Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Расчет горения топлива. Методические указания к практическим занятиям по курсам «Теория горения», «Теплоэнергетика металлургического производства», «Ф

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.08.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Таблица 3

Зависимость средних теплоёмкостей дымовых газов от температуры

t, ºС	Теплоёмкость газов при p=const, кДж/(м3·ºС)
t, ºС	N2	CO2	H2O	воздух
	N2	CO2	H2O	воздух
1000	1,3971	2,2035	1,7229	1,4097
1100	1,4086	2,2349	1,7501	1,4214
1200	1,4202	2,2638	1,7769	1,4327
1300	1,4306	2,2898	1,8028	1,4432
1400	1,4407	2,3136	1,828	1,4528
1500	1,4499	2,3354	1,8527	1,462
1600	1,4587	2,3555	1,8761	1,4708
1700	1,4671	2,3743	1,8996	1,4788
1800	1,4746	2,3915	1,9213	1,4867
1900	1,4821	2,4074	1,9423	1,4939
2000	1,4888	2,4221	1,9628	1,501

Для расчёта полного сгорания жидкого (твёрдого топлива) получена

полиномиальная зависимость теплоёмкости воздуха, подаваемого в топку, в

диапазоне температур от 0 до 500 ºС:
св( ) = −10−10 3 + 2 ∙ 10−7 2 + 10−5 + 1,297 ,	(14)

а так же зависимости теплоёмкостей дымовых газов в диапазоне температур

от 1000 до 2000 ºС:

с			( ) = 4 ∙ 10−12 3 − 5 ∙ 10−8 2 + 2 ∙ 10−4 + 1,236,					(15)

		2
с	Н2О			( ) = −6 ∙ 10−12 3 − 10 ∙ 10−8 2 + 3 ∙ 10−4 + 1,423,				(16)
	Н2О
с ( ) = 4 ∙ 10−11 3						− 3 ∙ 10−7 2	+ 7,2 ∙ 10−4 + 1,696,	(17)
			2
с		( ) = 9 ∙ 10−12 3			− 7 ∙ 10−8 2 + 2,3 ∙ 10−4 + 1,238,			(18)
в

Состав продуктов горения может либо определяется по табл.1, либо по соотношениям (1-12).

Далее, подставив (14-18) в (13), переходят к решению уравнения:

	н + с		+ αV (−10−10t3 + 2 ∙ 10−7t2 + 10−5t				в	+ 1,297)t	в	=
	р	т т	0	в	в		в		в
[V	(4 ∙ 10−11 3 − 3 ∙ 10−7 2			+ 7,2 ∙ 10−4	+ 1,696) + V0	(4 ∙ 10−12 3 − 5 ∙ 10−8 2
CO2	к		к	к	N2			к		к
	+ 2 ∙ 10−4 к + 1,236) + VH2O(4 ∙ 10−11 к3 − 3 ∙ 10−7 к2 + 7,2 ∙ 10−4 к
	+ 1,696) + (α − 1) в0(9 ∙ 10−12 к3 − 7 ∙ 10−8 к2 + 2,3 ∙ 10−4 к
	+ 1,238)] к									(19)

Для решения уравнения (19) в ячейку EXСEL (эта ячейка является

целевой) заносится уравнение

Qнр + стtт + α в0свtв

− tк = 0

(20)

+ V0

+ V с

+ (α − 1)V с

ивыполняется следующая последовательность действий:

на панели задач открыть вкладку ДанныеПоиск решения

установить целевую ячейку, равную значению 0, → задать в качестве изменяемой ячейки – ячейку с калориметрической температурой →

установить ограничение tк > 0 →выполнить		сохранить	найденное
решение →ОК. В	результате в изменяемой	ячейке будет	определено
значение искомой	калориметрической температуры.

3.2. Последовательность расчета полного горения газообразного топлива

Если задано смешанное топливо, то зная долю одного из компонентов,

следует определить состав сухого смешанного газа.

1. При заданной влажности газа, определяется содержание влаги во влажном газе, %:

	р =	100∙		,	(21)
	р =			,	(21)
	2	803,6+
		803,6+
где W – содержание влаги, отнесенное к 1 м3 сухого газа, г/м3.
2. Определив содержание влаги, пересчитываем состав сухого газа на
влажный:
	р = с ∙ ,				(22)
где р,	с – содержание каждого		компонента		соответственно во

влажном и сухом газе; – коэффициент пересчета состава сухого газа на влажный, который вычисляется по формуле:

		100− р
=		2	.	(23)
=	100		.	(23)
	100
Сумма всех компонентов влажного газа должна быть равна 100 %:
∑	= 100 %,			(24)
=1

где n – число компонентов.

3. Определяем низшую рабочую теплоту сгорания газа по формуле:

р	= 126,45 ∙ р + 107,60 ∙ р + 358,00 ∙ р								+ 590,37 ∙	р	+
н						2		4	2	4
+635,00 ∙ р + 866,00 ∙						р + 911,00 ∙ р			+ 234,00 ∙ р		(25)
		2	6		3	6	3	8	2
где СОР, Нр		, СНр		и т.д. – содержание горючих компонентов во влажном газе,
	2		4
%;	126,45; 107,60; 358,00					и т.д. – тепловой эффект реакции окисления
соответственно COр, Hр, CHр и т. д, кДж/м3.
				2	4
	Тепловой эффект реакций окисления сложных углеводородов при
незначительном их содержании (менее 1							%) можно принять равным его

значению для 4.

4.Расчет удельного теоретического количества воздуха и продуктов горения производится табличным способом (см. табл. 4).

5.Используя данные табличного расчета, определяется удельное действительное количество воздуха, количество и состав продуктов горения

для принятого коэффициента избытка воздуха по следующим формулам:

						= 0			+ ( − 1) ∙ 0,		(26)
					в		в		в
						= 0			+ ( − 1) ∙ 0,		(27)
					п		п		в
						= 0			+ ( − 1) ∙ 0	,	(28)
									в
						= ( − 1) ∙ 0 ,					(29)
									в

					=			∙ 100 %,			(30)
					=			∙ 100 %,			(30)

							п
где 0	, 0	, 0	, 0	, 0	− удельное				теоретическое количество		воздуха,
в	п		в	в

продуктов горения, азота в продуктах горения, азота из воздуха, кислорода из

	м3	−содержание
воздуха,	м3;	−содержание	компонентов	в	продуктах	горения

(например, 2),%; −удельное действительное количество компонента в

м3

продуктах горения,м3.

Расчет показателей сгорания газообразного топлива на 1 м3 сухого газа

(см. табл.4).

Таблица 4

Расчет показателей сгорания газообразного топлива на 1 м3 сухого газа

Состав

Расход

Теоретический

Количество продуктов сгорания, м3/м3

Термохимическая

объем

объем водяных

топлива

кислорода,

расход воздуха

объем

теоретический

реакция

избыточного

паров Н2О

по объему,%

м3/м3

V , м3/м3

объем 0

воздуха Vв

СО + 0,5О2 = СО2

0,5СО

СО

79% от

СО

0,0476 ∙ 0,5СО

расхода

( − 1)V0

100

воздуха V0

+ 0,5О = O

0,5Н2

Н2

0,0476 · 0,5Н2

То же

100

С Н + ( +

) 2 =

( + ) С

0,0476

С Н

· ( +

) С Н

То же

100

2 100

= СО2

100

H2S

2 + 1,5 2

= 2 + 2

1,52

0,0476 · 1,5 2

То же

100

−

−0,0476 2

100

dг

0,124dг

Количество водяных паров, поступающих c газом при его влагосодержании dг, г на м3сухого газа

1000 ∙ 0,804

Количество водяных паров, поступающих c воздухом при его влагосодержании dв, г на м3 сухого воздуха

V0α

0,016V0α

1000 ∙ 0,804

С Н

= 0,01 · (СО

= 0,01 · ( + ∑

= 0,0476 (0,5СО + 0,5Н +

Н2О

= 0,79 0

V =( − 1) 0

2 100

+ ∑ С

Итоговые формулы

+ ∑ ( +

) С Н + 1,5Н2S −

+ + )

+ 0,124dг +)

100

/м

−О2), м

+ 0,016V0α

6. Определяется плотность газа и продуктов горения.

- плотность газа, мкг3:

= (				∙ +							∙ +					∙ +				∙ + … +					∙ +
г		2					2							4			4	2 4			2 4			2	2
	∙ +						∙		) ∙		10−2			,											(31)
	∙ +						∙		) ∙		22,4			,											(31)
2	2			2				2			22,4
	где					,				,		и др. −			молярная			масса			компонентов				топлива
			2							4
соответственно 2, , 4 и др. , кг/кмоль; 2, 2, 2																						и т.д. – содержание
компонентов в исходном топливе, %
	- плотность продуктов горения,														кг	:
	- плотность продуктов горения,														м3	:
	= (				∙			+					∙ +				∙ +		∙ + ) ∙				10−2	,	(32)
	= (				∙			+					∙ +				∙ +		∙ + ) ∙					,	(32)
п			2				2			2				2	2		2	2			2	22,4
	где				,				,		и т. д. − молярная								масса				соответственно
			2				2			2
2, 2, 2 и др. , кг/кмоль;														2, 2, 2 и др. – содержание компонентов в

продуктах горения,%.

Точность расчета проверяется составлением материального баланса горения на 1 м3 газа (табл.5).

								Таблица 5
		Материальный баланс горения топлива

	Поступило, кг					Образовалось, кг

Топливо		в = в ∙ в			Продукты горения		2	= п ∙ п
Воздух		г = г ∙ г
ИТОГ		1 = в + г			ИТОГ			2
Невязка		=	\| 2−1\|			∙ 100%
Невязка		=				∙ 100%
				2
Если	невязка ≤ 0,5 %, то			расчёт выполнен верно,			и	пересчета не

требуется, в противном случае необходимо заново для уточнения выполнить

п.п.1–6.
7. Расчет калориметрической температуры горения.
Тепловой баланс аналогично (12) выражается следующим образом:
р +	+	= ∙	∙	= .	(33)
н т	в	г г	к	к

Из уравнения (33) следует:


				н + с				+		с
к =				р			т т		0	в в				.	(34)
к =		с	2	+ 0	с	2	+	с	2		+	( − 1) с		.	(34)
	2		2	2		2	2		2			0	в

При расчете калориметрической температуры сгорания возникают некоторые трудности, так как входящие в знаменатель средние теплоемкости являются функцией искомой температуры.

В соответствии с данными (приложение 3) получены полиномиальные зависимости теплоемкостей от температуры для воздуха, подаваемого в топку,

и для продуктов сгорания (стр.21). Полученные уравнения подставляют в формулу (34). Далее уравнение (34) решается в расчетной среде Excel с

последующим выводом результатов.

4. Пример расчета газообразного топлива

Рассчитать горение природного газа Елшанского месторождения при коэффициенте избытка воздуха αв=1,1, если для образования топливо-

воздушной смеси подается воздух стандартного состава и обогащенное кислородом (35% O2) дутье.

Состав сухого газа:

4с = 93,2 %.2 6с = 0,7%.3 8с = 2 %.

4 10с = 0,6 %.2с = 3,5 %.

Содержание влаги – 25 мг3.

Температура подаваемого в топку воздуха – 20 .

Температура подаваемого в топку газа – 50 С.

1. В графу исходные данные заносим необходимые значения параметров.

					Таблица 6
	Исходные данные

Состав газа				Состав обогащенного воздуха

Составляющие	Содержание,			Содержание N2, %
Составляющие	%			Содержание N2, %		65
	%					65
CH4	93,2			Содержание O2, %		35
C2H6	0,7
C3H8	2
C4H10	0,6
N2	3,5
∑	100
Содержание влаги	W,г/м³	25

Коэффициент избытка	α	1,1
воздуха	α	1,1
воздуха
Начальные
температуры воздуха и	tв, tт С	20	50
топлива

2. Выполняем пересчет сухого газа на влажный.

Для этого необходимо по формуле (21) определить содержание влаги во влажном газе, по формуле (23) коэффициент пересчета состава сухого газа на влажный, и далее по формуле(22) произвести пересчет состава сухого газа на влажный. Выполняется проверка по формуле (24) равенство суммы всех компонентов влажного газа 100%.

В ячейки таблицы 7 Excel вносятся соответствующие формулы и получают результат (ШАГ 1).

Таблица 7

ШАГ 1. Пересчет сухого газа на влажный

Содержание	Коэффициент
влаги во	пересчета состава	состав влажного	Содержание, %
влажном газе,	сухого газа на	газа	Содержание, %
влажном газе,	сухого газа на	газа
%	влажный
		CH4	90,388
		C2H6	0,679
3,017	0,970	C3H8	1,940
		C4H10	0,582
		N2	3,394
	Сумма		100,000
		17

3. Определяем низшую теплоту сгорания топлива по формуле (25).

Аналогично в соответствующие ячейки таблицы 8 Exсel заносится формула и получается результат (ШАГ 2).

				Таблица 8
	ШАГ 2. Определение низшей теплоты сгорания

	Qн	35251,137	кДж/м³

4. Табличным способом рассчитываем удельное теоретическое
количество воздуха и		продуктов горения при	стандартном составе воздуха

(ШАГ 3).

5. Используя данные таблицы 9, (ШАГ 3), по формулам (26-30)

определяем удельное действительное количество воздуха, количество и состав продуктов горения для принятого коэффициента расхода воздуха α.

6. Повторим пункты 4-5 для горения при подаче воздуха, обогащенного кислородом (см. ШАГ 4), табл.10.

7. Расчет калориметрической температуры горения.

В соответствии с данными табл.11 (ШАГ 5) подставим найденные уравнения теплоемкости продуктов горения в формулу (34).

Преобразовываем формулу к виду f(x)=0. Получившееся уравнение заносим в ячейку «ИТОГОВОЕ УРАВНЕНИЕ», при этом в качестве аргумента ссылаясь на ячейку «Калориметрическая температура».

Далее в панели задач во вкладке ДАННЫЕ находим значок «Поиск решения». В меню «Параметры поиска решения» указываем целевую функцию оптимизации и требуемое значение функции «Функция оптимизации» - ячейка

«Итоговое уравнение». Требуемое значение – 0.

Таблица 9

ШАГ 3. Расчет горения газа на 100 м³ при стандартном составе воздуха

				Участвуют в горении					Образуется при горении газообразных
									Образуется при горении газообразных
											продуктов

			Топливо				Воздух

Составля-	Содержа-		Кол-во,		Реакция горения	O2	N2	Всего	CO2	H O	O2	N2	Всего
Составля-	Содержа-		Кол-во,
ющие	ние, %		м³
							м³				м³



CH4	90,388		90,388		CH4+2·O =CO +2·H O	180,776			90,388	180,776

C2H6	0,679		0,679		C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 +	2,376			1,358	2,037
C2H6	0,679		0,679		3H2O	2,376			1,358	2,037
					3H2O
C3H8	1,940		1,940		C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O	9,698			5,819	7,759		743,127
							739,732					743,127

C4H10	0,582		0,582		C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 +	3,782			2,328	2,909
					C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 +
					5H2O
					5H2O
N2	3,394		3,394

H O	3,017		3,017							3,017

Всего	100,000		100,000			196,633		936,365	99,892	196,498		743,127	1039,517

	Σ на 1 м³ газа (при α=1)					1,966	7,397	9,364	0,999	1,965		7,431	10,395

		Σ, % (при α=1)				21,000	79,000	100,000	9,609	18,903		71,488	100,000

	Σ на 1 м³ газа (при α=1,1)					2,163	8,137	10,300	0,999	1,965	0,197	8,171	11,332

		Σ, % (при α=1,1)				21,000	79,000	100,000	8,815	17,341	1,735	72,108	100,000

Таблица 10

ШАГ 4. Расчет горения газа на 100 м³ при обогащенном кислородом составе воздуха

				Участвуют в горении
									Образуется при горении газообразных
									Образуется при горении газообразных
			Топливо		Воздух, обогащенный						продуктов
			Топливо			кислородом
						кислородом

Составля-	Содержа-		Кол-во,		O2		N2	Всего	CO2	H O		O2	N2	Всего
Составля-	Содержа-		Кол-во,	Реакция горения
ющие	ние, %		м³
							м³					м³



CH4	90,388		90,388	CH4+2·O =CO +2·H O	180,776				90,388	180,776

C2H6	0,679		0,679	C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O	2,376				1,358	2,037

C3H8	1,940		1,940	C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O	9,698				5,819	7,759
							365,175						368,570
C4H10	0,582		0,582	C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O	3,782				2,328	2,909			368,570
C4H10	0,582		0,582	C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O	3,782				2,328	2,909

N2	3,394		3,394

H O	3,017		3,017							3,017

Всего	100,000		100,000		196,633			561,808	99,892	196,498			368,570	664,960

	Σ на 1 м³ газа (при α=1)				1,966		3,652	5,618	0,999	1,965			3,686	6,650

			Σ, % (при α=1)		35,000		65,000	100,000	15,022	29,550			55,427	100,000

	Σ на 1 м³ газа (при α=1,1)				2,163		4,017	6,180	0,999	1,965		0,197	4,051	7,211

		Σ, % (при α=1,1)			35,000		65,000	100,000	13,852	27,248		2,727	56,173	100,000

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]