3 Расчет печи
3.1 Расчет горения топлива
Расчет проводился по методике [3].
Определяем расход воздуха, количества и состава продуктов сгорания газового топлива. В качестве топлива в данной печи применяется природный газ.
Таблица 3.1. Состав газа в Заполярном месторождении
Месторождение |
Состав сухого газа в % (объемных) |
о |
QРн |
||||||
газа |
CH4 |
C2H6 |
CO2 |
N2 |
H2S |
кг/м3 |
МДж/м3 |
||
Заполярное |
98,5 |
0,1 |
0,2 |
1,2 |
1,1 |
0,729 |
35,38 |
||
Коэффициент расхода воздуха принимается α = 1,10
Порядок расчета:
1. Полный состав исходного газа приводится на 100 м3 газа.
2.
По реакциям для всех горючих компонентов
рассчитывается по формуле (3.1) необходимое
количество кислорода
(в
м3)
для теоретически полного сжигания газа
при =1.
= k ∙ Vг, м3, (3.1)
где k – количество кислорода необходимое для сжигания данного газа, моль; Vг – количество данного сжигаемого газа, м3.
3.
По формуле (3.2) рассчитается количество
азота
в
м3,
которое будет принесено вместе с
необходимым для реакций горения
кислородом.
= 3,762
м3,
(3.2)
где — суммарное количество кислорода в м3, необходимое для полного сгорания 100 м3 газа.
4. Рассчитывается по реакциям горения состав продуктов сжигания с учетом наличия в исходном газе CO2, H2O и N2.
Все результаты заносятся в таблицу и рассчитывается процентная доля каждого компонента, как для воздуха, так и для получаемых продуктов сгорания при =1.
5. По заданному коэффициенту расхода воздуха ( = 1,07) определяется необходимое количество кислорода:
м3
(3.3)
и приносимого с кислородом азота:
=
3,762
м3
(3.4)
6. Рассчитается количество азота в продуктах сгорания при заданном :
=
+
м3
(3.5)
где — количество азота, содержащегося в исходном газе, м3.
Все результаты заносятся в последнюю строку таблицы 3.2 и рассчитывается процентная доля каждого компонента, как для воздуха, так и для получаемых продуктов сгорания при = 1,07, включая избыточный кислород, остающийся в продуктах сгорания:
V
= V
-
,
м3,
(3.6)
7. Правильность расчета проверяется путем составления материального баланса в единицах массы (таблица 3.3). Для этого плотность 0 (при нормальных условиях, т.е. t=00C и p=0,1 МПа) всех компонентов топлива, воздуха и продуктов сгорания находится как частное от деления молекулярной массы на объем, занимаемый одним киломолем компонента.
Погрешность при составлении баланса не должна превышать 2%
Таблица 3.2 Состав газового топлива, расход воздуха, состав и количество
продуктов сгорания (на 100 м3 газового топлива)
Газовое топливо, м3 |
Воздух, подаваемый для сжигания 100 м3 газа, м3 |
Полученные продукты сгорания, м3 |
|||||||||||||||
состав |
м3 |
О2 |
N2 |
всего |
CO2 |
H2O |
О2 |
N2 |
всего |
||||||||
CH4 |
98,5 |
197 |
197,35 3,762 = 742,43 |
197,35 +742,43 = 939,78 |
98,5 |
197 |
— |
742,43 (из воз- духа) |
— |
||||||||
C2H6 |
0,1 |
0,35 |
0,2 |
0,3 |
|
|
|||||||||||
CO2 |
0,2 |
— |
0,2 |
— |
|
|
|||||||||||
N2 |
1,2 |
— |
— |
— |
|
|
|||||||||||
Всего при |
|||||||||||||||||
=1,00 |
м3 % |
197,35 (21,00) |
742,43 (79,00) |
939,78 (100,00) |
98,9 (9,51) |
197,3 (18,97) |
— |
743,63 (71,51) |
1039,83 (100,00) |
||||||||
=1,10 |
м3 % |
217,09 (21,00) |
816,67 (79,00) |
1033,76 (100,00) |
108,57 (9,46) |
217,03 (18,91) |
4,08 (0,36) |
817,99 (71,27) |
1147,68 (100,00) |
||||||||
Таблица 3.3 Материальный баланс для проверки расчета
Поступило газовых компонентов в кг |
Получено продуктов сгорания в кг |
|||||
в расчете на 100 м3 газа при =1,10 |
при их объеме 1147,68 м3 |
|||||
CH4 |
98,5 · 0,704 = 69,344 |
CO2 |
111,10 · 1,964=218,200 |
|||
C2H6 |
0,1 · 1,339 = 0,1339 |
H2O |
203,70 · 0,804=163,775 |
|||
N2 |
1,2 · 1,250 = 1,5 |
О2 |
- |
|||
Всего |
газа 71,371 кг |
N2 |
817,99 · 1,250=1022,488 |
|||
Воздух (с =1,10) 1033,758 м3 |
Всего получено 1404,46 кг |
|||||
В том числе, кг |
|
|
||||
О2 |
217,09 · 1,429= 310,223 |
|
|
|||
N2 |
816,67 · 1,250=1020,838 |
|
|
|||
Всего |
воздуха 1331,06 кг |
|
|
|||
Всего поступило газа и воздуха (с =1,10) 1402,43 кг |
|
|
||||
Невязка баланса составляет: (1402,43 – 1404,46) / 1402,43 · 100 = 0,14, то есть много меньше допустимых 2%.