
9. Теплотехнический расчет туннельной печи
9.1. 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:
Квл=(Ксух*(100-Н2О))/100,
где: Ксух и Квл - содержание в газе составляющих компонентов, соответственно в сухом и во влажном состоянии.
СО2вл=(0,4*(100-2,31))/100=0,39%
СН4вл=(95,1*(100-2,31))/100=92,91%
С2Н6вл=(1,1*(100-2,31))/100=1,074%
С3Н8вл=(0,3*(100-2,31))/100=0,293%
С4Н10вл=(0,03*(100-2,31))/100=0,029%
С5Н12вл=(0,02*(100-2,31))/100=0,019%
N2вл=(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 |
м3 |
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 |
- |
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:
VN2T=VО2T*3,77
VN2T=1,914*3,77=7,216 м3
VвоздT=VО2T+VN2T=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
Vвпр=VвT*α=9,13*1,2=10,96 м3;
VО2пр=VО2Т*α=1,914*1,2=2,297 м3;
VN2пр=VN2T*α=7,216*1,2=8,66 м3.
Определим избыток кислорода в продуктах сгорания:
VО2изб=VО2пр-VО2т=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:
Vввл=Vвпр*(1+0,0016*d)=10,96*(1+0,0016*11)=11,15 м3.
Определяем количество влаги, которая вносится атмосферным воздухом:
VН2О=Vввл-Vвпр=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 |
|
М3 |
% |
|
СО2 |
0,962 |
7,916 |
О2 |
0,383 |
3,151 |
N2 |
8,69 |
71,505 |
Н2О |
2,118 |
17,428 |
∑ |
12,153 |
100 |
Таблица 9. 3. Материальный баланс процесса горения топлива в расчете на 100м3 газа
Компоненты |
Приход |
Компоненты |
Расход |
||
Расчет |
кг |
Расчет м3 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:
Qнр=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.
Qнр=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:
Qнр+Ст*tт+Св*tв*Vв-qдис=Vп.г.*iп.г.,
где: Qнр – тепла сгорания топлива, кдж/м3;
Стtт – физическое теплосодержание топлива;
Свtв – физическое теплосодержание воздуха;
Vв – объем воздуха для сжигания 1 м3 газа;
Vп.г. – объем продуктов сгорания;
iп.г. – теплосодержание продуктов горения.
iп.г.=(Qнр+Ст*tт+Св*tв*Vв-qдис)/Vп.г.
Величинами Стtт и qдис пренебрегаем, т.к. они малы.
iп.г.=(34297,7+814,4*0,25*11,15)/12,153=3008,96 кдж/м3.
Считаем, что 25% воздуха подогрето до 600 0С, iп.г. находим в справочнике [ ].
Находим калориметрическую температуру по графику зависимости теплосодержания от температуры: tк=18500С. Зависимость теплосодержания от температуры представлена в табл. 9.4.
Таблица 9.4. Зависимость теплосодержания от температуры
Продукты горения |
Содержание продуктов горения, м3 |
1800 |
1900 |
||
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 |