Сайт студентов физиков для студентов физиков!
Главная Учебные материалы по физике Расчет процесса совместного горения природного газа и мазута

Расчет процесса совместного горения природного газа и мазута

выход избыточного кислорода —

= (α -1) 0,21 L0 = (1,2 -1,0)0,21∙ 1,843 = 0,077 м3 /м 3,

Общий выход продуктов горения при α = 1,2 —

=

= 0,384 + 0,495 + 2,101+ 0,077 = 3,057 м3 /м3.

Состав продуктов горения для условий сжигания смешанного газа, %:

С02

Н20

N2

02

Σ

12,56

16,19

68,73

2,52

100,0

4.  Определение теплоты сгорания смешанного газа. В данном случае проведение этого этапа расчета не требуется, так как теплота сгорания задана условием расчета и равна:

Ǫрн= 8000 кДж/м3.

5.  Определение температур горения: теоретических () и балансовых ().

При α = 1,0.

В соответствии с условиями примера теплосодержание про­дуктов горения для этого случая будет определяться только хи­мической энергией топлива, т. е. теплотой его сгорания.

Поэтому:

iTобщ = ix = (Ǫрн / V0) = 8000 / 2,682 = 2983 кДж/м3;

iбобщ = ix = (Ǫрн — 0,03 Ǫрн) / V0 =

= (8000 — 0,03 ∙ 8000) / 2,682 = 2893 кДж/м3.

Рассчитанные теплосодержания продуктов горения позволяют определить по i—t-диаграмме для смешанного газа, представленной на рис. 2.3, теоретическую и балансовую температуры горения. Используя эту диаграмму, получим:

tT0 = 1700°С и tб0 = 1730°С.

При α = 1,2.

Для этого случая горения смешанного газа в соответствии с условиями примера теплосодержание продуктов горения будет определяться не только химической энергией топлива, но и физической теплотой, которая вносится в процесс горения подогретым воздухом. Таким образом, с учетом этого обстоятельства будет:

iTобщ= ix + iв = Ǫрн / Vα + Lвαсвtв / Vα =

= 8000 / 3,057 + 2,252 ∙ 1,41 ∙ 1100 / 3,057 = 3759 кДж/м3;

iTобщ= ix + iв = (Ǫрн — 0,03 Ǫрн) / Vα + Lвαсвtв / Vα =

(8000 — 0,03 ∙ 8000)/3,057 + 2,252 ∙ 1,41 ∙ 1100/3,057 = 368 кДж/м3.

При α = 1,2 в продуктах горения присутствует избыточный воздух. Его количество υL рассчитывается в соответствии с выражением (1.51). Тогда:

υL = (Lвα — Lв0) 100 / Vα = ( 2,252 — 1,877 ) 100 / 3,057 = 12,27%.

Воспользовавшись той же диаграммой (рис.2.3), для рассчитанных значений iTобщ, iбобщ и υL получим

iT α = 2060°С и iбα = 2130°С.

В некоторых случаях возникает необходимость использования топливного газа, приготовленного из трех видов топлива, на­пример доменного, коксового и природного.

Для них расчет процесса горения следует производить следующим образом:

1. В соответствии с балансом доменного и коксового газов на предприятии определяется соотношение этих газов (x —доля доменного газа и у — доля коксового газа), используемых для приготовления первоначальной смеси. Эти данные, дополненные сведениями о составе доменного и коксового газов, являются базой для расчета состава первоначальной смеси газов и характеристик процесса горения такой смеси. Методика определения указанных величин отражена в примере п.2.3.

2. Второй этап расчета, по существу, повторяет первый с той лишь разницей, что в качестве первого газа выступает первоначальная смесь, а в качестве второго — природный газ. Доли первоначальной смеси хсм и природного газа уп. г рассчитываются в зависимости от заданной теплоты сгорания, устанавливаемой требованиями теплового режима работы печи.

По этим данным и составу смешиваемых газов определяется конечный состав смешанного газа и далее по методике, представленной в примере п.3.3, рассчитываются все характеристики процесса горения, включая и температуры горения.

2.4. Расчет процесса совместного горения природного газа и мазута

Выполнить расчет горения смеси природного газа и мазута, если количество мазута по тепловой энергии составляет 30% от общего количества тепла, т. е. в 1м3 продуктов сгорания 70% тепловой энергии получают за счет сжигания природного газа, а остальные 30% — за счет сжигания мазута.

Состав природного газа (на сухой газ), об. %:

СН4 =98,0%, С2Н6 = 0,1%, С02 = 0,3, N2 = 1,6.

Состав мазута, маc. %:

Сr = 87,20; Нг =11,5; Sr = 0,5; Оr = 0,5; Nr = 0,3; Ас = 0,3;

Wp= 1,0.

Для указанных условий (совместного сжигания природного газа и мазута) необходимо определить теоретические () и балансовые () температуры горения, имея в виду, что:

а) Коэффициент расхода воздуха α =1,0 и температуры подогрева природного газа и воздуха равны нулю, т. е. tг = tв = 0°С. Мазут, поступающий к печам, как правило, подогревают, чтобы обеспечить его жидкотекучесть. Температура подогрева мазута зависит от его состава и устанавливается ниже температуры вспышки. Обычно эта температура не превышает 100°С.

Таким образом, температура подогрева мазута tм = 100°С;

б) Коэффициент расхода воздуха α =1,2, а температура подогрева природного газа tг = 0°, мазута tм = 100°С, а температура подогрева воздуха tв = 1100° С.

В расчетах принять содержание влаги в воздухе gс. вн2о =15 г/м3.

При определении балансовых температур горения все виды недожога для каждого вида топлива принять равными 3 % или 0,03 (Ǫрн )i.

При решении задач этого примера первоначально следует учесть, что совместное сжигание природного газа и мазута формируют продукты горения, теплосодержание которых определяют балансовую температуру горения — tбα. В общем случае из анализа теплового баланса процесса горения вытекает, что:

iобщ = (1- z) · (iобщ )п. г + z · (i oбщ )м ,

где z — доля тепловой энергии, получаемой при сжигании мазута. Первое слагаемое этого выражения указывает на долю тепловой энергии, которая поступает в продукты горения за счет сжигания природного газа, а второе — за счет сжигания мазута.

Следовательно решение задачи этого примера следует начи­нать с определения характеристик процесса горения: расхода воздуха — Lвлi, выхода продуктов горения — Vi, а также теплоты сгорания — (Ǫрн)п. г., (Ǫрн.

1. Для расчета характеристик процесса горения природного газа и мазута в данном случае целесообразно воспользоваться полученными ранее данными, в частности, результатами расчета примера п. 2.1 (для природного газа) и примера п. 2.2 (для мазута). Эти данные приведены в табл. 2.1.

2. Определение теплоты сгорания природного газа и мазута. Расчет этих характеристик может быть осуществлен по формулам (1.8) и (1.9′). Однако, этот этап расчета в данном случае может быть опущен, так как сведения о теплоте сгорания этих видов топлива для данного примера также представлены результатами расчетов указанных выше примеров (п.2.1) и (п.2.2). Таким образом:

(Ǫрн)п. г = 35 148 кДж/ м3, (Ǫрн )м = 40 705 кДж/кг.

3. Определение температур горения: теоретических (tT0,tTα) и балансовых (tб0,tTα).

При α =1,0.

В соответствии с условиями примера теплосодержание продуктов горения для этого случая будет определяться только химической энергией природного газа и мазута, т. е. их величинами — (Ǫрн)п. г и (Ǫрн )м. Поэтому теплосодержание продуктов горения для определения теоретической температуры горения —

iTобщ = (1 – z) · (iTобщ )п. г + z · (iToбщ )м =