Расчет дымовых газов при сгорании природного газа

Расчет процесса горения природного газа

Объемы воздуха и продуктов сгорания определяются на 1 м 3 сухого газообразного топлива при нормальных условиях.

Расчет производится согласно нормативному методу

Расчет объемного состава и энтальпии продуктов сгорания газообразного топлива.

Теоретическое количество воздуха , необходимое для сгорания 1 нормального кубического метра топлива определяется по формуле [17]

, (3.3)

где H₂ ,CO — содержание отдельных газов в топливе в %;

m и n числа атомов углерода и водорода в химической формуле углеводородов, входящих в состав топлива.

Теоретическое количество воздуха в м 3 /м для сжигания 1 кг топлива

, (3.4) (3.4)

где V₀ — теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания

1 нормального кубического метра топлива, м 3 /м 3 ;

ρ_в= 1,225 плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м 3 ;

ρ_г =0,73 плотность природного газа при нормальных условиях, кг/м 3

м 3 /м 3

Расход воздуха необходимый для сжигания топлива в кг/снаходим по формуле [17]

, (3.5)

Где G_кт— расход газа за ГТУ, кг/с;

G_гт— расход сжигаемого в КС ГТУ топлива, кг/с.

Коэффициент избытка воздуха α_КТ в камере сгорания находим по формуле [17]

, (3.6)

где G_в — расход воздуха необходимый для сжигания топлива, кг/с;

V₀ — теоретическое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива, кг/кг.

=6,88

Объемный состав продуктов сгорания газообразного топлива находим по формуле [17]

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.10)

где α_кт — коэффициент избытка воздуха в камере сгорания;

V₀ — теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 нормального кубического метра топлива, м 3 /м 3 .

Полный относительный объем продуктов сгорания газового топлива находим по в формуле [17]

, (3.11)

где — объемный состав продуктов сгорания газообразного топлива, м 3 /м 3 .

Объемные доли продуктов сгорания находим по формуле [17]

(3.12)

(3.13)

(3.14)

(3.15)

где — объемный состав продуктов сгорания газообразного топлива, м3/м3;

V_г — полный относительный объем продуктов сгорания газового топлива, м 3 /м 3 .

Молекулярную массу продуктов сгорания в г/моль находим по формуле [11]

(3.16)

Где — объемные доли компонентов топливного газа.

Находим параметры β_Г для газовой смеси известного состава [11]

(3.17)

Где — объемные доли компонентов топливного газа.

Расчет дымовой трубы

Принимается для ГТУ отдельная дымовая труба, устанавливаемая после котла-утилизатора. Размеры ее (высота и диаметр устья) определяются из условия обеспечения предельно допустимой концентрации NO₂ в окружающем воздухе (ПДК) при нагрузке котла-утилизатора в номинальном режиме со средней температурой окружающего воздуха за наиболее холодный месяц, равной –14,9 0 С.

Диаметр дымовой трубы будем считать по расходу уходящих газов при сжигании природного газа, т.к. их расход больше, чем при сжигании мазута.

Имеем: суммарный объем уходящих газов после котла-утилизатора при объемном расходе 67,48 м 3 /с. Равен 243 тыс. нм 3 /ч; средняя температура газов при входе в дымовую трубу 110 0 С. Температуру газов на выходе из дымовой трубы с учетом охлаждения в дымовой трубе принимаем равной 90 0 С.

Объемный расход газов ₁, выходящих из дымовой трубыопределяем по формуле

, (3.18)

где V_г – суммарный объем уходящих газов после котла-утилизатора

t к _ух – средняя температура газов при входе в дымовую трубу

t_ух – температура газов на выходе из дымовой трубы с учетом охлаждения в трубе.

м 3 /с

Выходную скорость газов принимаем 18 м/с (согласно стр. 141 из [9]).

Требуемый диаметр устья трубы в мм определяется по формуле

, (4.19)

Принимаем к установке дымовую трубу по типовому проекту с диаметром устья 2,1 м (согласно СНИП II-35-76 КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ).

Действительная выходная скорость газов в м/с определяется по формуле

(3.20)

Высота дымовой трубы определяется по условиям рассеивания в воздушном пространстве вредных выбросов, ПДК которых в окружающем воздушном пространстве регламентируется санитарными нормами.

Минимально допустимая высота дымовой трубы Н_МИН, м, подсчитывается из условия предельно допустимых концентраций NO₂ , в атмосфере по формуле (6-4 из [9]):

(3.21)

где А – коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности (для Урала А=160);

М – выброс NO₂, г/с ; М= 67,48·0.05= 3,3 г/с

F – коэффициент (при расчете по SO₂ принимается равным 1);

ПДК – предельно допустимая концентрация NO₂;

V₁ – секундный объем газов, выбрасываемых из трубы, м 3 /с;

ΔТ – разность температур между выходящими из трубы газами и окружающим воздухом, 0 С.

Выбросы окислов азота в г/м 3 определяется по формуле

(3.22)

где Z- Уровень выброса вредных веществ, г/ м3

г/с

Выброс окислов азота при природного газа составит 3,3 г/с.

Минимально допустимая высота дымовой трубы Н_МИН составит

Согласно полученных данных для удовлетворения показателей предельно-допустимых концентраций вредных выбросов в атмосферу устанавливаем дымовую трубу с диаметром устья 2,1 м и высотой 17,4 м.

Источник

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