8. Определение расхода топлива

Котельная установка ЛТУ работает на природном газе. Природный газ поступает из различных месторождений и представляет собою смесь газов с различными элементарными составами.

Средний элементарный состав такого газа представляет собой: СН₄ = 89,0 %, С₂Н₆ = 3,4 %, С₃Н₈ = 1,6 %, С₄Н₁₀ = 0,36 %, СО₂ = 0,3 %, N₂ = 5,34 %.

Расход газообразного топлива за отопительный период определяется по уравнению

, нм³/год, (8.1)

где – расход теплоты за отопительный период на отопление и ГВС, ГДж/год; η_к.а – коэффициент полезного действия котлоагрегата, выбирается из режимной карты прил. 20, 21, 22 [1] (на момент прохождения учебной практики работает котельный агрегат №1); – теплота сгорания топлива, кДж/нм³. Это количество теплоты, которое выделяет при своем сгорании 1 нормального метра кубического газообразного топлива. Определяется по уравнению, которое применительно к элементарному составу природного газа, подаваемого в котельную ЛТУ, имеет вид:

= 358 СН₄ + 638 С₂Н₆ + 912 С₃Н₈ + 1187 С₄Н₁₀, кДж/нм³, (8.2)

где СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₄Н₁₀ – однородные газы, входящие в состав природного газа. В уравнение их содержание в топливе подставляется в процентах.

При последующих расчетах, например, при определении производительности дутьевого вентилятора, дымососа необходимо знать часовой расход топлива. Часовой расход топлива В^час определяется по уравнению

, нм³/ч. (8.3)

9. Определение теоретического расхода воздуха для сжигания 1 нм3 газообразного топлива

Количество кислорода, необходимого для окисления выше перечисленных элементов природного газа, определяют из стехиометрических уравнений горения, записанных для одного моля каждого газа.

Методику определения расхода кислорода и, в конечном счете, расхода воздуха удобно и более наглядно рассмотреть на примере твердого топлива. При сжигании 1 моля углерода С^р получаем:

1 моль С^р + 1 моль О₂ = 1 моль СО₂+ 407 · 10³ кДж/моль,

или

12 кг С^р + 32 кг О₂ = 44 кг СО₂+ 407 · 10³ кДж/моль, кг,

или

1 кг С^р + кг О₂ = кг СО₂+ кДж/кг углерода .

Окончательно

1 кг С^р + кг О₂= кг СО₂ + 33,9 · 10³ кДж/кг углерода (9.1)

Из уравнения (9.1) следует, что для сжигания 1 кг углерода необходимо 8/3 кг кислорода.

Аналогичным образом определяют расход кислорода на сжигание водорода и серы. Конечные формулы этих реакций горения имеют вид:

1 кг Н₂ + 8 кг О₂ = 9 кг НО₂+ 143 · 10³ кДж/ кг водорода; (9.2)

1 кг S + 1 кг О₂ = 2 кг SO₂+ 9,3 · 10³ кДж/ кг серы . (9.3)

Количество кислорода, необходимого для сжигания 1 кг твердого топлива, при известном его элементарном составе определяют по уравнению

= ( ·С^р + 8 Н^р + 1 · S  О^р), нм³ кислорода/кг топлива. (9.4)

Учитывая, что в 1 кг воздуха содержится 23,2% кислорода, а плотность воздуха при нормальных условиях (р_н = 101321 Па, t_н = 0 ºС ) равна ρ = 1,293 кг/нм³, получаем уравнение для определения теоретического расхода воздуха V°, нм³/кг:

V°= · ( С^р + 8 Н^р + S  О^р), (9.5)

или в конечном виде:

(9.6)

Аналогичным образом находят уравнение для определения теоретического расхода воздуха при сжигании 1 нм³ газообразного топлива. При сжигании газообразного топлива происходят следующие реакции:

CH₄ + 2 O₂ = CO₂ + 2 H₂O + Q ;

H₂ + 0,5 O₂ = H₂O + Q ;

CO + 0,5 O₂ = CO₂ + Q,

или в общем виде при сжигании любого углеводорода:

C_mH_n + O₂ = m CO₂ + H₂O + Q, (9.7)

где m и n – стехиометрические коэффициенты.

Тогда теоретический расход воздуха, кислород которого окисляет углеводородное топливо (природный газ), можно определить по конечному уравнению

V° = 0,0478 [0,5 H₂ + 1,5 H₂S+ (m + ) C_mH_n  O₂], нм³ возд./нм³ газа. (9.8)

Для газообразного топлива, подаваемого в котельную ЛТУ, в соответствии с его элементарным составом уравнение для теоретического расхода воздуха примет вид:

V°= 0,0478 (2 CH₄ + 3,5 C₂H₆ + 5 C₃H₈ + 6,5 C₄H₁₀) нм³ возд./нм³ газа . (9.9)

При определении V° для газообразного топлива содержание CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ подставлять в уравнение в процентах.

На практике при сжигании любого топлива воздуха в топку подают несколько больше, чем это теоретически необходимо. Делается это с целью обеспечить наиболее полное сгорание горючих элементов топлива.

Отношение действительного расхода воздуха V_д,, нм³/кг, к теоретически необходимому, называется коэффициентом избытка воздуха:

, (9.10)

где α_т – коэффициент избытка воздуха в топке котлоагрегата (прил. 5); V_д – действительный расход воздуха, нм³/нм³; V°– теоретический расход воздуха, нм³/нм³.

Действительный расход воздуха определяется по уравнению

V_д = α_т ∙ V^o, нм³/нм³. (9.11)

Часовой расход воздуха определяется по уравнению

, нм³/ч, (9.12)

где – часовой расход топлива (см. гл. 8).