4.1 Расчёт горения топлива

Природный газ Дашавского месторождения.

Состав сухого газа свожу в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 Состав сухого газа

						сумма
98,0	0,3	0,1	0,1	0,3	1,2	100,0

Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха α = 1,1. Воздух, идущий для горения, нагревается до температуры 500 ⁰С.

Принимаю содержание влаги в газе 1,0% . Пересчитываю состав сухого газа на влажный рабочий газ:

= · =98,0·0,99=97,02% (4.1)

Другие составляющие газа остаются без изменений.

Состав влажного газа свожу в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 Состав газа влажного, %

						Н2О	сумма
97,02	0,3	0,1	0,1	0,3	1,2	1,0	100,0

Определяю теплоту сгорания газа по формуле:

Q_н = 358, 2·СН₄ + 637, 5·С₂Н₆ + 912, 5·С₃Н₈ +1186, 5·С₄Н₁₀+ +1460,8·С₅Н₁₂+231·Н₂S (4.2)

Q_н = 358, 2·97,02 + 637, 5·0,3 + 912, 5·0,1 +1186, 5·0,1+1460,8·0+231·0 =

35153,71 кДж/нм³.

Нахожу теоретически необходимое количество сухого воздуха по формуле:

L₀ = 0,0476·(2СН₄+3,5С₂Н₆+ 5С₃Н₈+6,5С₄Н₁₀+ 8С₅Н₁₂+1,5·Н₂S) (4.3)

L₀ = 0, 0476· (2· 97,02+3,5·0,3+ 5·0,1+6, 5·0,1+8·0+1,5·0) = 9,34 нм³/нм³

Принимаю влагосодержание атмосферного воздуха d = 10 г/кг сухого воздуха, и нахожу теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учётом его влажности по формуле:

L₀' = 1,016·L₀ (4.4)

L₀' = 1,016·9,34 = 9,49 нм³/нм³

Действительное количество воздуха при коэффициенте α = 1,1 нахожу по формуле:

L_α = α·L₀ нм³/нм³ (4.5)

сухого воздуха:

L_α = 1,1·9,34 = 10,27 нм³/нм³

атмосферного воздуха:

L_α '= 1,1·9,49 = 10,44 нм³/нм³

Определяю количество и состав продуктов горения при α = 1,1 по формулам:

V = 0,01·(СО₂+СН₄+2С₂Н₆+ 3С₃Н₈+4С₄Н₁₀+ 5С₅Н₁₂+Н₂S) (4.6)

V = 0,01·(0,3+97,02+2·0,3+ 3·0,1+4·0,1+5·0+0) = 0,986 нм³/нм³

V = 0,01·(2СН₄+3С₂Н₆+ 4С₃Н₈+5С₄Н₁₀+ 6С₅Н₁₂ +Н₂О+Н₂S+

+0,16·d·L_α) (4.7)

V =0,01·(2·97,02+3·0,3+4·0,1+5·0,1+6·0+1,0+0,16·10·10,27) = 2,133 нм³/нм³

V = 0,79·L_α+0,01·N₂ (4.8)

V = 0,79·10,27+0,01·1,2 = 8,125 нм³/нм³

V = 0,21 (α – 1) L₀ (4.9)

V = 0,21 (1,1 – 1)·9,34 = 0,196 нм³/нм³

Общее количество продуктов горения составляет:

V_α = 0,986+2,133+8,125+0,196=11,44 нм³/нм³

Определяю процентный состав продуктов горения:

СО₂=0,986· = 8,6%

N₂= 8,125· = 71,0%

Н₂О=2,133· = 18,6%

О₂= 0,196· = 1,7%

Всего 99,9%= 100%

Составляю материальный баланс процесса горения на 100 нм³ газа при α=1,

в таблице 4.3.

Таблица 4.3 Материальный баланс процесса горения

Приход	кг	Расход	кг
Природный газ СН4=97,02·0,717 С2Н6=0,3 ·1,356 С3Н8=0,1·2,020 С4Н10=0,1·2,840 СО2=0,3· 1,977 N2=1,2·1,251 Н2О=1,0· 0,804 Воздух О2=192,24·1,1·1,429 N2=196,24·1,1·3,762· 1,251 Н2О=0,16·10·10,27·0,804	69,56 0,11 0,20 0,28 0,59 1,50 0,804 308,47 1015,91 13,21	Продукты горения СО2=0,986·100·1,977 Н2О=2,133·100·0,804 N2=8,125·100·1,251 О2=0,196·100·1,429 Невязка	194,93 171,43 1016,44 28,01 0,24
Итого:	1410,63	Итого:	1410,63

Невязка баланса составляет =0,02%

Определяю теоретическую температуру горения. Для этого нахожу

теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева воздуха до t_в = 500⁰С при α=1,1.

По i-t диаграмме нахожу теплоту нагрева атмосферного воздуха: i_возд = 671,8 кДж/нм³.

Тогда I_общ = + = 3686 кДж/нм³

По i-t диаграмме нахожу теоретическую температуру горения при α=1,1- t_теор=2100⁰С.

Определяю калориметрическую температуру горения с помощью таблиц энтальпий. Задаёмся температурами t₁=2200 ⁰С и t₂=2300 ⁰С.

При t₁=2200 ⁰С. При t₂=2300 ⁰С.

СО₂=0,086·5387,0= 463,282 СО₂=0,086·5658,7=486,6

Н₂О=0,186·4402,2=818,809 Н₂О=0,186·4643,8=863,7

N₂=0,71·3289,3=2335,403 N₂=0,71·3452,6=2451,35

О₂=0,017·3482,7=59,206 О₂=0,017·3656,5=62,2

i₁=3680 кДж/нм³ i₂=3867,3 кДж/нм³

Следовательно: 3863,8 > i_общ > 3676,7

3863,8 - 3676,7 =187,1 – соответствует 100⁰С;

3686– 3676,7 = 9,3 – соответствуют Δt;

Δt=9,3·100/187,1 = 5⁰С, отсюда t_к = 2200+5=2205⁰С