Теплоту сгорания природного газа формула

Определение высшей и низшей теплот сгорания газообразных топлив и их жаропроизводительности

Теплота сгорания, или теплотворная способность (теплотворность), топлива Q – это количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 моля (кДж/моль), 1 кг (кДж/кг) или 1 м 3 топлива (кДж/м 3 ).

Значения объемной теплоты сгорания применяют обычно при расчетах, связанных с использованием газообразного топлива. При этом различают теплоту сгорания 1 м 3 газа при нормальных условиях (кДж/м 3 ), т.е. при температуре газа 0 ºС и давлении 1 ата, и при стандартных условиях – при температуре 20 ºС и давлении 760 мм рт.ст.

При анализе топлива и в теплотехнических расчетах приходится иметь дело с высшей и низшей теплотой сгорания. Высшая теплота сгорания топлива представляет собой количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива с образованием CO₂, H₂O в жидком состоянии и SO₂ . К высшей теплоте сгорания близка теплота сгорания, определяемая путем сжигания топлива в калориметрической бомбе в атмосфере кислорода . Незначительное отличие теплоты сгорания в бомбе от высшей теплоты сгорания обусловлено тем, что при сжигании в атмосфере кислорода происходит более глубокое окисление топлива, чем при его сгорании на воздухе. Так, например, сера топлива сгорает в калориметрической бомбе не до SO₂ , а до SO₃, и при сжигании топлива в бомбе происходит образование серной и азотной кислот.

Низшая теплота сгорания топлива представляет собой количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива с образованием CO₂, H₂O в парообразном состоянии и SO₂. Кроме того, при подсчете низшей теплоты сгорания учитывается расход тепла на испарение влаги топлива. Следовательно, низшая теплота сгорания отличается от высшей расходом тепла на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании топлива ().

При подсчете разницы между высшей и низшей теплотой сгорания учитывается расход тепла на конденсацию пара и на охлаждение образующегося конденсата до 0 ºС. Эта разница составляет около 2,51 МДж на 1 кг влаги, т.е. 25 кДж на каждый процент влаги, содержащейся в топливе или образующийся при сгорании водорода, входящего в состав горючего.

При оценке эффективности использования указанных видов топлива существенное значение имеет вопрос о том, какая теплота сгорания принята в расчет- высшая или низшая. Поэтому при сопоставлении данных испытаний котлов и печей, выполненных на основе низшей и высшей теплоты сгорания, необходимо производить соответствующий пересчет и по формуле

Теплоту сгорания можно определять двумя путями. Первый из них заключается в непосредственном измерении количества тепла, выделяющегося при сжигании определенного количества исследуемого горючего, т.е. путь экспериментальный. Второй путь основан на том, что эта характеристика вычисляется исходя из теплоты горения горючих составляющих топлива и, следовательно, определяется содержанием последних в горючем. Таким образом, во втором случае требуется знание точного состава топлива и тех тепловых эффектов, какими сопровождаются реакции окисления горючих составляющих.

Подсчет теплоты сгорания газообразного топлива по компонентному составу. Высшую и низшую теплоту сгорания газообразного топлива посчитывают на основе реакций окисления компонентов и стандартных теплот образования веществ по формулам:

Для природных и попутных нефтепромысловых газов с высоким содержанием CH₄, включающих помимо метана его гомологи, а также углекислый газ, сероводород и азот, низшую теплоту сгорания можно подсчитать по формуле с округленными коэффициентами:

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

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

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