Определение топочных газов, подаваемых на горение

2. Расчётная часть.

2.1. Определение топочных газов, подаваемых на горение.

В  качестве  топлива  используется природный газ  следующего состава [в % (об.)] CH₄ – 91,6%; С₂Н₆ – 1,6%; С₃Н₈ – 0,8%; С₄Н₁₀ – 0,4%; С₅Н₁₀ – 0,2%; СО₂ – 0,6%; N₂ – 4,7%; Н₂S – 0,1%.

Теоретическое количество сухого воздуха L₀, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, равно: [4]

,

где составы горючих газов выражены в объёмных долях. Подставив соответствующие значения, получим:

Для   определения   теплоты   сгорания   топлива   воспользуемся характеристиками горения простых газов [10].

Таблица 1.

Характеристика горения простых газов.

Газ	Реакция	Тепловой эффект Реакции, кДж/м3
Водород Метан Этан Пропан Бутан Пентан Сероводород	H2+0,5CO2=H2O CH4+2O2=CO2+H2O C2H6+3,5O2=2CO2+3H2O C3H8+5O2=3CO2+4H2O C4H10+6,5O2=4CO2+5H2O C5H12+8O2=5CO2+6H2O H2S+1,5O2=SO2+H2O	108100 358200 637500 912500 1186500 1460800 23100

Количество тепла  выделившегося при сжигании 1 м³ газа, равно:

,                                                                                             

 где - тепловой эффект реакции горения простого газа.

Плотность газообразного топлива ρ_m  равна:

,                                                                                     
          

где M_i - молярная масса i - того компонента топлива, кмоль/кг;

 t_T - температура топлива, равная 20⁰C;

молярный объём, равный 22,4 м³/кмоль;

Т_о - термодинамическая температура, равная 273 К.

.

Количество тепла, выделяющегося при сжигании 1кг топлива:

                                                                                
                                       

Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчёте на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха , необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси .

Значение  находим из уравнений материального  и теплового балансов.          Уравнение материального баланса:

 ,                                                                             

где L_с.г. -  масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива;                 C_mH_n -  массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, кг/кг.

Уравнение теплового баланса:

,                          

где  - общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95;

 - теплоёмкость газообразного топлива при =20⁰С, равная 1,34 кДж/кг*К;

 - энтальпия свежего воздуха, равная 41,53 кДж/кг;

 - энтальпия сухих газов кДж/кг; ;

 и   - теплоёмкость и температура сухих газов;

 = 1,0416кДж/кгК,  = 270⁰С;

 - влагосодержание свежего воздуха, ( 0,001кг/кг сухого воздуха), при температуре t_о= 18 ^оС и относительной влажности = 78%;

 -  энтальпия водяных паров, кДж/кг;

;    

 - теплота испарения воды при температуре 0 ^оС, равная 2493,1 кДж/кг;

 -  средняя теплоёмкость водяных паров, равная 1,97 кДж/(кгК);

  -  температура водяных паров  = 270 ^оС.

.                     

Решая совместно два уравнения, получим:

                                              (7)    Пересчитаем    компоненты    топлива,    при    сгорании    которых образуется вода, из объемных долей в массовые:

,                                          

где,  C_mH_n - объёмная доля компонента в смеси;

V_м - молярный объём, равный 22,4 моль/л;

 - плотность газообразного топлива;

Т_о  - абсолютная температура;

t_Т   - начальная температура топлива, °С.

СН₄ = 0,91616273/22,40,727(273+20)= 0,8385;

С₂Н₆ = 0,01630273/22,40,727(273+20)= 0,0275;

С₃Н₈ = 0,00844273/22,40,727(273+20)= 0,0201;

С₄Н₁₀ = 0,00458273/22,40,727(273+20)= 0,0133;

С₅Н₁₂ = 0,00272273/22,40,727(273+20)= 0,0082;

 Н₂S = 0,00134273/22,40,727(273+20)= 0,0019.

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно:

    

;                                        

Коэффициент избытка воздуха:

,     

где Q - количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива.

Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и набавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 270^oC равна:

                                                                             (8)

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:

                                                                                  (9)

Влагосодержание газов на входе в сушилку x₁ на 1 кг сухого воздуха равно:

      

Энтальпия газов на входе в сушилку: