Расчет продуктов сгорания

Показатели горения рассчитывают по реакциям горения компонентов горючей смеси. Расчет ведут на 100 м³ сухого газа и все объемы относят к нормальным условиям. Результаты расчета сводят в таблицу 9.1.

Пример 9.1. Найти объемы воздуха, водяных паров, сухих продуктов сгорания, если задан объемный состав сухого газа в %:

СН₄ = 98%; С₂Н₆ = 0,16; С₃Н₈ = 0,08; С4Н₁₀ = 0,06; СО₂ = 0,4; N₂ = 1,3.

Влагосодержание воздуха d_в = 10 г/м³ сухого воздуха; = 35080 кДж/м³; ρ_г = 0,73 кг/м³.

Решение:

1. Для расчета показателей горения газа составим таблицу 9.1. По второй графе таблицы записываем объемные количества компонентов, приходящиеся на 100 м³ газа. В третьей графе приводятся стехиометрические уравнения реакции горения.

2. Продукты горения газа рассчитываем при теоретическом количестве воздуха V₀ (α = 1,0), а затем определяем количество избыточного воздуха V_изб (α = 1,1).

3. Рассчитываем расходы воздуха О₂ и N₂ (графы 4, 5):

при СН₂ = 98 О₂ = 98∙2 = 196;

при С₂Н₆ = 0,16 О₂ = 0,16∙3,5 = 0,56 и т.д.

Учитывая, что соотношение между азотом и кислородом равно

N₂/О₂ = 79/21 = 3,76,

вычисляем для СН₄: N₂/196 = 3,76; N₂ = 737;

Таблица 9.1

Расчет показателей горения

для С₂Н₆: N₂/0,56 = 3,76; N₂ = 2,1 и т.д.

Балластные газы СО₂ и N₂ переходят в продукты сгорания без изменения.

4. Определим теоретическое количество воздуха V₀ (в итоге графы 6 табл. 9.1). Оно равно: 197,35 + 742,06 = 939,41 на 100 м³ газа, т.е. V₀ = 939,41 м³/м³.

Количество избыточного воздуха V_изб = V₀∙(1,1 - 1) = 939,41∙0,1 = 93,94.

5. Объем влаги (графа 8), который вносится с воздухом, составит:

м³,

где ρ = 0,804 кг/м³ - плотность водяного пара при нормальных условиях.

6. Расход воздуха при α =1,1 составит V_в = 939,4∙1,1 = 1033,35 м³/м³.

7. Для определения О₂ в продуктах сгорания (графа 10) необходимо из количества избыточного воздуха, расходуемого на горение, вычесть соответствующее количество азота:

.

8. Дополнительное количество влаги с избыточным воздухом составит (см. графу 8):

V_доп.вл.. = 11,68∙0,1 = 1,17.

9. Количество влажных продуктов сгорания в итоге графы 11 при α = 1,1 будет равно:

V_в.п.с. = 1133,53 / 100 = 11,33 м³/м³.

10. Объем водяных паров (см. графу 8)

V_в.п. = 198,37 / 100 = 1,98 м³/м³.

11. Количество сухих продуктов сгорания

V_с.п.с. = V_в.п.с. - V_в.п. = 11,33 - 1,98 = 9,35 м³/м³.

12. Определяем состав влажных продуктов сгорания: %:

СО₂ = (99,2 / 1133,5)∙100 = 8,75;

Н₂О = (108,37 / 1133,5)∙100 = 9,56;

О₂ = (19,7 / 1133,5)∙100 = 1,74;

N₂ = 100 - (СО₂ + Н₂О + О₂) = 100 - (8,75 + 9,56 + 1,74) = 79,6.

В связи с тем, что расчет продуктов сгорания по составу топлива трудоемок и зачастую при выполнении теплотехнических расчетов отсутствует его полный анализ, в производственных условиях для расчетов пользуются формулами приближенного расчета горения.

Теоретическое количество воздуха для сгорания топлива

V₀ = (1,09 / 4187)∙ - 0,25, м³/м³,

где - низшая рабочая теплота сгорания газа, кДж/м³.

Теоретическое количество продуктов сгорания топлива

, м³/м³.

Пример 9.2. Определить количество воздуха, необходимое для сгорания природного газа с теплотой сгорания = 35600 кДж/м³, и объем продуктов горения при коэффициенте избытка воздуха α = 1,05.

Решение:

1. Вычисляется теоретическое количество воздуха

V₀ = (1,09 / 4187)∙ - 0,25 = (1,09 / 4187)∙35600 - 0,25 = 9,05, м³/м³.

Действительное количество воздуха

V_д = V₀∙α = 9,05∙1,05 = 9,5м³/м³.

3. Теоретический объем продуктов сгорания

= (1,14 / 4167)∙35600 + 0,25 = 9,95м³/м³.

4. Действительный объем продуктов сгорания

= 9,95 + 0,05 = 10,4 м³/м³.