2. Расчет процесса горения природного таза

   1. Исходные данные

Сжигается природный газ, элементарный состав которого на сухую массу равен:

Влагосодержание сухого газа составляет d^С.Г. = 5,0 г/м³ .

Коэффициент избытка воздуха  = 1,15.

Температура атмосферного воздуха равна t = 10°С.

2. Пересчет состава газа на рабочую (влажную) массу

Используя формулу (5.1), рассчитаем процентное содержание водяных паров в 1 м³ природного газа при влагосодержании d^С.Г. = 5,0 г/м³ сухого газа:

.

По формуле (5.2) вычислим коэффициент пересчета с сухого газа на влажный:

.

По формуле (5.3) пересчитаем состав газа на рабочую массу:

;

;

;

.

Для проверки правильности расчета суммируем полученные данные по влажному составу газа:

,

следовательно, пересчет на влажную массу выполнен верно.

3. Расчет теплоты сгорания природного газа

Для вычисления низшей теплоты сгорания воспользуемся формулой (3.9), подставив в нее те горючие составляющие, которые указаны в исходных данных и пересчитаны на рабочую массу в п.6.2.2:

=35897,394+9130,894+11850,796=36625,5 кДж/м³.

4. Расчет количества кислорода и воздуха для сжигания 1 м3 газа

По формуле (5.4) найдем объем кислорода, необходимый для окисления горючих составляющих природного газа (в формулу подставляем только те химические элементы, которые даны в задании; остальные, отсутствующие в газе, приравниваем нулю):

.

Далее по формуле (5.5) находим количество сухого воздуха при = 1, необходимое для сжигания 1 м³ природного газа, используя соотношение азота и кислорода в воздухе К = 3,76:

.

Практически введенное количество сухого воздуха при  = 1,15 по формуле (5.6) составит = 1,159,73 = 11,19 м³/м³.

Далее по таблице D.5 определим влагосодержание сухого атмосферного воздуха при температуре 10°С: г/м³.

Теоретический расход атмосферного воздуха по формуле (5.7) равен:

=(1+0,00124  9,8) 9,73 = 9,849 м³/м³.

Действительный расход атмосферного воздуха при  = 1,15 по формуле (5.8) составит = 1,15  9,849 = 11,326 м³/м³.

5. Расчет объема и состава продуктов сгорания при сжигании 1 м3 газообразного топлива

Сначала по формулам (5.9) – (5.13) найдем объем продуктов сгорания при  = 1:

=0,01(97,394+30,894+40,796)=1,033 м³/м³;

=0,01(0,618+297,394+40,894+50,796)=2,03 м³/м³;

=0,010,3+3,762,04432=7,689 м³/м³.

Тогда .

При  = 1,15 изменится величина содержания азота (N₂), внесенного с избытком воздуха, и добавится избыточный кислород (см. формулы (5.14) и (5.15)):

;

.

По формуле (5.16) объем водяных паров равен:

Теперь по формуле (5.17) объем продуктов сгорания равен:

.

Состав продуктов сгорания при  = 1 найдем по формулам (4.12):

;

;

.

Состав продуктов сгорания при  = 1,15 в соответствии с формулами (4.17) равен:

;

;

;

.

6. Проверка материального баланса горения

Рассчитаем материальный баланс горения природного газа объемом V=100 м³.

Плотность топлива по формуле (6.3) равна:

_топл = 16  CH4^В.Г.+44  C3H8 ^В.Г. +58  C4H10 ^В.Г. +28  N2 ^В.Г. +18  H2O ^В.Г. =

= 16  97,394% +44  0,894% +58  0,795% +28  0,298% +18  0,618% =

=0,743 кг/м³

Масса природного газа по формуле (6.2) равна:

M_топл = _топл  V = 0,743  100= 74,252 кг

Произведем пересчет воздуха на влажную массу по формулам (5.1) – (5.3):

H2O ^В.В. = 100  d^С.В. /(803,6+d^С.В.)=100  9,80/(803,6+9,80) = 1,205 %;

O2 ^В.В. = (100 - H2O ^В.В.) 21/100=(100 - 1,205) 21/100 = 20,747 %;

N2 ^В.В. = (100 - H2O ^В.В.) 79/100=(100 - 1,205) 79/100 = 78,048 %.

Плотность воздуха по формуле (6.3) равна:

_возд = (H2O ^В.В.  18+O2 ^В.В.  32+N2 ^В.В.  28) / (100  22,4) =

=(1,205  18 + 20,747  32 + 78,048  28) / (100  22,4) = 1,282 кг/м³.

Масса воздуха по формуле (6.2) равна:

M_возд = _возд  V  = 1,282  100  11,326 = 1451,667 кг

Итак, приход = М_топл + M_возд = 74,252 + 1451,667 = 1525,920 кг

Найдем массу продуктов горения.

Плотность продуктов горения по формуле (6.3) равна:

^гор = (CO2^ГОР  44+SO2 ^ГОР  64+H2O ^ГОР  18+N2 ^ГОР  28+  32)/

/(100  22,4)=( 8,36  44+17,54  18+71,61  28+ 0,31  32)/(100  22,4)=

= 1,236 кг/м3

Масса продуктов горения:

M_гор = ^гор  V  = 1,236  100  11,326 =1525,959 кг

Результаты проверки материального баланса горения (при сжигании V=100 м³ газа) сведем в таблицу:

Приход	кг	Расход	кг
Природный газ	74,252	Продукты горения	1525,959
Воздух	1451,667
Итого:	1525,920	Итого:	1525,959

В соответствии с формулой (6.1) невязка баланса равна:

M = 100  | M_топл + М_возд - М_гор | / М_гор =

= 100  | 1525,920 - 1525,959 | / 1525,959 = 0,003 %.

Поскольку невязка меньше 1%, то расчет произведен правильно.