Рассчитать теплоту сгорания природного газа

Расчет горения природного газа проектный

Температура подогрева воздуха, t_в = 20 °C.

1.1.2. Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ при содержании H₂O = 1%:

При точности анализа – один знак после запятой, другие составляющие газа остаются без изменений, т.е. состав рабочего газа будет:

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	N2	H2O	Сумма
97,0%	0,5%	0,3%	0,1%	0,2%	0,1%	0,8%	1,0%	100,0%

1.1.3.Теплота сгорания газа:

Q p _н = 385,18 ⋅ 97,0 + 637,48 ⋅ 0,5 + 912,3 ⋅ 0,3 + 1186,46 ⋅ 0,1 + 1460,77 ⋅ 0,2 = 35746,69 , кДж/нм 3

Q p _н = 85,55 ⋅ 97,0 + 152,26 ⋅ 0,5 + 217,9 ⋅ 0,3 + 283,38 ⋅ 0,1 + 348,9 ⋅ 0,2 = 8538 , ккал/нм 3 .

1.1.4.Теоретически необходимое количество сухого воздуха:

V о _в = 4,762 (2 ⋅ 97 + 3,5 ⋅ 0,5+ 5 ⋅ 0,3+ 6,5 ⋅ 0,1+ 8 ⋅ 0,2)/100 = 4,762 ⋅ 199,5/100 = 9,5 нм 3 /нм 3 .

1.1.5.Теоретически необходимое количество воздуха с учетом его влажности:

V о _{в .вл} = (1+0,0016d) ⋅ V о _в , нм 3 /нм 3

V о _{в .вл} = (1+0,0016 ⋅ 10) ⋅ 9,5 = 9,65 нм 3 /нм 3 ,

где: 0,0016 = 1,293/(0,804 ⋅ 1000) представляет собой коэффициент пересчета весовых единиц влаги воздуха, выраженных в г/кг сухого воздуха, в объемные единицы – нм 3 водяных паров, содержащихся в 1 нм 3 сухого воздуха.

1.1.6. Действительное количество сухого воздуха при коэффициенте избытка воздуха α=1,2:

V_α = α ⋅ V о _в = 1,2 ⋅ 9,5 = 11,4 нм 3 /нм 3

1.1.7.Действительное количество атмосферного воздуха при коэффициенте избытка α=1,2:

V ′_α = α ⋅ V о _{в .вл} = 1,2 ⋅ 9,65 = 11,58 нм 3 /нм 3

1.1.8.Количество продуктов горения при α=1,2:

V_{CO 2} = 0,01(0,1 + 97 + 2 ⋅ 0,5 + 3 ⋅ 0,3 + 4 ⋅ 0,1 + 5 ⋅ 0,2) = 1,004 нм 3 /нм 3

V_{H2 O} = 0,01(2 ⋅ 97 + 3 ⋅ 0,5 + 4 ⋅ 0,3 + 5 ⋅ 0,1 + 6 ⋅ 0,2 + 1,0 + 0,16 ⋅ 10 ⋅ 11,4) = 2,176 нм 3 /нм 3

V_{N 2} = 0,01 ⋅ 0,8 + 0,79 ⋅ 11,4 = 9,014 нм 3 /нм 3

V_{O 2} = 0,21(α — 1)V о _в , нм 3 /нм 3

V_{O 2} = 0,21 ⋅ (1,2 — 1) ⋅ 9,5 = 0,399 нм 3 /нм 3

Общее количество продуктов горения:

V_ДГ = 1,004 + 2,176 + 9,014 + 0,399 = 12,593 нм 3 /нм 3

1.1.9. Процентный состав продуктов горения:

СО₂ = 1,004 ⋅ 100/12,593 ≅ 7,973%

H₂O = 2,176 ⋅ 100/12,593 ≅ 17,279%

N₂ = 9,014 ⋅ 100/12,593 ≅ 71,579%

Итого: 99,999% или с точностью до двух знаков после запятой – 100%.

1.1.10.Материальный баланс процесса горения на 100 нм 3 газа (перевод нм 3 каждого газа в кг производят путем умножения на его плотность ñ_o, кг/нм 3 ).

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Природный газ:			Продукты горения:
CH4=97,0 ⋅ 0,717	69,55	4,466	CO2=1,004 ⋅ 100 ⋅ 1,977	198,49	12,75
C2H6=0,5 ⋅ 1,356	0,68	0,044	H2O=2,176 ⋅ 100 ⋅ 0,804	174,95	11,23
C3H8=0,3 ⋅ 2,020	0,61	0,049	N2=9,014 ⋅ 100 ⋅ 1,251	1127,65	72,42
C4H10=0,1 ⋅ 2,840	0,28	0,018	O2=0,399 ⋅ 100 ⋅ 1,429	57,02	3,66
C5H12=0,2 ⋅ 3,218	0,644	0,041	Неувязка	-0,91	-0,06
CO2=0,1 ⋅ 1,977	0,20	0,013	Итого:	1551,2	100,00
N2=0,8 ⋅ 1,251	1,00	0,064
H2O=1,0 ⋅ 0,804	0,80	0,051
Воздух:
O2=199,5 ⋅ 1,2 ⋅ 1,429	342,1	21,964
N2=199,5 ⋅ 1,2 ⋅ 3,762 ⋅ 1,251	1126,68	72,415
H2O=0,16 ⋅ 10 ⋅ 11,4 ⋅ 0,804	14,66	0,941
Итого:	1557,2	100,0

1.1.11.Общая энтальпия продуктов горения при t_в=20 °C и á_в=1,2:

i_общ = 35746,69/12,593 + 11,58 ⋅ 26,38/12,593 = 2862,9 кДж/нм 3 или

i_общ = 8538/12,593 + 11,58 ⋅ 6,3/12,593 = 683,8 ккал/нм 3 ,

где: i ′_в = с_в ⋅ t_в = 1,319 ⋅ 20 = 26,38 кДж/нм 3 или

i ′_в = с_в ⋅ t_в = 0,315 ⋅ 20 = 6,3 ккал/нм 3

i ′_в может быть определена также по i-t диаграмме рис. 7.1.

1.1.12.Теоретическая температура горения при α=1,2

t_теор=1775 °С, по i-t диаграмме рис. 7.2.

1.1.13.Коэффициент сохранения тепла в топке:

ϕ = 1 – q₅ /100= 1 – 0,5/100 = 0,995

где: q₅ – потери тепла в окружающую среду, зависят от конструктивных особенностей топки, в примере q₅ принимаем равными 0,5%.

1.1.14.Действительная энтальпия газов в топке:

i ′ _общ = 2862,9 ⋅ 0,995 =2848,6 кДж/нм 3 или

i ′ _общ =683,8 ⋅ 0,995 = 680,4 ккал/нм 3

1.1.15.Действительная средняя температура газов в топке:

t_дейст ≈ 1750 °С, по i-t диаграмме рис. 7.2.

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

Расчет теплотворной способности и числа Воббе природного газа при стандартных условиях

При известном составе природного газа рассчитать низшую теплотворную способность и число Воббе при различных стандартных условиях (при 0 или 20 град. Цельсия) можно на калькуляторах, приведенных выше.

Данным калькулятором рекомендуется пользоваться только в случае отсутствия данных о низшей теплотворной способности и числе Воббе от газораспределительной организации. Как правило значение теплотворной способности и числе Воббе можно получить из паспорта качества природного газа, получаемого (оформляемого) газораспределительной организацией.

Примеры паспортов качества газа:

Низшая теплотворную способность используется:

Число Воббе газообразного топлива (низшее или высшее) — это отношение объемной (соответственно, низшей или высшей) теплоты сгорания к корню квадратному из относительной плотности газообразного топлива.

Это число характеризует постоянство теплового потока, получаемого при сжигании газа. Газы c одинаковым числом Воббе при равном давлении истечения обычно могут использоваться один вместо другого без замены горелки или форсунки.

Примечание: При этом число Воббе не охватывает таких характеристик, как возможность отрыва или проскока пламени. Требуется дополнительная проверка на устойчивость пламени газогорелочного устройства.

При подводе газов с разными числами Воббе к одной горелке газ с меньшим числом Воббе должен подводиться при большем давлении. Давление газа при новом значении числа Воббе определяется по формуле:

где P₂ — избыточное давление газа на новом газе с плотность ρ₂ и низшей теплотворной способность природного газа Q_H2;

P₁ — избыточное давление газа на первоначального газа с плотность ρ₁ и низшей теплотворной способность природного газа Q_H1.

При невозможности изменения давления газа требуется изменение конструкции горелки (например изменение диаметра сопла горелки). Методы расчета изменений конструктивных размеров элементов горелки зависит от типа горелки (например: инжекционные горелки низкого давления, инжекционные горелки среднего давления, горелки с принудительной подачей воздуха и т.д. ).

Примечание.

В комментарии приветствуются пожелания, замечания и рекомендации по улучшению программы.

Источник

Теплота сгорания газов

Теплота сгорания, или теплотворная способность газа как топлива, — это количество теплоты, выделяемой при полном сгорании единицы количества вещества (кг или м), измеренного при нормальных стандартных условиях (давление, температура).

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания называется количество теплоты (кДж), выделяющееся при полном сгорании единицы количества вещества (кг или м), с учетом конденсации водяных паров, образующихся при окислении водорода. Низшей теплотой сгорания называется количество теплоты (кДж), выделяющееся при полном сгорании единицы количества вещества при нормальных или стандартных условиях без учета теплоты, выделяющейся при конденсации водяных паров. На основе численного значения теплоты сгорания топлива определяют потребность в газообразном топливе, а также КПД газоперекачивающих агрегатов и других газоиспользующих установок.

В расчетах обычно используют понятие низшей теплоты сгорания топлива в силу того, что отходящие из газоиспользующих установок продукты сгорания имеют относительно высокую температуру, значительно выше, чем температура точки росы, при которой и происходит конденсация водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания.

Численные значения низшей теплоты сгорания ряда компонентов газообразного топлива приведены в табл. 1.3.

Следует заметить, что приводимые в литературе данные о теплоте сгорания отдельных компонентов газообразного топлива часто разнятся между собой. Это в определенной степени обусловлено различием в подсчете основных характеристик самого топлива.

Низшая теплота сгорания некоторых компонентов природного газа

Метан СН

СН

СН

СН

СН

СН

Низшая теплота сгорания, кДж/м

Пример 1.2. Определить низшую теплоту сгорания природного газа, имеющего следующее процентное содержание компонентов: метана СН= 94%; этана СН= 3%; пропана СН= 1,5%; бутана СН= 1%; пентана СН= 0,5%.

Решение. Расчет низшей теплоты сгорания топлива проводится по формуле:

,

где — теплота сгорания компонентов смеси; — процентное содержание компонентов смеси.

Применительно к данному случаю получим:

= 35880·0,94 + 64450·0,03 + 92949·0,015 + 118680·0,01 +146130·0,005 = 38672 кДж/м.

Переход к определению массовой теплоты сгорания топлива (кДж/кг) осуществляется с использованием плотности газа в данных условиях [,кДж/кг = ( кДж/м) /, кг/м].

Пересчет теплоты сгорания газа от нормальных условий к стандартным проводится по формуле:

(20°С) =(0°С).

Согласно существующим требованиям, номинальная низшая теплота сгорания топлива при проведении теплотехнических расчетов в системе газовой промышленности принимается равной 34541 кДж/м.

Источник