Славкинского месторождения
.pdf100
|
|
Состав топочного газа |
|
|
|
Компонент |
Мольная доля компонента, % |
Молярная масса компонента, г/моль |
|
|
|
Н2S |
0,02 |
34 |
|
|
|
CO2 |
1,28 |
44 |
|
|
|
СН4 |
58,59 |
16 |
|
|
|
С2Н6 |
21,92 |
30 |
|
|
|
С3Н8 |
13,7 |
44 |
|
|
|
С4Н10 |
1,41 |
58 |
|
|
|
i-С4Н10 |
2,28 |
58 |
|
|
|
C5Н12 |
0,51 |
72 |
|
|
|
i-C5H12 |
0,29 |
72 |
|
|
|
Значения теплоты сгорания наиболее распространенных компонентов топлива приведены в табл. 3.7.
Консорциум « Н е д р а »
101
Таблица 3.7
Низшая теплота сгорания компонентов топлива
Компонент |
Теплота сгорания, |
Компонент |
Теплота сгорания, |
|
МДж/м3 |
МДж/м3 |
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Н2 |
10,80 |
C3H6 |
86,06 |
|
|
|
|
|
|
Н2S |
25,14 |
C3H8 |
91,32 |
|
|
|
|
|
|
CO2 |
12,65 |
C4H8 |
113,50 |
|
|
|
|
|
|
CH4 |
35,84 |
C4H10 |
118,73 |
|
|
|
|
|
|
C2H2 |
56,10 |
i-C4H10 |
109,30 |
|
|
|
|
|
|
C2H6 |
63,80 |
C5H12 |
146,10 |
|
|
|
|
|
|
C2H4 |
59,10 |
i-C5H12 |
141,00 |
|
|
|
|
|
Зная массовый состав газа и теплоту сгорания каждого компонента по формуле найдем низшую теплоту сгорания
топлива:
Q |
н |
= 0,0002 |
25,14 |
+ 0,0128 12,65 + 0,5859 35,84 + 0,2192 63,80 + 0,137 91,32 + |
|
р |
|||||
|
|
|
|
+ 0,0141 118,73 + 0,00228 109,30 + 0,0051 146,10 + 0,0029 141,00
=
52,981547
МДж/м3= 52981,55кДж/м3
Коэффициент полезного действия печи определяется по формуле:
|
Q н − (q |
пот |
+ q |
ух |
+ q |
н.сг |
) |
|
|
= |
р |
|
|
|
|
(3.69) |
|||
|
|
Q рн |
|
|
|
, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Консорциум « Н е д р а »
102
где − КПД печи,
qпот – потери тепла в окружающую среду через кладку печи, [кДж/кг]; qух – потери тепла с уходящими дымовыми газами, [кДж/кг];
qн.сг – потери тепла от неполноты сгорания топлива, [кДж/кг].
Тепловые потери в окружающую среду через кладку печи составляют 4-8% от рабочей теплоты сгорания топлива.
Тогда
qпот=4238,52 кДж/кг
Потери тепла с дымовыми газами, уходящими из печи в дымовую трубу, берут на 150-200О больше температуры поступающего в печь сырья. Тогда
qух=200 кДж/кг
Потери тепла от неполноты сгорания топлива практически составляют 0,5-1%. Тогда qн.сг=529,81 кДж/кг
Зная все потери тепла можно рассчитать КПД печи:
= 52981 ,55 − (4238 ,52 + 200 + 529 ,82) =
52981 ,55
0,91
Определим расход топлива в печи по формуле:
Консорциум « Н е д р а »
В = |
Q |
пол |
|
||
|
|
|
|
Q |
|
|
|
н |
|
|
р |
,
103
(3.70)
В = |
2651100 |
= 54,99 |
кг/ч |
|
52981 ,55 0,91 |
||||
|
|
|||
|
|
|
Радиантная секция Задаемся температурой дымовых газов над перевальной стенкой tп =600ОС.
Вычисляем среднюю молекулярную массу топлива по формуле:
М m = Мi yi , |
(3.71) |
где Мi – молярная масса компонента, [г/моль].
Зная молярную массу каждого компонента можно и концентрацию компонентов в газе можно найти среднюю молекулярную массу газа по формуле:
Мm=34 0,0002+44 0,0128+16 0,5859+30 0,2192+44 0,137+58 0,0141+ +58 0,0228+72 0,0051+72 0,0029=25,26г/моль
Элементарный состав газообразного топлива может быть вычислен по формулам:
С= 12,01 nC yi
Мm i
(3.72)
Консорциум « Н е д р а »
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H = |
1 |
nH |
|
yi |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
|
i |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S = |
32 |
nS |
|
|
yi |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
|
i |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O = |
16 |
|
O |
|
i |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
|
|
n |
i |
y |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
где |
n |
, |
n |
, |
n |
|
, |
n |
– соответственно число атомов углерода, |
|||||||
C |
H |
S |
i |
O |
||||||||||||
|
i |
|
i |
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
компонентов, входящих в состав газообразного топлива.
Рассчитаем элементарный состав газообразного топлива:
104
(3.73)
(3.74)
(3.75)
водорода, серы, кислорода в молекулах отдельных
С= 12,01 (1 1,28 +1 58,59 + 2 21,92 + 3 13,7 + 4 1,41 + 4 2,28 + 5 0,51 + 25,26
+ 5 0,29)
=
77,76
%
H = |
1 |
(2 0,02 + 4 58,59 + 6 21,92 + 8 13,7 +10 1,41 +10 2,28 + |
25,26 |
+12 0,51+12 0,29)
=
20,66
%
S = |
32 |
|
25,2646 |
||
|
(1 0,02)
=
0,025
%
Консорциум « Н е д р а »
O =
16 25,2646
105
(2 1,28) = 1,62 |
% |
|
Теоретическое количество воздуха (L0), необходимое для сжигания 1 кг топлива можно рассчитать по формуле:
L0=0,115C+0,345Н+0,043(S-О), |
(3.76) |
||||||
|
|
|
|
L0=0,115 77,76+0,345 20,66+0,043(0,025-1,62)=16,0 кг/кг. |
|||
Количество дымовых газов, образующихся при сгорании 1кг топлива можно рассчитать по формулам: |
|||||||
|
CO2 |
= 0,03667 С , |
|
|
(3.77) |
||
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
Н2О |
= 0,09Н + 0,01W , |
|
|
(3.78) |
||
|
m |
|
|
|
|
||
|
|
|
SO2 |
|
|
(3.79) |
|
|
|
|
m |
= 0,02S , |
|
|
|
m |
= 0,768L +0,01N |
2 |
, |
(3.80) |
|||
N2 |
|
|
0 |
|
|||
|
O2 |
|
|
0 |
|
|
(3.81) |
|
m |
= 0,0232L ( −1) , |
|
|
|
||
где - коэффициент избытка воздуха. Принимаем =1,3 |
|||||||
Рассчитаем количество дымовых газов: |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
mCO |
= 0,03667 77,76 = 2,85 кг/кг; |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
mÍ 2Î = 0,09 20,66 + 0,01 0 =1,86 кг/кг; |
|||
|
|
|
|
|
|
mSO |
= 0,02 0,025 = 0,0005 кг/кг; |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Консорциум « Н е д р а »
m |
N |
|
2 |
= 0,768 16,0 1,3 +
0,01 0
106
=15,98 |
кг/кг |
mO2
= 0,0232 16,0 (1,3 −1)
=
0,11
кг/кг
где
Определим среднюю теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива при температуре tп по формуле:
|
GC |
pm |
= m |
Cp |
CO2 |
+ m |
Cp |
H2O |
+ m |
Cp |
N2 |
+ m |
Cp |
O2 |
, |
(3.82) |
|
|
|
|
CO2 |
|
H2O |
|
|
N2 |
O2 |
|
|
||||||
CpCO |
, CpH |
O |
, CpN |
, CpO |
− средняя удельная теплоемкость компонентов продуктов сгорания 1 кг топлива. |
||||||||||||
2 |
|
2 |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средняя удельная теплоемкость газов приведена в табл. 3.8.
Таблица 3.8
Средняя теплоемкость газов Ср, кДж/(кг К)
t, OC |
|
O2 |
|
N2 |
CO |
CO2 |
H2O |
Воздух |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0,9148 |
1,0392 |
1,0396 |
0,8148 |
1,8594 |
1,0036 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
0,9232 |
1,0404 |
1,0417 |
0,8658 |
1,8728 |
1,0061 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
0,9353 |
1,0434 |
1,0463 |
0,9102 |
1,8937 |
1,0115 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
0,9500 |
1,0488 |
1,0538 |
0,9487 |
1,9292 |
1,0191 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
|
0,9651 |
1,0567 |
1,0634 |
0,9877 |
1,9477 |
1,0283 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500 |
|
0,9793 |
1,0660 |
1,0748 |
1,0128 |
1,9778 |
1,0387 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
0,9927 |
1,0760 |
1,0861 |
1,0396 |
2,0092 |
1,0496 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
700 |
|
1,0048 |
1,0869 |
1,0978 |
1,0639 |
2,0419 |
1,0605 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
|
1,0157 |
1,0974 |
1,1091 |
1,0852 |
2,0754 |
1,0710 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Консорциум « Н е д р а »
107
Определим среднюю теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива по формуле (3.22):
GCp |
m |
= 2,85 1,0396 |
+1,86 2,0092 |
+15,98 1,0760 |
+ 0,11 0,9927 = 24,00 |
|
|
|
|
|
Определяем приведенную температуру исходной системы. Так как печь работает без рециркуляции дымовых газов то t0=tв
Определим максимальную расчётную температуру горения по формуле:
|
|
Q |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tm ax = t0 |
+ |
|
р |
|
т |
, |
G |
Cp |
|
||||
|
|
m |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
где т – КПД топки.
(3.83)
КПД топки рекомендуется принимать в пределах 0,94-0,98. Принимаем КПД равным 0,96.
Рассчитаем максимальную температуру горения по формуле
t |
|
= 20 |
+ |
52981 ,55 0,91 |
|
m ax |
24,0 |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
=
2139 ,26
ОС
Определим количество тепла, воспринимаемое сырьем через радиантные трубы:
|
|
|
|
Q |
р |
= В (Qн |
т |
− I |
) , |
(3.84) |
|
|
|
|
|
р |
|
tп |
|
||
где |
I |
t |
п |
- энтальпия дымовых газов при температуре перевала. |
|
|||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Энтальпию дымовых газов можно определить на основе правила аддитивности:
Itп |
= GCрм |
tп |
, |
(3.85) |
Консорциум « Н е д р а »
108
It |
= 24,00 20 =14,4 |
кДж/кг |
|
ï |
|
По формуле (3.24) определяем количество тепла, воспринимаемое сырьем через радиантные трубы:
Q |
р |
= 54,99 (52981,55 0,91−14400) =1859388,44 |
кДж/ч=516,5кВт |
|
|
Определяем количество тепла, воспринимаемое сырьем через конвекционные трубы:
|
Qк=Qпол-Qр, |
(3.86) |
||||
|
|
|
|
|
Qк=2651100-1859388,44=791711,56 кДж/ч=219,9кВт |
|
Определяем энтальпию и температуру сырья при входе в радиантные трубы: |
||||||
I |
к |
= I |
t1 |
+Q / G , |
(3.87) |
|
|
|
|
к |
|||
|
|
|
|
|
Iк = 36.5729 + 311769 .2 /10000 = 9,00 кДж/кг |
|
Находим температуру сырья по его энтальпии параметр а1 |
в формуле: |
|||||
а1 = Iк |
d15 |
= 9,0 0,887 = 8,5 , |
(3.88) |
|||
|
|
15 |
|
|
|
|
По величине а1 находим температуру сырья на входе в радиантные трубы: tк=5ОС.
Определим среднюю температуру наружной поверхности радиантных труб:
tст |
= |
t2 + tк |
+ , |
(3.89) |
|
||||
|
2 |
|
|
|
где - превышение температуры труб за счёт загрязнений, (20-60ОС) принимаем =20ОС.
Консорциум « Н е д р а »
t |
ст |
|
=
90 + 5 2
109
+ 20 = 67,5 |
ОС |
Определяем поверхность радиантных труб. Для этого по графикам на рис.3.2 определяем значение параметра qs. qs=44000 Вт/м2
Общее количество тепла, вносимое в топку можно определить по формуле:
н |
т |
, |
(3.90) |
Q = В Qр |
|||
|
|
|
Q = 54,99 52981,55 0,96 = 2796917,2 кДж/ч |
Находим предварительное значение эквивалентной абсолютно чёрной поверхности:
H |
S |
|
= |
Q |
|
q |
|
|
|
S |
|
|
|
|
,
(3.91)
H |
|
= |
2796917,2 |
= 63,56 |
|
S |
44000 |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
м2.
Задаёмся степенью экранирования кладки =0,4.
По графику на рис. 3.4 определяем величину НS/HЛ = 0,76
График для определения параметра qs.
Консорциум « Н е д р а »