9/100=0,019

 3)  r(С₃Н₈)= V(С₃Н₈)/100=0,2/100=0,002

4) r(С₄Н₁₀)= V(С₄Н₁₀)/100=0,3/100=0,003

5) r(N₂)= V(N₂)/100=9,4/100=0,093

6) r (О₂) =V(О₂)/100=0,4/100=0,004

М_топл=M(CH₄)·r(CH₄)+M(C₂H₆)·r(C₂H₆)+M(С₃Н₈)·r(С₃Н₈)+М(С₄Н₁₀)∙r(С₄Н₁₀)+ M(N₂)·r(N₂)+M(O₂)·r(O₂)=0,88∙16+0,019∙30+0,002∙44+0,003∙58+

+0,093∙28+0,004∙32=17,644кг 

       ρ_топл= М_топл/22,4= 17,644/22,4=0,79 кг/м³,

Рассчитаем массу топлива

       m_топл=1· ρ_топл= 1 · 0,79 = 0,79 кг.

 

Проверяем правильность расчетов путем составления таблицы 1 материального  баланса

    Таблица 1

приходные статьи	количество		расходные статьи	количество
	кг	%		кг	%
Топливо         Воздух	0,79         13,69	5,5         94,5	Продукты  сгорания СО2 Н2О N2 О2	1,84 1,48 10,59 0,53	12,74 10,25 73,3 3,7
Итого	14,48	100	Итого	14,44	100

 

Невязка баланса:

Н=(Б-М)/Б·100%  

Н=((14,48-14,44)/14,48)·100=0,3%

Н<1%

 

 Расчет температуры горения:

    Расчет температуры горения выполняется на основании теплового баланса процесса горения методом подбора.

Q^р_н = m_п.г.· С^t_п.г.· t_x

где m_п.г – масса продуктов сгорания;

      Q^р_н – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

      С^t_п.г –теплоемкость продуктов горения при их температуре, кДж/кг·К

      t_x – исходная температура, ⁰С.

Для того чтобы найти температуру, нужно получить неравенство 

Q₁< Q^р_н< Q₂

Определяем низшую рабочую  теплоту сгорания топлива

Q^р_н = 358·CH₄+637·C₂H₄+912∙С₃Н₈+1187∙С_4;Н₁₀ , (КДж/кг)

где 358, 637, 912,1187 – тепловые эффекты  реакций окисления;

CH₄,C₂H₄,С₃Н₈,С_4;Н₁₀ – процентное содержание горючих элементов,     входящих в состав топлива, %.

Q^р_н=358∙88+637∙1,9+912∙0,2+1187∙0,3=33252,8 КДж/кг.

Произвольно задаемся температуройt_1, и определяем количество тепла Q₁, которую имели бы продукты сгорания при этой температуре.

Задаемся t₁=1700, ^оС, тогда:

Q₁ = t₁·( m_co2·C_co2+m_н2о·C_н2о+m_N2·C_N2+m_о2·C_о2), кДж.

где m – массовая доля продуктов сгорания;

       С – теплоемкость  продуктов горения, кДж/кг·К.

Q₁=1700·(0,08∙2,3743+0,2∙1,8696+0,73∙1,4612+0,03∙1,5462)=

=31913кДж. 

Далее задаёмся температурой t₂, и определяем количество

тепла Q₂ , которую принимают продукты сгорания при температуре t₂,

 t₂= t₁+100= 1700+100=1800 ⁰С.

Q₂ = t₂·( m_co2·C_co2+m_н2о·C_н2о+m_N2·C_N2+m_о2·C_о2), кДж.

Q₂=1700·(0,08∙2,3915+0,2∙1,9213+0,73∙1,4687+0,03∙1,5541)=

=34000,56 кДж.

Получили неравенство 

Q₁ < Q^р_н < Q₂

31913<33252,8<34000,56

Определяем теоретическую  температуру горения топлива:

t _x = t₁ + ((Q^р_н - Q₁ ) · ( t₂ - t₁ )) / ( Q₂ – Q₁ ), ^оС.

t_x=1700+((33252,8–31913)·(1800–1700))/(34000,56–31913)=

=1764,2^оС.

Определяем действительную температуру горения топлива:

t _д = t _x · ŋ, ⁰С

где ŋ – пирометрический коэффициент, ŋ = 0,75-0,85.

t _д = 0.75 · 1764,2 = 1393,7 ^оС

 

МИНИСТЕРСТВО АРХИТЕКТУРЫ  И СТРОИТЕЛЬСТВА РБ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ : «БЕЛОРУСКИЙ ТЕХНИКУМ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

 

 

 

 

МЕТОДИКА

РАСЧЕТ ГАЗООБРАЗНОГО  ТОПЛИВА

 

 

 

                                                         Разработал преподаватель :

                                                                                                                  Веремейчик М.Н.

 

                                                                                                                   Рассмотрено и утверждено на  заседании

                                                                                                                   предметной цикловой комиссии                                            

                                                                                                                   технологических и теплотехнических                     

                                                                                                                    дисциплин

 

 

                                                                                                Протокол №------от--------200—г.

 

 

Г. Минск