Энтальпия продуктов сгорания природного газа

1. Расчет горения топлива

Сжигается природный газ, элементарный состав которого на сухую массу, %:

Влагосодержание сухого газа составляет g с.г. =5 г ∕ м 3 .

Температура подогрева воздуха t_в=300 ° С.

Коэффициент избытка воздуха α=1,2.

Влажность воздуха q св =14.

Механический недожог отсутствует.

1.2 Пересчет состава газа на рабочую (влажную) массу

Рассчитаем процентное содержание водяных паров в 1 м 3 природного газа:

H₂O в . г = ;

H₂O в.г =%

Пересчитаем состав газа на рабочую массу по формуле:

x в.г =x c .г % ;

CH₄ в.г = 98,3*= 96,6%;

1.3 Расчет количества кислорода и воздуха для сжигания 1 м 3 газа

Найдем объем кислорода, необходимый для окисления горючих составляющих природного газа.

=0,01[(m+n∕ 4)∑C_mH_n в.г. ];

=0,01(2·96,6+3.5·0,129+5·0.009)=1,939 м 3 /м 3 .

Находим количество воздуха при α=1, необходимое для сжигания 1 м 3 природного газа, используя соотношение азота и кислорода в воздухе К=3,76:

L₀ с.в =(1+K)

Практически введенное количество воздуха при α=1,2 составит:

1.4 Расчет объема и состава продуктов сгорания при сжигании 1 м 3 газа

Найдем объем продуктов сгорания при α=1

= 0,01[CH₄ в. + 2C₂H₆ в.г +3C₃H₈ в.г +4C₄H₁₀ в.г ] =0,969 м 3 /м 3 ;

= 0,01[H₂O в.г +2CH₄ в.г +3C₂H₆ в.г +4С₃H₈ в.г +5C₄H₁₀ в.г ]=1,942 м 3 /м 3 ;

= 7,26 м 3 /м 3 ;

V₀=0,969 +1,942 +7,26 =10,17м 3 /м 3 .

Выход продуктов сгорания при α=1,2 изменится только на величину содержания азота, внесенного с избытком воздуха, и на величину избыточного кислорода:

8,7 м 3 /м 3 ;

=0,386 м 3 /м 3 ;

=+++=12,0 м 3 /м 3 – объём продуктов сгорания при α=1,2;

Состав продуктов сгорания при α=1:

Состав продуктов сгорания при α=1,2:

1.5 Расчет теплоты сгорания природного газа

В формулу для Q_н р , подставим горючие составляющие, которые указаны в исходных данных и пересчитаны на рабочую массу:

Q_н р =34666

1.6 Расчет температур горения

Определим химическую энтальпию топлива:

Физическая энтальпия подогретого воздуха, где с_в взята из прил. 2.

_.

Общая энтальпия продуктов сгорания составит:

Используем приложение 1 — диаграмму itи вычисляем содержание избыточного воздуха в продуктах сгорания:

Теоретическая температура горения природного газа t_α т =1950°С.

Энтальпия химического недожога

_.

_{Общее балансовое теплосодержание продуктов сгорания:}

Балансовая температура горения природного газа t_α т =1970°С.

2 Определение тепловых потоков и температур металла по длине печи

2.1. Определение теплового потока и температур металла в сечении 2

Для расчета лучистого теплообмена необходимо знать эффективную толщину излучающего слоя печных газов вблизи сечение 2, м:

Высота рабочего пространства над заготовками найдена с использованием размеров, указанных на рис. 1.1:

H₂ = Н— S=2,54-0,3= 2,24 м, а ширина печи D =2,6 м оставлена без изменения.

Задаем температуру газов в сечении 2 t_г2 = 1280°С. Затем из расчета объема и состава продуктов сгоранияопределяем содержание Н₂0 и С0₂.

Получаем содержание излучающих газов, а печной атмосфере, а именно:

0,01 S_эф Н₂О = 0,01∙ 2,21∙ 11,66= 0,25 атм∙м,

которые необходимы для определения степени черноты при с помощью прил. 6,7 и 8 заданной температуре газов t_г2 = 1280°С: водяного пара ε_СО2 =0,096; ε_Н2О=β∙ ε_Н2О=1,05∙0,14=0,147

Затем определяем степени черноты: продуктов горения

Определяем степень развития кладки вблизи сечения 2:

Приведенный коэффициент излучения для системы «газ — кладка — металл» в сечении 2:

Удельный лучистый тепловой поток на металл в рассчитываемом сечении

При известном коэффициенте конвективного теплообмена а_к2 определяем конвективную составляющую общего теплового потока:

Суммарный тепловой поток на металл в сечении 2 составит

Полагаем, что тепловая мощность низа печи составляет 50 % от общей, т.е. отношение этих мощностей равно

Используя это отношение, по прил. 9 находим = 0,58 и прогреваемые толщины слитка: сверху S_B =0,580,35 = 0,203 м и снизу 5„ =0,35 -0,203 = 0,147 м.

Определяем минимальную температуру по сечению слитка перед его заходом на сплошной под

куда подставили из прил. 10 теплопроводность малоуглеродистой стали = 28 Вт/(м-К) при температуре на 100 °С ниже, чем конечная температура поверхности.

Определяем температуру массы верхней части слитка

Источник

§ 1.4. Энтальпия продуктов сгорания и воздуха

Энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг, кДж/м 3 ) 1 кг твердого, жидкого или 1 м 3 газообразного топлива определяется как сумма энтальпий продуктов сгорания I при α_т=1, избыточного воздуха I (α_т-1) и золы I_з(если А_пр.ун>1,43 кг·%/МДж), т.е.

I_г=I+(α_т-1)I+I_з. (1.60)

Энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг, кДж/м 3 ) при α_т=1 и температуре газов θ, °С определяется по формуле

I=V(cθ)+V(cθ)+V(cθ), (1.61)

где V,V,V— теоретические объемы продуктов сгорания топлива, м 3 /кг (м 3 /м 3 ); (cθ), (cθ), (cθ)— энтальпия углекислоты, азота и водяных паров соответственно, кДж/м 3 .

Энтальпия воздуха (кДж/кг, кДж/м 3 ) при α_т=1 и температуре θ, °С определяется I=V 0 (cθ)_в, по формуле

I=V 0 (cθ)_в, (1.62)

где V 0 — теоретический объем воздуха, м 3 /кг (м 3 /м 3 ); (cθ)_в – энтальпия воздуха, кДж/м 3 .

, (1.63)

где a_ун — доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания; (cθ)з — энтальпия золы, кДж/кг.

Значения энтальпий продуктов полного сгорания топлива, воздуха и золы приведены в табл. 1 (см. Приложение).

Iθ-диаграмма для продуктов сгорания. Iθ-диаграмму строят следующим образом: задают несколько значений температуры горения топлива θ и вычисляют для них энтальпии продуктов сгорания. Затем, выбрав масштабы температур и энтальпий в прямоугольной системе координат, по точкам проводят пря­мую I=f(θ) (рис. 1.1). По Iθ—диаграмме находят теоретическую температуру горения топлива в топке котла.

Задача 1.58. Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 кг карагандинского угля марки К состава: С р =54,7%; Н р =3,3%; S=0,8%; N p =0,8%; O p =4,8%; A р =27,6%; W p =8,0%; если известно, что температура газов на выходе из топки равна θ_г=1000°С, доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания, а_ун=0,85 и приведенная величина уноса золы сжигаемого топлива А_пр.ун=4,6 кг·%/МДж. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,3.

Решение: Теоретически необходимый объем воздуха опреде­ляем по формуле (1.27):

V 0 =0,089C p +0,266H p +0,033(S-O p )=0,089·54,7+0,266·3,3+0,033(0,8-4,8)=5,61 м 3 /кг.

Объем трехатомных газов, по формуле (1.33),

V=0,0187(С p +0,375S)=0,0187(54,7+0,375·0,8)=1,03 м 3 /кг.

Теоретический объем азота, по формуле (1.32),

V=0,79V 0 +0,8N p /100 = 0,79·5,61+0,8·0,8/100=4,43 м 3 /кг.

Теоретический объем водяных паров, по формуле (1.35),

V=0,0124(9H p +W p )+0,0161V 0 =0,0124(9·3,3+8,0)+0,0161·5,61=0,56 м 3 /кг.

Энтальпию продуктов сгорания при α_т=1 и температуре газов θ_г=1000°С определяем по формуле (1.61):

I=V(cθ)+V(cθ)+V(cθ)=1,03·2202+4,43·1394+0,56·1725= =9409 кДж/кг.

Значения (cθ), (cθ)и (cθ)при температуре газовθ_г=1000°С взяты из табл. 1 (см. Приложение).

Энтальпию золы 1 кг угля при θ_г=1000°С определяем формуле (1.63):

=231 кДж/кг.

Значение (cθ)_з при температуре газов θ_г=1000°С взято из табл. 1 (см. Приложение).

Энтальпию воздуха при α_т=1 и температуре газов θ_г=1000°С находим по формуле (1.62):

I=V 0 (cθ)_в=5,61·1436=8056 кДж/кг.

Значение (cθ)_в при температуре газов θ_г=1000°С взято из табл. 1 (см. Приложение).

Энтальпию продуктов полного сгорания 1 кг угля при θ_г=1000°С определяем по формуле (1.60):

I_г=I+(α_т-1)I+I_з=9409+(1,3-l)8056+231=12 057 кДж/кг.

Задача 1.59. Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 кг донецкого угля марки Т состава: С р =62,7%; Н р =3,1%; S=2,8%; N p =0,9%; О р =1,7%; А р =23,8%; W р =5,0%, если известно, что температура газов на выходе из топки θ_г=1100°С.

Ответ: I = 11 774 кДж/кг.

Задача 1.60. В топке котла сжигается 1 кг донецкого угля марки А состава: С р =63,8%; Н р =1,2%; S=l,7%; N р =0,6%; О р =1,3%; А р =22,9%; W p =8,5%. Определить энтальпию избыточного воздуха на выходе из топки при полном сгорании угля, если известно, что температура газов на выходе из топки θ_г=1000°С. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,3.

Ответ: I_в =2604 кДж/кг.

Задача 1.61. Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 м 3 природного газа Газлинского месторождения состава: СО₂=0,4%; СН₄=94,0%; С₂Н₆=2,8%; С₃Н₈=0,4%; С₄Н₁₀=0,3%; C₅H₁₂=0,l%; N₂=2,0%, если известно, что температура газов на выходе из топки θ_г=1000°С. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,1.

Ответ: I_г=18 034 кДж/м 3 .

Задача 1.62. Определить энтальпию избыточного воздуха на выходе из топки при полном сгорании 1 м3 природного газа Шебелинского месторождения состава: СО₂=0,1%; СН₄=92,8%; С₂Н₆=3,9%; С₃Н₈=1,0%; С₄H₁₀=0,4%; С₅Н₁₂=0,3%; N₂=l,5%, если известно, что температура газов на выходе из топки θ_г=1000°С. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,1.

Ответ: I_в=1431 кДж/м 3 .

Задача 1.63. Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 кг высокосернистого мазута состава: С р =83,0%; Н р =10,4%; S=2,8%; О р =0,7%; А р =0,1%; W p =3,0%, если известно, что температура газов на выходе из топки θ_г=1100°С. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,15.

Ответ: I_г=21 377 кДж/кг.

Задача 1.64. Определить энтальпию избыточного воздуха и золы на выходе из топки при полном сгорании 1 кг донецкого угля марки Г состава: C p =55,2%; Н р =3,8%; S=3,2%; N p =1,0%; О р =5,8%; А р =23,0%; W p =8,0%, если известно, что температура газов на выходе из топки θ_г=1100°С, доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания, а_ун=0,85 и приведенная величина уноса золы сжигаемого топлива А_пр.ун=3,72 кг·%/МДж. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,3.

Ответ: I_в=2790 кДж/кг; I_з= 214 кДж/кг.

Задача 1.65. В топке котла сжигается 1 кг карагандинского угля марки К состава: С р =54,7%; Н р =3,3%; S=0,8%; N p =0,8%; О р =4,8%; А р =27,6%; W p =8,0%. Построить Iθ-диаграмму для продуктов сгорания в интервале температур горения топлива 600. 2000°С. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,3.

Решение: Теоретически необходимый объем воздуха опреде­ляем по формуле (1.27):

V 0 =0,089C p +0,266H p +0,033(S-О р )=0,089·54,7+0,266·3,3+0,033(0,8-4,8)=5,61 м 3 /кг.

Объем трехатомных газов находим по формуле (1.33):

V=0,0187(С p +0,375S)=0,0187(54,7+ 0,375·0,8)=1,03 м 3 /кг.

Теоретический объем азота определяем по формуле (1.32):

V=0,79V 0 +0,8N p /100=0,79·5,61+0,8·0,8/100=4,43 м 3 /кг.

Теоретический объем водяных паров находим по формуле (1.35):

V=0,0124(9H p +W p )+0,0161V 0 =0,0124(9·3,3+8)+ +,0161·5,61=0,56 м 3 /кг.

Энтальпию продуктов сгорания 1 кг угля при θ_г=600°С определяем по формуле (1.60):

I_г=I+(α_т-1)I= V(cθ)+V(cθ)+V(cθ)+ +(α_т-1)I=1,03·1222+4,43·804+0,56·967+(1,3-1) ·5,61·830= =6759 кДж/кг.

Значения (cθ), (cθ), (cθ)и (cθ)_в при температуре θ_г=600°С взяты из табл. 1 (см. Приложение).

I_г=I+(α_т-1)I= V(cθ)+V(cθ)+V(cθ)+(α_т-1)I=1,03·2202+4,43·1394+ +0,56·1725+(1,3-1)5,61·1436=11 826 кДж/кг.

Значения (cθ), (cθ), (cθ)и (cθ)_в при температуре θ_г=1000°С взяты из табл. 1 (см. Приложение).

I_г=I+(α_т-1)I= V(cθ)+V(cθ)+V(cθ)+(α_т-1)I=1,03·4843+4,43·2964+ +0,56·3926+(1,3-1)5,61·3064=25 474 кДж/кг.

По найденным значениям энтальпий продуктов сгорания строим Iθ-диаграмму (рис. 1.2).

Источник

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания котельного топлива. Теплоемкость уходящих дымовых газов.

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания 1 кг твердого, жидкого или 1 м 3 газообразного топлива определяется по сумме энтальпий газообразных продуктов сгорания, входящих в состав дымовых газов.

I _в ° = α ּV _в ° ּС_в ּ t _в , (1)

где С_в — теплоемкость воздуха, м 3 • °С, при его температуре t _в , ˚С.

V_в ° — теоретический объем воздуха,

a — коэффициент избытка воздуха ,

Энтальпия газообразных продуктов сгорания, кДж/м 3 (при α = 1),

I_г° = (V R о₂ ּ Ссо₂ + V N ₂ ּ С N ₂ + V н₂оּСн₂о) ּ t_г (2)

где Ссо₂, СN₂ Сн₂о — средние объемные теплоемкости двуокиси углерода, азота и водяных паров при постоянном давлении и тем­пературе, кДж/(м 3 ּ°С).

Энтальпия дымовых газов, кДж/м 3 , при α > 1

Теплоемкость газов изменяется в зависимости от их темпера­туры. Средние объемные значения теплоемкости для воздуха, водя­ного пара и дымовых газов приведены в таблице 14.

Таблица 14. Средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении и нормальных условиях

Источник