Состав сухого газообразного топлива в общем случае представляют в виде суммы газообразных соединений входящих в его состав:
CO + CO2 + CH4 + CmHn + H2 + O2 + N2 + H2S = 100%. (1.10)
(Обратите внимание, что сюда входят те же элементы, что и в твердое топливо, но уже в виде соединений).
В отличие от твердого или жидкого топлива содержание компонентов газообразного топлива определяют в объемных процентах.
Топливо, поступающее на сжигание, может содержать в своем составе некоторое количество водяных паров. Тогда оно будет влажным и его состав имеет вид
CO + CO2 + CH4 + CmHn + H2 + O2 + N2 + H2S + Н2О =100%. (1.11)
РАСЧЕТЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Расчеты горения топлива проводятся по стехиометрическим реакциям горения при нормальных условиях, на единицу массы (т.е. на 1 кг) или единицу объема (1 м3) топлива, чаще всего при условии полного сгорания горючих компонентов.
Расчеты горения включают:
- определение теплоты сгорания топлива (Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы топлива. (полное сгорание подразумевает, что в продуктах сгорания (в дыме) нет горючих компонентов, все горючие полностью окислились);
- определение расхода атмосферного воздуха или воздуха, обогащенного кислородом;
- нахождение объема и состава газообразных продуктов сгорания (дыма), образующихся в процессе горения;
- составление материального баланса горения;
- расчет температуры горения топлива.
1.2.1. Расчет полного сгорания твердого или жидкого топлива (не привожу, будет возможность – обсудим)
1.2.2. Расчет горения газообразного топлива
- Теплоту сгорания газообразного топлива рассчитывают по формуле
Qн = 128CO + 358CH4 + 637C2H6 + 913C3H8 + 1186C4H10 + 1461C5H12 +
+ 591C2H4 + 108H2 + 232H2S, кДж/м3, (1.26)
где числовые коэффициенты перед компонентами топлива – тепловые эффекты реакций горения этих компонентов отнесенные к 1% соответствующего горючего компонента, кДж / %;
CO, CH4 и т.д. – содержание оксида углерода, метана и прочих горючих компонентов в составе влажного топлива, объемные % в 1 м3 топлива.
- Теоретический расход кислорода с учетом его содержания в топливе:
VО2 = 0,01[0,5СО + 0,5Н2 + 2CH4 + 1,5H2S + S(m+0,25n)*CmHn - О2], м3/ м3 (1.27)
- Теоретический расход воздуха Lо, необходимый для полного сгорания 1м3 топлива:
Lo = VО2 / кО2, м3/ м3, (1.28)
где кО2 – доля кислорода в воздухе.
Для сухого атмосферного воздуха кО2 = 0,21, для обогащенного воздуха кО2 > 0,21.
- Действительный расход воздуха Lα:
Lα = α·Lo, м3/м3, (1.29)
где α – коэффициент расхода воздуха.
- Общий объем дыма при полном сгорании 1м3 топлива равен:
Vд = VСО2 + VН2О + VSO2 + VN2 + VО2изб, м3/ м3, (1.30)
где
VСО2 = 0,01(CO + CH4 + Sm(CmHn) + CO2); (1.31)
VН2О = 0,01(Н2 + 2CH4 + ∑(0,5n·CmHn)); (1.32)
VSO2 = 0,01H2S; (1.33)
VN2 = 0,01·N2 + (1 - кО2) Lα; (1.34)
VО2изб = кО2 · (Lα - Lo) = кО2 ·(α - 1)Lо . (1.35)
- Состав продуктов сгорания, %: (1.36)
% СО2 = (VСО2/ Vд)·100;
% H2O = (VН2О/ Vд) ·100;
% SO2 = (VSO2 /Vд) ·100;
% N2 = (VN2/ Vд) ·100;
% O2изб = (VО2изб/ Vд) ·100.
- Материальный баланс горения топлива.
Составление материального баланса сводится к определению приходной и расходной частей баланса. Наиболее удобно его представить в табличной форме (таблица 1.1, 1.2.)
Таблица 1.2. Материальный баланс горения газообразного топлива
Статьи прихода | Масса, кг | Статьи расхода | Масса, кг |
Масса топлива Мт Масса воздуха Мвозд | 1·ρогаза Lα·ρовозд | Масса дыма Мд | Vд·ρод |
Масса прихода Мп | Мт + Мвозд | Масса расхода Мр | Мд |
Величина массы прихода должна быть равна массе расхода, если невязка баланса более 0,5 %, это свидетельствует о наличии ошибки в предыдущем расчете.
При составлении баланса плотность газообразного топлива, дыма или воздуха, представляющих смесь газов, определяют по формуле:
ρосм = ∑ (mμi · i %)/(22,4·100 %), (1.37)
где mμi – молекулярная масса i-го компонента газообразной смеси, кг/кмоль, расчет молекулярной массы ведут по атомарным весам элементов: С – 12, Н – 1, О – 16, N – 14, S – 32;
i % - содержание i-го компонента в смеси в объемных процентах;
22,4 – объем одного киломоля любого газа при нормальных условиях, м3/кмоль.