Термодинамический расчет полноты сгорания и количества скрытого тепла

Содержание СО₂ в дымовых газах вычисляется по формуле:

Погрешность:

Потери тепла при сжигании топлива:

2.6 Проведение расчетов полноты сгорания и количества скрытого тепла в программной:

Исходный состав газа:

%CH₄ = 0

%C₂H₄ = 0

%C₃H₈ = 100%

%C₄H₁₀ = 0

%C₅H₁₂ = 0

%CO₂ = 0

%N₂ = 0

%H₂ = 0

Влажность – показатель содержания воды в данном топливе: W = 1

Состав влажного газа:

%CH₄ = 0, 00

%C₂H₆ = 0, 00

%C₃H₈ = 99, 00

%C₄H₁₀ = 0, 00

%C₅H₁₂ = 0, 00

%CO₂ = 0, 00

%N₂ = 0, 00

%H₂ = 0, 00

%H₂O = 1

Влагосодержание – удельное содержание свободной воды в топливе: d = 10

Коэффициент избытка воздуха – отношение действительно поданного воздуха к его теоретически необходимому количеству: α = 1, 56

Теплота сгорания топлива – это количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива, измеряющимся в СИ, Дж, калл=Q. В единицах массы: Дж/кг; калл/кг. Для органических топлив различают высшую и низшую теплоту сгорания:
Q^Рн = 358.2·CH₄ + 637.5·C₂H₆ + 912.5·C₃H₈ + 1186.5·C₄H₁₀ + 1460.8·C₅H₁₂ = 358.2·0, 00 + 637.5·0, 00 + 912.5·99, 00 + 1186.5·0, 00 + 1460.8·0, 00 = 90337, 50 кДж/нм³

Теоретически необходимое количество сухого воздуха:

L₀ = 0.0476·(2·CH₄ + 3.5·C₂H₆ + 5·C₃H₈ + 6.5·C₄H₁₀ + 8·C₅H₁₂) = 0.0476·(2·0, 00 + 3.5·0, 00 + 5·99, 00 + 6.5·0, 00 + 8·0, 00) = 23, 56 нм³/нм³

Теоретическое количество атмосферного воздуха:

L₀' = 1.016·L₀ = 1.016·23, 56 = 23, 94 нм³/нм³

Действительное количество сухого воздуха:

L_a = a·L₀ = 1, 56·23, 56 = 36, 76 нм³/нм³

Действительное количество атмосферного воздуха:

L_a' = a·L₀' = 1, 56·23, 94 = 37, 34 нм³/нм³

Состав дымовых газов:

V(CO₂) = 0.01·(CO₂ + CH₄ + 2·C₂H₆ + 3·C₃H_­8 + 4·C₄H₁₀ + 5·C₅H₁₂) = 0.01·(0, 00 + 0, 00 + 2·0, 00 + 3·99, 00 + 4·0, 00 + 5·0, 00) = 2, 97 нм³/нм³

V(H₂O) = 0.01·(2·CH₄ + 3·C₂H₆ + 4·C₃H_­8 + 5·C₄H₁₀ + 6·C₅H₁₂ + H₂O + 0.16·d·L_a) = 0.01·(2·0, 00 + 3·0, 00 + 4·99, 00 + 5·0, 00 + 6·0, 00 + 1 + 0.16·10·36, 76) = 4, 56 нм³/нм³

V(N₂) = 0.79·L_a + 0.01·N₂ = 0.79·36, 76 + 0.01·0, 00 = 29, 04 нм³/нм³

V(O₂) = 0.21·(a - 1)·L₀ = 0.21·(1, 56 - 1)·23, 56 = 2, 77 нм³/нм³

V_a = V(CO₂) + V(H₂O) + V(N₂) + V(O₂) = 2, 97 + 4, 56 + 29, 04 + 2, 77 = 39, 34 нм³/нм³

Процентное соотношение продуктов горения:

%CO₂ = 7, 55%

%H₂O = 11, 59%

%N₂ = 73, 82%

%O₂ = 7, 04%

Материальный баланс – это расчеты количеств вещества принимающих участие в процессе горения на основании закона сохранения масс:

V = 100 м³

Состав природного газа:

V(CH₄) = %CH₄·V = 0, 00%·100 = 0, 00 м³

V(C₂H₆) = %C₂H₆·V = 0, 00%·100 = 0, 00 м³

V(C₃H₈) = %C₃H₈·V = 99, 00%·100 = 99, 00 м³

V(C₄H₁₀) = %C₄H₁₀·V = 0, 00%·100 = 0, 00 м³

V(C₅H₁₂) = %C₅H₁₂·V = 0, 00%·100 = 0, 00 м³

V(CO₂) = %CO₂·V = 0, 00%·100 = 0, 00 м³

V(N₂) = %N₂·V = 0, 00%·100 = 0, 00 м³

V(H₂) = %H₂·V = 0, 00%·100 = 0, 00 м³

V(H₂O) = %H₂O·V = 1%·100 = 1 м³

V(O₂) = L0 / (1 + k) = 23, 56 / (1 + 3.76) = 4, 9500 м³

Состав продуктов горения:

V(CO₂) = %CO₂·V = 7, 55%·100 = 7, 55 м³

V(H₂O) = %H₂O·V = 11, 59%·100 = 11, 59 м³

V(N₂) = %N₂·V = 73, 82%·100 = 73, 82 м³

V(O₂) = %O₂·V = 7, 04%·100 = 7, 04 м³

Материальный баланс горения – сравнение теоретически возможного и практически полученного выхода результата горения:

Природный газ:

CH₄ = V(CH₄)·r(CH₄) = 0, 00·0.717 = 0, 00 кг

C₂H₆ = V(C₂H₆)·r(C₂H₆) = 0, 00·1.356 = 0, 00 кг

C₃H₈ = V(C₃H₈)·r(C₃H₈) = 99, 00·2.020 = 199, 98 кг

C₄H₁₀ = V(C₄H₁₀)·r(C₄H₁₀) = 0, 00·2.84 = 0, 00 кг

C₅H₁₂ = V(C₅H₁₂)·r(C₅H₁₂) = 0, 00·3.218 = 0, 00 кг

CO₂ = V(CO₂)·r(CO₂) = 0, 00·1.977 = 0, 00 кг

N₂ = V(N₂)·r(N₂) = 0, 00·1.251 = 0, 00 кг

H₂ = V(H₂) ·r(H₂) = 0, 00·0.08988 = 0, 00 кг

H₂O = V(H₂O) ·r(H₂O) = 1·0.804 = 0, 80 кг

Воздух:

O₂ = 100·V(O₂)·a·r(O₂) = 100·4, 9500·1, 56·1.429 = 1103, 47 кг

N₂ = 100·V(O₂)·a·k·r(N₂) = 100·4, 9500·1, 56·3.76·1.251 = 3632, 24 кг

H₂O = 0.16·d·L_a·r(H₂O) = 0.16·10·36, 76·0.804 = 47, 28 кг

Итого (теоретически возможный выход продукта, при V = 100 м³): 4983, 79 кг

Продукты горения:

CO₂ = V(CO₂)·V·r(CO₂) = 2, 97·100·1.977 = 587, 17 кг

H₂O = V(H₂O)·V·r(H₂O) = 4, 56·100·0.804 = 366, 47 кг

N₂ = V(N₂)·V·r(N₂) = 29, 04·100·1.251 = 3632, 63 кг

O₂ = V(O₂)·V·r(O₂) = 2, 77·100·1.429 = 395, 96 кг

Итого (практический выход продукта горения, при V = 100 м³): 4982, 23 кг

Неувязка – ошибка (погрешность) вычислений: |4983, 79 - 4982, 23|·100% / 4983, 79 = 0, 0312 %

Заключение

Переход на промышленные виды топлива с низким выходом углерода (как, например, бутан) понижает выбросы газов, создающих парниковый эффект, при достаточно высокой экономической эффективности, и такие переходы осуществляются во многих регионах страны. Природные газы оказывают минимальное воздействие на окружающую среду по сравнению с другими видами ископаемых топлив. Переход с ископаемых углей на углеводородное топливо при сохранении того же соотношения эффективности преобразования энергии топлива в электроэнергию сократил бы выбросы на 40%. Также важно, несмотря на априорные преимущества природного газа, оптимизировать его использование. В газовой промышленности постоянно действуют программы повышения эффективности и совершенствования технологий, дополненные развитием экологического менеджмента, что еще более усилило доводы в пользу газа с позиций защиты окружающей среды как эффективного топлива, вносящего вклад в защиту окружающей среды в будущем.

Область использования углеводородов не стоит на месте. На современном этапе ученые открывают новые полезные свойства углеводородов, разрабатываются новые технологии для более глубокой переработки. Данный сегмент рынка очень перспективный, развивающийся, формирующийся. Углеводороды – это основа современного общества.