Расчет продуктов сгорания

Показатели горения рассчитывают по реакциям горения компонентов горючей смеси. Расчет ведут на 100 м³ сухого газа и все объемы относят к нормальным условиям. Результаты расчета сводят в таблицу 9.1.

Пример 9.1. Найти объемы воздуха, водяных паров, сухих продуктов сгорания, если задан объемный состав сухого газа в %:

СН₄ = 98%; С₂Н₆ = 0, 16; С₃Н₈ = 0, 08; С4Н₁₀ = 0, 06; СО₂ = 0, 4; N₂ = 1, 3.

Влагосодержание воздуха d_в = 10 г/м³ сухого воздуха; = 35080 кДж/м³; ρ _г = 0, 73 кг/м³.

Решение:

1. Для расчета показателей горения газа составим таблицу 9.1. По второй графе таблицы записываем объемные количества компонентов, приходящиеся на 100 м³ газа. В третьей графе приводятся стехиометрические уравнения реакции горения.

2. Продукты горения газа рассчитываем при теоретическом количестве воздуха V₀ (α = 1, 0), а затем определяем количество избыточного воздуха V_изб (α = 1, 1).

3. Рассчитываем расходы воздуха О₂ и N₂ (графы 4, 5):

при СН₂ = 98 О₂ = 98∙ 2 = 196;

при С₂Н₆ = 0, 16 О₂ = 0, 16∙ 3, 5 = 0, 56 и т.д.

Учитывая, что соотношение между азотом и кислородом равно

N₂/О₂ = 79/21 = 3, 76,

вычисляем для СН₄: N₂/196 = 3, 76; N₂ = 737;

Таблица 9.1

Расчет показателей горения

для С₂Н₆: N₂/0, 56 = 3, 76; N₂ = 2, 1 и т.д.

Балластные газы СО₂ и N₂ переходят в продукты сгорания без изменения.

4. Определим теоретическое количество воздуха V₀ (в итоге графы 6 табл. 9.1). Оно равно: 197, 35 + 742, 06 = 939, 41 на 100 м³ газа, т.е. V₀ = 939, 41 м³/м³.

Количество избыточного воздуха V_изб = V₀∙ (1, 1 - 1) = 939, 41∙ 0, 1 = 93, 94.

5. Объем влаги (графа 8), который вносится с воздухом, составит:

м³,

где ρ = 0, 804 кг/м³ - плотность водяного пара при нормальных условиях.

6. Расход воздуха при α =1, 1 составит V_в = 939, 4∙ 1, 1 = 1033, 35 м³/м³.

7. Для определения О₂ в продуктах сгорания (графа 10) необходимо из количества избыточного воздуха, расходуемого на горение, вычесть соответствующее количество азота:

.

8. Дополнительное количество влаги с избыточным воздухом составит (см. графу 8):

V_доп.вл.. = 11, 68∙ 0, 1 = 1, 17.

9. Количество влажных продуктов сгорания в итоге графы 11 при α = 1, 1 будет равно:

V_в.п.с. = 1133, 53 / 100 = 11, 33 м³/м³.

10. Объем водяных паров (см. графу 8)

V_в.п. = 198, 37 / 100 = 1, 98 м³/м³.

11. Количество сухих продуктов сгорания

V_с.п.с. = V_в.п.с. - V_в.п. = 11, 33 - 1, 98 = 9, 35 м³/м³.

12. Определяем состав влажных продуктов сгорания: %:

СО₂ = (99, 2 / 1133, 5)∙ 100 = 8, 75;

Н₂О = (108, 37 / 1133, 5)∙ 100 = 9, 56;

О₂ = (19, 7 / 1133, 5)∙ 100 = 1, 74;

N₂ = 100 - (СО₂ + Н₂О + О₂) = 100 - (8, 75 + 9, 56 + 1, 74) = 79, 6.

В связи с тем, что расчет продуктов сгорания по составу топлива трудоемок и зачастую при выполнении теплотехнических расчетов отсутствует его полный анализ, в производственных условиях для расчетов пользуются формулами приближенного расчета горения.

Теоретическое количество воздуха для сгорания топлива

V₀ = (1, 09 / 4187)∙ - 0, 25, м³/м³,

где - низшая рабочая теплота сгорания газа, кДж/м³.

Теоретическое количество продуктов сгорания топлива

, м³/м³.

Пример 9.2. Определить количество воздуха, необходимое для сгорания природного газа с теплотой сгорания = 35600 кДж/м³, и объем продуктов горения при коэффициенте избытка воздуха α = 1, 05.

Решение:

1. Вычисляется теоретическое количество воздуха

V₀ = (1, 09 / 4187)∙ - 0, 25 = (1, 09 / 4187)∙ 35600 - 0, 25 = 9, 05, м³/м³.

Действительное количество воздуха

V_д = V₀∙ α = 9, 05∙ 1, 05 = 9, 5м³/м³.

3. Теоретический объем продуктов сгорания

= (1, 14 / 4167)∙ 35600 + 0, 25 = 9, 95м³/м³.

4. Действительный объем продуктов сгорания

= 9, 95 + 0, 05 = 10, 4 м³/м³.