Технологический расчет и эксергетический анализ процесса горения

 

Исходные данные и допущения:

1. Процесс горения – адиабатный.

2. Процесс протекает изобарно при давлении 1атм (или близком к нему).

3. Исходные компоненты и продукты сгорания рассматриваются как идеальные газы.

4. Состав топлива (по объему): 0,5CH₄: 0,4C₃H₈.

5. Воздух, подаваемый в камеру сгорания, рассматривается как двухкомпонентная система с объемным соотношением компонентов

O₂: N₂ = 21%: 79% = 1: 3,76

6. Параметры топлива и воздуха на входе в камеру сгорания:

T₁=T_oc=T₀=298,15K

P₁=P_oc=Pº=1 атм

7. Воздух, подаваемый в камеру сгорания, подается с избытком. Коэффициент избытка воздуха α_изб=1,05

 

Материальный баланс процесса горения

 

Уравнение реакции горения 1 моля топлива при полном сгорании топлива

 

0,4CH₄ + 0,5C₃H₈ + 3,3α_избO₂ +0,1N2+ 12,408 α_избN₂→1,9CO₂ + 2,8H₂O + 3,3(α_изб-1)O₂ + (3,3*3,76α_изб +0,1)N₂

 

C учетом того, что α_изб=1,01, уравнение реакции запишется в виде:

0,4CH₄ + 0,5C₃H₈ + 3,465O₂ +13,028N2+ 0,1N₂ →

→1,9CO₂ + 2,8H₂O +0,165O₂ + 13,128N₂

Энергетический (энтальпийный) баланс

(Определение температуры адиабатного горения.)

Рассматриваемый процесс является стационарным процессом, совершающимся в открытой термодинамической системе. В этом случае энергетический баланс записывается в виде:

 

 

Полученное балансовое выражение является энтальпийным балансом:

 

 

Энтальпия компонента на входе в камеру сгорания равна стандартной энтальпии образования  ; на выходе – определяется из соотношения:

 

 

Энтальпии компонентов на входе в камеру сгорания.

Компонент
CH4	-74,8	0,4
С3H8	-103,3	0,5
O2	0
N2	0

 

 

Энтальпии компонентов на выходе из камеры сгорания.

Компонент				---
CO2	-393,5	32,20	0,022	-407,1 + 44,14·10-3T +4,52·10-6T2	1,9
O2	0	31,50	0,003	-9,23 + 31,46·10-3T + 1,7·10-6T2	0,165
H2O	-241,8	32,30	0,002	-251,2 + 30,0·10-3T + 5,36·10-6T2	2,8
N2	0	27,90	0,004	-8,5 + 27,88·10-3T + 2,14·10-6T2	13,128

 

 

Так как

 

,то

1585,11 +0,5231 T +50,02 *10^-6 T²=0

 

В результате решения данного квадратного уравнения получаем:

 

T_{теор.ад.гор} =2346,08K

Эксергетический баланс

 

Эксергетический КПД адиабатного горения:

 

 ;

 

T₁=T₀=298,15K; T₂=T_{теор.ад.гор.}=2346,08К (см.); P₁=P₂=P°=1атм

 

 (см.)

 

Для сечения 2-2 эксергии компонентов определяем по формуле:

 

 

(вывод формулы – см.)

Мольные доли компонентов:

 

 

Эксергии компонентов:

Компонент
CO2	20,10	32,2	0,022	0,1056	106,8	1,9
O2	3,95	31,50	0,003	0,00917	54,46	0,165
H2O	8,60	32,3	0,002	0,1556	43,7465	2,8
N2	0,70	27,90	0,004	0,7296	48,284	13,128

 

 

Разработка ЭХТС на базе печи конверсии