Пример расчета горения топлива

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА ГОРЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО
ТОПЛИВА
Состав топлива
СН4 = 90,8 %
С2Н6 = 5,4 %
Определяем коэф. пересчета
К с→ р = 100 / ( 100+0,124*W )
К с→ р = 100 / ( 100+0,124*100 ) = 0,89
С3Н8 = 1,2 %
С4Н10 = 0,3%
СО2 = 1,3 %
N2 = 1,0 %
W = 100 г/нм³
Для заданного состава топлива выполняем полный расчёт горения.
СН4= 0,89*90,8 = 80,812%
С2Н6 = 0,89*5,4 = 4,806 %
С3Н8= 0,89*1,2 = 1,068 %
С4Н10 = 0,89*0,3 = 0,267 %
СО2= 0,89*1,3 = 1,157 %
N2 = 0,89*1 = 0,89 %
W= 100 % - ( 80,812 + 4,806 + 1,068 + 0,267 + 1,157 + 0,89 ) = 11 %
Расчет выполняем на 100 м3
СН4 = 80,812 % = 80,812 м³
С2Н6 = 4,806 % = 4,806 м³
С3Н8 = 1,068 % = 1,068 м³
С4Н10 = 0,267 % = 0,267 м³
СО2 = 1,157 % = 1,157 м³
N2 = 0,89 % = 0,89 м³
W = 11 % = 11 м³
∑ = 100 % = 100 м³
Реакции горения
СН4+ 2 О2 → СО2 + 2 Н2О
80,812 161,62
80,812
161,62
С2Н6 + 3,5 О2 → 2 СО2 + 3 Н2О
4,806
16,82
9,612
14,418
С3Н8 + 5 О2 → 3 СО2 + 4 Н2О
1,068
5,34
3,204
4,272
С4Н10 + 6,5 О2 → 4 СО2 + 5 Н2О
0,267
1,74
1,068
1,335
Определяем суммарный расход кислорода
∑ О2 = 161,62 + 16,82 + 5,34 + 1,74 = 185,52 м³
Расход азота
N2 = 3,76 * 185,52 = 697,55 м³
Теоретический объем воздуха
Lт = О2 + N2 = 185,52 + 697,55 = 883,07 м³/100 м³
Практический объем воздуха
Lп = α * Lт = 1,05 * 883,07 = 927,22 м³/100 м³ или 9,27 м³/м³ газа
Определяем теоретический объем дымовых газов
Vт = СО2+N2+Н2О = (1,157+80,812+9,612+3,204+1,068) + (697,55+0,89) + +
(11+161,62+14,418+4,272+1,335) = 95,853+698,44+192,645 = 986,938 м³/100 м³
или 9,87 м³/м³
Vп = Vт + ∆L
Определяем избыток воздуха
∆L= Lп – Lт = 927,22 – 883,07 = 44,15 м³,
из них О2 = 44,15 * 0,21 = 9,2715 м³
N2 = 44,15 * 0,79 = 34,88 м³
Практический объем дымовых газов
Vп = 986,938 + 44,15 = 1031,088 м³/100 м³ или 10,31 м³/м³
Таблица материального баланса горения топлива
Приход
М3
кг
1. Топливо
СН4 = (80,812/22,4)*16
57,72
С2Н6 = (4,806/22,4)*30
6,44
С3Н8 = (1,068/22,4)*44
2,097
С4Н10 = (0,267/22,4)*58
0,69
N2 = (0,89/22,4)*28
1,11
W = (11/22,4)*18
8,84
2. Воздух
О2 =
278,28
(185,52/22,4)*32*1,05
915,53
N2 =
(697,55/22,4)*28*1,05
Итого:
1270,707
Расход
М3
Дымовые газы
СО2 = (95,853/22,4)*44
Н2О = (192,64/22,4)*18
N2 = (733,37/22,4)*28
О2 = (9,2715/22,4)*32
Итого:
кг
188,28
154,8
915,53
13,24
1271,85
Определяем процентный состав дымовых газов:
% СО2 = ( 95,853 / 1031,088 ) * 100 % = 9,29 %
% N2 = ( ( 697,55 + 34,88 + 0,89 ) / 1031,088 ) * 100 % = 71,12 %
% Н2О = ( 192,645 / 1031,088 ) * 100 % = 18,68 %
% О2 = ( 9,2715 / 1031,088 ) * 100 % = 0,89 %
Определяем плотность дымовых газов:
ρд.г. = (%СО2*μСО2+%N2*μN2+%Н2О*μН2О+%О2*μО2) / (100*22,4) =
= (9,29*44+71,12*28+0,89*32+18,68*18) / (100*22,4) = 1,23 кг/м³.
µ -молярная масса
Определяем низшую теплоту сгорания по формуле:
Qр н=(qCН4*%СН4+qС2Н6*%С2Н6+qС3Н8*%С3Н8+qС4Н10*%С4Н10)/100
Q – низшая теплота сгорания компонента топлива( справочник)
Qр н = (35811*80,812+63748*4,806+91255*1,068+118646*0,267) / 100 =
= 33294,702 кДж.
В 1 м³ дыма:
СО2 = 0,0929 м³
Н2О = 0,1868 м³
N2 = 0,7112 м³
Определяем температуру горения топлива:
Задаемся tк1 = 2100ºС
Определяем энтальпиюiо
iо = Qр н / Vт = 33294,702 / 9,87 = 3373,32 кДж/м³
Определяем теплосодержание дымовых газов
iсо2 = Vсо2 * С со2 * tк = 0,0929 * 2,4699 * 2100 = 481,85 кДж/м³
iн2о = 0,1868 * 1,9633 * 2100 = 770,16 кДж/м³
iN2 = 0,7112 * 1,4914 * 2100 = 2227,44 кДж/м³
∑ = 3479,45 кДж/м³
Задаемся tк2 = 2200°С
iсо2 = 0,0929 * 2,4699 * 2200 = 504,79 кДж/м³
iн2о = 0,1868 * 1,9633 * 2200 = 806,84 кДж/м³
iN2 = 0,7112 * 1,4914 * 2200 = 2333,5 кДж/м³
∑ = 3645,13 кДж/м³
Определяем калориметрическую температуру по формуле
tк = tк1 + ( ( iо – i1 ) / ( i2 – i1 ) ) * ( tк2 – tк1 )
tк = 2100 + ( ( 3373,32 – 3479,45 ) / ( 3645,13 – 3479,45 ) ) * ( 2200 – 2100 ) =
= 2163,98 ºС
Определяем практическую температуру
tn = 2163,98 * 0,7 = 1514,786 ºС
tn = tк * ŋ