1.2 Расчет горения топлива

Начальные данные:

Вид топлива – смесь природного и доменного газов с теплотой сгорания Коэффициент расхода воздуха α = 1,1, воздух, обогащенный кислородом . Состав сухих газов приведен в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Состав сухих газов, %

Компоненты	Природный	Доменный
	2	3,2
CO	0,6	27,5
	93	0,8
	0,4	0
	0,3	11
	3	57
	0,7	0
W, г/м3	15	45

Необходимо определить: состав смеси влажных газов, количество воздуха, количество продуктов сгорания, составить материальный баланс горения, калориметрическую температуру горения, коэффициент использования тепла топлива.

Определение состава влажных газов (рабочего состава).

Рабочий состав газов определяется как произведение каждого компонента сухого топлива и коэффициента пересчета, например

Коэффициент пересчета сухого состава газа на рабочий:

Для природного газа:

Дальше пересчитаем каждый компонент газа во влажный состав

Сумма всех компонентов влажного топлива составляет 100 %.

Для доменного газа:

Дальше пересчитаем каждый компонент газа во влажный состав

Низшая теплота сгорания газообразного топлива - это количество теплоты, выделяющееся при сжигании единицы топлива, определяется по формуле:

Состав смешанного газа.

Доля доменного газа в смеси:

Доля природного газа в смеси:

Состав смешанного газа:

Теплота сгорания смеси газов:

Расчетная теплота сгорания смешанного газа от заданной должна отличаться не более чем на 1%.

Определение теоретически необходимого количества воздуха рассчитываться по формуле:

где 0,5; 0,5; 2 и т.д. – это коэффициенты, которые стоят перед кислородом в стехиометрических уравнениях горения соответственных компонентов топлива;

(1 + 0,00124 · d_в) – поправка на влажность;

d_в – влажность воздуха в зависимости от температуры, г/м³;

, – содержание азота и кислорода в воздухе; (в не обогащенном сухом воздухе ,

Действительное количество воздуха:

Состав влажного воздуха определяется через произведение компонентов сухого воздуха и коэффициента пересчета на влажный воздух:

Тогда состав влажного воздуха определяется по формулам:

.

Объем продуктов сгорания (дыма) определяется по формуле:

Объем составляющих продуктов сгорания, образующихся при сжигании единицы газообразного топлива, определяется по уравнениям реакций горения:

- углекислый газ:

- вода:

- оксиды серы:

- азот:

- кислород:

Объем продуктов сгорания:

Состав дыма определяется по следующим формулам:

Суммарный состав продуктов сгорания должен равняться 100%. Если сумма отличается от 100% не более чем на 0,5%, то ее необходимо скорректировать. Коррекция обычно проводится по компоненту, содержание которого в продуктах сгорания максимально.

После выполнения расчета горения необходимо составить материальный баланс процесса горения.

Уравнение материального баланса процесса горения имеет вид:

где m_{т –} масса топлива, при сжигании газообразного топлива

При этом плотность смешанного газа определяется по формуле:

где – молекулярная масса компонента, кг;

r_i – содержание компонента в смеси, %.

– масса воздуха, подаваемого для процесса горения, определяется по формуле:

Плотность влажного воздуха:

– масса продуктов сгорания, определяется по формуле:

Плотность продуктов сгорания:

– невязка материального баланса, определяется по формуле:

Калориметрическая температура рассчитывается из предположения, что все тепло, поступаемое в зону горения, расходуется только на нагрев продуктов горения:

При =320 ^оС

кДж/м³

кДж/м³

кДж/м³

Теплоемкость продуктов горения является функцией калориметрической температуры, которая рассчитывается, поэтому необходимо определить ориентированную величину по i-t диаграмме, , - калориметрическая теплоемкость продуктов горения.

кДж/м³

Для кДж/м^{3 о}С.

Энтальпия смеси газов (продуктов сгорания) определяется по температуре по формуле:

< <

^оС.

Основные результаты расчета горения топлива представлены ниже в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Основные результаты расчета горения топлива:

Наименование величины	Обозначение	Численное значение
Теплота сгорания смешанного газа		21,49 МДж/м3
Теоретически необходимое кол-во воздуха		5,005 м3/м3
Действительное количество воздуха	Lд	5,506 м3/м3
Объем продуктов сгорания	Vд	6,407 м3/м3
Состав продуктов сгорания:	СО2	11,05 %
	О2	1,826%
	N2	67,442%
	H2O	19,681%
Масса воздуха	mв	7,057 кг
Плотность воздуха	ρв	1,282 кг/м3
Масса дыма	mд	7,972 кг
Плотность дыма	ρд	1,244 кг/м3
Масса топлива	mт	0,941 кг
Плотность топлива	ρт	0,941 кг/м3
Невязка материального баланса	∆m	0,03%
Калориметрическая температура	tкал	2120 °C