2.1.4 Определяем долю каждого газа в смеси

а= ;

а=

1- 0,5748 = 0,4252 – доля доменного газа.

2.1.5 Определяем состав и количество каждого компонента в смеси газов

X_см=a∙X_пр+(1-а) ∙Х_д^вл, где

Х_см=составляющая смешанного газа;

Х_пр=составляющая природного газа;

Х_д=составляющая доменного газа;

а - доля газа.

CH₄=0,5748∙92,2+0,4252∙0,19=53,08%

N₂=0,5748∙5,7+0,4252∙56,59=27,34%

C₂H₆=0,5748∙0,8=0,46%

C₃H₈=0,5748∙0,5=0,29%

C₄H₁₀=0,5748∙0,5=0,29%

H₂S=0,5748∙0,3=0,172%

CO₂=0,4252∙10,54=4,48%

CO=0,4252∙28,79=12,24%

H₂=0,4252∙1,37=0,58%

H₂O=0,4252∙2,48=1,05%

2.1.6 Определяем объем кислорода, необходимого для горения смешанного газа

V_O2=0,01∙(0,5(CO+ H₂+3∙H₂S)+( ∑(m+ ) ∙C_m H_n), где

∑ C_mH_n - сумма всех углеводородов;

m –кол-во атомов углерода в углевод;

n – кол-во атомов водорода в углеводе;

V_O2 =0,01∙(0,5∙(12,24+0,58+3∙0,172)+((1+ ) ∙53,08+(2+ ) ∙0,46+(3+ ) ∙0,29+(4+ ) ∙0,29))=1,178 м³/м³

2.1.7 Определяем количество воздуха, необходимого для горения смешанного газа

V_в=a(1+К) ∙ V_O2 , где

а=коэффициент расхода воздуха;

К=отношение объема азота к объему кислорода, содержащегося в воздухе К=79%N₂/21%О₂=3,762-const

V_в=1,2∙(1+3,762) ∙1,178=6,73 м³/м³

2.1.8 Определяем состав и количество образующихся продуктов сгорания

V_СO2=0,01(CO₂+CO+ H₂S+(∑m∙ C_mH_n), м³/м³

V_СO2=0,01∙(4,28+12,24+0,172+(1∙53,08+2∙0,46+3∙0,29+4∙0,29))=0,729 м³/м³

V_H2O=0,01(H₂O+ H₂+ H₂S+0,5(∑n∙ C_mH_n), м³/м³

V_H2O=0,01(1,05+0,58+0,172+0,5∙(4∙53,08+6∙0,46+8∙0,29+10∙0,29)=1,119,м³/м³

V_N2=0,01∙ N₂+а ∙к∙ V_O2, м³/м³

V_N2=0,01∙27,34+1,2∙3,762∙1,178=5,59, м³/м³

V_O2'=(а-1) ∙ V_O2, м³/м³

V_O2'=(1,2-1) ∙1,178=0,236, м³/м³

V_пс= V _H2O+ V _СO2+ V _N2+ V _O2^', м³/м³

V_пс=0,729+1,119+5,59+0,236=7,674 м³/м³

Следовательно, при полном сгорании 1 м³ природного газа данного состава образуется 7,674 м³ продуктов сгорания.

2.1.9 Определяем процентный состав продуктов сгорания

% CO₂= V_СO2/ V_пс∙100%=0,729/7,674∙100=9,5%

% H₂O= V_H2O/ V_пс∙100%=1,119/7,674∙100=14,58%

% N₂= V_N2/ V_пс∙100%=5,59/7,674∙100=72,84%

% O₂^'= V_O2^'/ V_пс∙100%=0,236/7,674 ∙100=3,075%

Проверка: 9,5+14,58+72,84+3,075=100%

2.1.10 Для проверки правильности расчетов составляем материальный баланс процесса горения

Поступило, кг	Получено, кг
CH4=CH4/100∙ρСН4=53,08/100∙0,71=0,377 N2=27,34/100∙1,25=0,342 C2H6=0,46/100∙1,34=0,006 C3H8=0,29/100∙1,96=0,0057 C4H10=0,29/100∙2,59 = 0,007 CO2=4,48/100∙1,96=0,088 CO=12,24/100∙1,25=0,153 H2=0,58/100∙0,09=0,0005 H2S=0,172/100∙1,52=0,0026 H2O=1,05/100 ∙0,8=0,0084 Воздух=6,732∙1,29=8,68 ∑=9,67 кг	CO2= V СO2 ∙ρ CO2 СО2=0,729∙1,96=1,43 H2O=1,119∙0,8=0,895 N2=5,59∙1,25=6,9875 O2'=0,236∙1,43=0,337 ∑=9,65 кг

Проверка:9,67-9,65=0,02% , 0,02<0,5 расчет проведен верно.

2.1.11 Определяем истинную энтальпию для смешанного топлива

i₀==(Q_н^р(см)+ V_в ∙t_в ∙С_в)/ V_пс кДж/м³, где

Q_н^р(см)-теплота сгорания смешанного газа; V_в-объем воздуха для горения топлива;

t_в- температура воздуха;

С_в-теплоемкость воздуха;

t_в=300°С;

С_в=1,3181 кДж/м³ ∙град.

i₀=(17000+6,732∙300∙1, 3181)/7,674=2562, 16 кДж/м³

2.1.12 Для определения калориметрической температуры задаются калориметрической температурой продуктов сгорания

Задаемся t_k^’=1500⁰C

i =3545,34 кДж/м³

i =2785, 39 кДж/м³

i =2170, 55кДж/м³

i =2296, 78кДж/м³

2.1.13 Определяем энтальпию продуктов сгорания при выбранной температуре

i =Vco₂^.i + V_H2O^.i + V_N2 ^. i + Vo₂^’.i / V_п.с

i = =2390,749 кДж/м³

т. к i_п.с=2390,749< i₀ =2562,16

Задаемся t_k^”=1600⁰C

i =3815.86кДж/м³

i =2979,13кДж/м³

i =2170,55кДж/м³

i =2296,78кДж/м³

i =2568,94кДж/м³

i =2568,94>i₀ =2562,16

2.1.14 Определяем действительную температуру горения топлива

t_k= t_k^”+(( i₀-i^t”_п.с / t’_п.с-t^t”_п.с)^.100)

t_k=1500 + (((2562,16-2390,749)/(2568,94-2390,75))^.100)=1596,2 ⁰С

2.1.15 Определяем действительную температуру горения топлива

t_g=η^.t_n, где

η – пирометрический коэффициент от 0.75 – 0.95;

t_k– калориметрическая температура;

t_g=0,95^.1596,2=1516,39 ⁰С

В результате образуется 7,674 м³ продуктов сгорания, имеющих действительную температуру 1516,39 ⁰С;

2.2 Расчет теплотехнических характеристик работы рекуператора

2.2.1 Исходные данные:

V_в-расход воздуха для горения топлива, равный 6,73м³/м³ =0,67 м³/с

V_п.с– количество дымовых газов на входе рекуператора, равное V_п.с/10=7,67/10=0,77 м³/с;

C O₂=9,5%

H₂O=14,58% - состав дымовых газов;

N₂=72,84%

O₂^’=3,075%

t^н_в - начальная температура воздуха, принимаем равной 0⁰C

t_д – температура дыма (продуктов сгорания) на входе в рекуператор, равная 1516,39⁰С;

t^к_н – конечная температура воздуха, равная 400⁰C;

ℓ - длина труб в рекуператоре, равная 0,9 м;

υ_в– скорость движения воздуха, равная 2,5 м/с;

υ_д – скорость дымовых газов, равная 6 м/с.