Файл: Теоретические вопросы (13) Как определяют объём продуктов сгорания.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 66
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
где W - максимальная скорость распространения пламени смеси, м/сек;
L - содержание сложного газа в смеси;
r1, r2, rn - содержание простых газов, %;
w1, w2, wn - максимальная скорость распространения пламени простых газов;
l1,l2 ,ln - содержание простых газов в смеси с воздухом, дающая максимальную скорость распространения пламени, %.
Lв =100/(99,49/9,8+0,3/6,5+0,1/4,6+0,1/3,6) =9,76;
W = (98,7*0,67/9,8 + 0,3*0,85/6,5 + 0,1*0,82/4,6 + 0,1*0,82/3,6) / (98,7+0,3+0,1+0,1) * 9,76 = 1,69;
Wд = W (1-0,01N2 - 0.012 CO2) = 1,69(1-0.01*0.7 - 0.012* 0.1) = 0,698 м/сек.
ЗАДАЧА 4
Сохранив неизменной тепловую мощность инжекционной горелки определить диаметр нового сопла и давление газа перед горелкой при переходе на топливо иного состава (инжекционная горелка низкого давления рассчитана для сжигания природного газа с Qн=38,74 МДж/м3 и плотностью ρг = 0,807 кг/м3 при номинальном давлении Р=1275 Па. Диаметр сопла, установленного в горелке d - 4.2 мм. Рассчитать диаметр сопла горелки при работе на сжиженном газе с Q'н= 87,99 МДж/м3 и плотностью ρг' = 1.55 кг/м3 при номинальном давлении Р1=2940 Па).
Решение:
По формуле: d1 = d
;
где d - диаметр газового сопла при работе на газе первоначальной теплоты сгорания, мм;
Qн , Qн' - расчетная и действительная теплота сгорания газа, МДж/м3;
ρг , ρг' - расчетная и действительная плотность газа, кг/м3;
P- расчетное давление газа, Па;
P1 - давление газа при работе на газе иного состава, Па.
d1 = 4,2
= 2,66 мм.
Для сохранения тепловой мощности горелки, без изменения диаметра сопла, при работе на сжиженном газе необходимо поддерживать давление:
P
1= 1275*(1,55/0,87)*(38,74/87,99)2 = 440 Па.
ЗАДАЧА 5
По объемному составу сухого газа взятому из табл. вычислить:
-Низшую теплоту сгорания газа, как сумму произведений величин теплоты сгорания горючих компонентов на их объемные доли, деленную на 100. Значения теплоты сгорания горючих компонентов принять по [1].
- Плотность сухого газа, как сумму произведений плотности горючих компонентов на их объемные доли, деленную на 100. Плотности горючих компонентов принять по [1].
-Показатели горения газов (руководствуясь примером).
-Калориметрическую температуру сгорания природного газа.
Влагосодержание воздуха принять dв= 12 г/м3 сухого воздуха.
Решение:
Расчет показателей горения газа
1) Расчет продуктов горения газа при теоретическом количестве воздуха (α=1):
При расчетах учитываем, что N2/О2=79/21=3,76
Балластные газы СО2 и N2 переходят в продукты сгорания без изменений.
Теоретическое количество воздуха V= 938,71м3 или 9,39 м3/ м3
Кол-во избыточного воздуха:
939*(1,15-1) = 140,85
Объем влаги внесенной с воздухом:
(12*938,7)/(1000*0,804)=14,01 м3
Расход воздуха при α=1,15
Vв=10,8 м3/ м3.
Объем водяных паров:
Vвп = 2,1 м3/ м3.
Количество сухих продуктов сгорания:
Vс г= Vг - Vвп = 11,8-2,1= 9,7 м3/ м3.
Состав влажных продуктов сгорания, %:
СО2 = 99,2/1178,5*100 = 8,42
Н2О = 212,4/1178,5*100 = 18,03
О2 = 19,8/1178,5*100 = 1,68
N2 = 100 - (СО2+ Н2О+ О2) = 71.87
2) Теплота сгорания газа:
Qcн = 0,01(98*35840 +0,2*63730 + 0,1*93370) = 35697 кДж/м3;
Плотность газа:
ρс = 0,01 (98*0,717 + 0,2*1,357 + 0,1*2,019 + 0,5*1,977 + 1,2*1,251) = 0,733 кг/м3;
Относительная плотность газа:
Sc = 0.733/1.15 = 0.638
IT = tTΣVTCT= tT (VCH4CCH4 + VC2H6CC2H6 + VC3H8CC3H8 + VCO2CCO2 + VN2CN2) =25(0.98*1.573 + 0.002*2.4381 + 0.001*3.1637 + 0.005*1.625 + 0.012*1.2992) = 39.33 кДж/м3;
IВ = αV0CBtв = 1.15*10.8*1.2976*25 = 403 кДж/м3;
Qcн + IT + IВ = 35697 + 40 + 403 = 36140 кДж/м3;
3) Калориметрическая температура сгорания - температура, до которой нагрелись бы продукты полного сгорания, если бы все тепло топлива и воздуха пошло на их нагревание.
Уравнение теплового баланса:
Qcн + IT + IB = IK ,
Где Qcн - низшая теплота сгорания газообразного топлива
, кДж/м3;
IT ,IB - физическое тепло топлива и воздуха, отнесенное к 1 м3 газообразного топлива, кДж/м3;
IK - теплосодержание дымовых газов при калориметрической температуре сгорания tK , ̊ С, отнесенное к 1 м3 газообразного топлива, кДж/м3;
tK = (Qcн + tТ Σ VTCT + α V0CBtB)/( VN2CN2 + VO2CO2 + VСO2 СCO2 + VH2OCH2O);
tK = (35967 + 39,33 + 403)/ (0.98*1.573 + 0.002*2.4381 + 0.001*3.1637 + 0.005*1.625 + 0.012*1.2992) = 1855;
где tK - калориметрическая температура сгорания,̊ С;
tТ , tB- температура газообразного топлива и воздуха,̊ С;
VN2 ,VO2 ,VСO2 , VH2O- объемы продуктов сгорания N2 , О2 , СО2 , Н2О, м3 отнесенные к 1 м3 сжигаемого газа;
CT - средние объемные теплоемкости компонентов газообразного топлива при постоянном давлении, кДж/м3 ̊С;
CB, CN2, CO2, СCO2, CH2O- средние объемные теплоемкости воздуха N2 , О2 , СО2 , Н2О при постоянном давлении, кДж/м3 ̊С.
4) Калориметрическая температура сгорания природного газа:
tк = 1855 ̊С
СN2 = 1,4822; CO2 = 1,5618; CСО2 = 2,408; CН2О = 1,942;
VN2 = 8,541 ; VО2 = 0,198 ; VСО2 = 0,992 ; VН2О = 2,124 ;
tк = 36140/(8,541*1,4822 + 0,198*1,5618 + 0,992*2,408 + 2,124*1,942) = 36140/19,48 = 1855 ̊С.
ЗАДАЧА 6
Рассчитать подовую горелку низкого давления без принудительной подачи воздуха для водогрейного секционного котла типа "Энергия-6" с поверхностью нагрева 52,7 м2. Котел работает на природном газе с QHP=36000 кДж/м3. Максимальный расход газа котлом VK= 86.8 м3/ч. Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания газа, V0=9.49 м3воздуха/ м3газа.
L - содержание сложного газа в смеси;
r1, r2, rn - содержание простых газов, %;
w1, w2, wn - максимальная скорость распространения пламени простых газов;
l1,l2 ,ln - содержание простых газов в смеси с воздухом, дающая максимальную скорость распространения пламени, %.
Lв =100/(99,49/9,8+0,3/6,5+0,1/4,6+0,1/3,6) =9,76;
W = (98,7*0,67/9,8 + 0,3*0,85/6,5 + 0,1*0,82/4,6 + 0,1*0,82/3,6) / (98,7+0,3+0,1+0,1) * 9,76 = 1,69;
Wд = W (1-0,01N2 - 0.012 CO2) = 1,69(1-0.01*0.7 - 0.012* 0.1) = 0,698 м/сек.
ЗАДАЧА 4
Сохранив неизменной тепловую мощность инжекционной горелки определить диаметр нового сопла и давление газа перед горелкой при переходе на топливо иного состава (инжекционная горелка низкого давления рассчитана для сжигания природного газа с Qн=38,74 МДж/м3 и плотностью ρг = 0,807 кг/м3 при номинальном давлении Р=1275 Па. Диаметр сопла, установленного в горелке d - 4.2 мм. Рассчитать диаметр сопла горелки при работе на сжиженном газе с Q'н= 87,99 МДж/м3 и плотностью ρг' = 1.55 кг/м3 при номинальном давлении Р1=2940 Па).
Решение:
По формуле: d1 = d
;где d - диаметр газового сопла при работе на газе первоначальной теплоты сгорания, мм;
Qн , Qн' - расчетная и действительная теплота сгорания газа, МДж/м3;
ρг , ρг' - расчетная и действительная плотность газа, кг/м3;
P- расчетное давление газа, Па;
P1 - давление газа при работе на газе иного состава, Па.
d1 = 4,2
= 2,66 мм.Для сохранения тепловой мощности горелки, без изменения диаметра сопла, при работе на сжиженном газе необходимо поддерживать давление:
P
1= 1275*(1,55/0,87)*(38,74/87,99)2 = 440 Па.
ЗАДАЧА 5
По объемному составу сухого газа взятому из табл. вычислить:
-Низшую теплоту сгорания газа, как сумму произведений величин теплоты сгорания горючих компонентов на их объемные доли, деленную на 100. Значения теплоты сгорания горючих компонентов принять по [1].
- Плотность сухого газа, как сумму произведений плотности горючих компонентов на их объемные доли, деленную на 100. Плотности горючих компонентов принять по [1].
-Показатели горения газов (руководствуясь примером).
-Калориметрическую температуру сгорания природного газа.
Влагосодержание воздуха принять dв= 12 г/м3 сухого воздуха.
| Газ | Состав газа по объему, % | α | |||||||
| СН4 | С2Н6 | С3Н8 | С4Н10 | СmНn | СО2 | N2 | |||
| Ставропольский | 98.0 | 0.2 | 0.1 | - | - | 0.5 | 1.2 | 1.15 | |
Решение:
Расчет показателей горения газа
| Компо-ненты | Кол-во в м3 на 100 м3 газа | Уравнения реакций горения | Расход воздуха, м3 | Выход продуктов горения, м3 | ||||||
| О2 | N2 | Σ | СО2 | Н2О | N2 | О2 | Σ | |||
| СН4 | 98 | СН4+2О2=СО2+2Н2О | 196 | 737 | - | 98 | 196 | 737 | - | - |
| С2Н6 | 0,2 | С2Н6+3,5О2=2СО2+3Н2О | 0,7 | 2,63 | - | 0,4 | 0,6 | 2,63 | - | - |
| С3Н8 | 0,1 | С3Н8+5О2=3СО2+4Н2О | 0,5 | 1,88 | - | 0,3 | 0,4 | 1,88 | - | - |
| СО | - | СО+0,5О2=СО2 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Н2 | - | Н2+0,5О2=Н2О | - | - | - | - | - | - | - | - |
| СО2 | 0,5 | | - | - | - | 0,5 | - | - | - | - |
| N2 | 1,2 | | - | - | - | - | - | 1,2 | - | - |
| О2 | - | | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Σ | 100 | | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Влага газа | | | | | | 0 | | | | |
| Влага воздуха | | | | | | 14,01 | | | | |
| Итого при теоретическом сгорании α=1 | | 197,2 | 741,51 | 938,71 | 99,2 | 211 | 742,71 | 0 | 1052,91 | |
| Количество избыточного воздуха | | 29,6 | 111,2 | 140,8 | - | - | 111,4 | 19,8 | - | |
| Дополнительное кол-во влаги с избыточным воздухом | | | | | | 1,4 | | | | |
| Итого при сгорании с избытком воздуха α=1,15 | | 226,8 | 852,7 | 1079,5 | 99,2 | 212,4 | 854,1 | 19,8 | 1178,5 | |
1) Расчет продуктов горения газа при теоретическом количестве воздуха (α=1):
При расчетах учитываем, что N2/О2=79/21=3,76
Балластные газы СО2 и N2 переходят в продукты сгорания без изменений.
Теоретическое количество воздуха V= 938,71м3 или 9,39 м3/ м3
Кол-во избыточного воздуха:
939*(1,15-1) = 140,85
Объем влаги внесенной с воздухом:
(12*938,7)/(1000*0,804)=14,01 м3
Расход воздуха при α=1,15
Vв=10,8 м3/ м3.
Объем водяных паров:
Vвп = 2,1 м3/ м3.
Количество сухих продуктов сгорания:
Vс г= Vг - Vвп = 11,8-2,1= 9,7 м3/ м3.
Состав влажных продуктов сгорания, %:
СО2 = 99,2/1178,5*100 = 8,42
Н2О = 212,4/1178,5*100 = 18,03
О2 = 19,8/1178,5*100 = 1,68
N2 = 100 - (СО2+ Н2О+ О2) = 71.87
2) Теплота сгорания газа:
Qcн = 0,01(98*35840 +0,2*63730 + 0,1*93370) = 35697 кДж/м3;
Плотность газа:
ρс = 0,01 (98*0,717 + 0,2*1,357 + 0,1*2,019 + 0,5*1,977 + 1,2*1,251) = 0,733 кг/м3;
Относительная плотность газа:
Sc = 0.733/1.15 = 0.638
IT = tTΣVTCT= tT (VCH4CCH4 + VC2H6CC2H6 + VC3H8CC3H8 + VCO2CCO2 + VN2CN2) =25(0.98*1.573 + 0.002*2.4381 + 0.001*3.1637 + 0.005*1.625 + 0.012*1.2992) = 39.33 кДж/м3;
IВ = αV0CBtв = 1.15*10.8*1.2976*25 = 403 кДж/м3;
Qcн + IT + IВ = 35697 + 40 + 403 = 36140 кДж/м3;
3) Калориметрическая температура сгорания - температура, до которой нагрелись бы продукты полного сгорания, если бы все тепло топлива и воздуха пошло на их нагревание.
Уравнение теплового баланса:
Qcн + IT + IB = IK ,
Где Qcн - низшая теплота сгорания газообразного топлива
, кДж/м3;
IT ,IB - физическое тепло топлива и воздуха, отнесенное к 1 м3 газообразного топлива, кДж/м3;
IK - теплосодержание дымовых газов при калориметрической температуре сгорания tK , ̊ С, отнесенное к 1 м3 газообразного топлива, кДж/м3;
tK = (Qcн + tТ Σ VTCT + α V0CBtB)/( VN2CN2 + VO2CO2 + VСO2 СCO2 + VH2OCH2O);
tK = (35967 + 39,33 + 403)/ (0.98*1.573 + 0.002*2.4381 + 0.001*3.1637 + 0.005*1.625 + 0.012*1.2992) = 1855;
где tK - калориметрическая температура сгорания,̊ С;
tТ , tB- температура газообразного топлива и воздуха,̊ С;
VN2 ,VO2 ,VСO2 , VH2O- объемы продуктов сгорания N2 , О2 , СО2 , Н2О, м3 отнесенные к 1 м3 сжигаемого газа;
CT - средние объемные теплоемкости компонентов газообразного топлива при постоянном давлении, кДж/м3 ̊С;
CB, CN2, CO2, СCO2, CH2O- средние объемные теплоемкости воздуха N2 , О2 , СО2 , Н2О при постоянном давлении, кДж/м3 ̊С.
4) Калориметрическая температура сгорания природного газа:
tк = 1855 ̊С
СN2 = 1,4822; CO2 = 1,5618; CСО2 = 2,408; CН2О = 1,942;
VN2 = 8,541 ; VО2 = 0,198 ; VСО2 = 0,992 ; VН2О = 2,124 ;
tк = 36140/(8,541*1,4822 + 0,198*1,5618 + 0,992*2,408 + 2,124*1,942) = 36140/19,48 = 1855 ̊С.
ЗАДАЧА 6
Рассчитать подовую горелку низкого давления без принудительной подачи воздуха для водогрейного секционного котла типа "Энергия-6" с поверхностью нагрева 52,7 м2. Котел работает на природном газе с QHP=36000 кДж/м3. Максимальный расход газа котлом VK= 86.8 м3/ч. Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания газа, V0=9.49 м3воздуха/ м3газа.