Состав газообразного топлива

 

Состав сухого газообразного топлива в общем случае представляют в виде суммы газообразных соединений входящих в его состав:

CO + CO₂ + CH₄ + C_mH_n + 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 + C_mH_n + 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

Q_н = 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:

V_О2 = 0,01[0,5СО + 0,5Н₂ + 2CH₄ + 1,5H₂S + S(m+0,25n)*C_mH_n  - О₂], м³/ м³                                                                                                    (1.27)

- Теоретический расход воздуха L_о, необходимый для полного сгорания 1м³ топлива:

L_o = V_О2 / к_О2, м³/ м³,                               (1.28)

где к_О2 – доля кислорода в воздухе.

Для сухого атмосферного воздуха к_О2 = 0,21, для обогащенного воздуха к_О2 > 0,21.

- Действительный расход воздуха L_α:

L_α = α·L_o, м³/м³,                                    (1.29)

где α – коэффициент расхода воздуха.

- Общий объем дыма при полном сгорании 1м³ топлива равен:

V_д = V_СО2 + V_Н2О + V_SO2 + V_N2 + V_О2^изб, м³/ м³,             (1.30)

где

V_СО2 = 0,01(CO + CH₄ + Sm(C_mH_n) + CO₂);                      (1.31)

V_Н2О = 0,01(Н₂ + 2CH₄ + ∑(0,5n·CmHn));                    (1.32)

V_SO2 = 0,01H₂S;                                                                   (1.33)

V_N2 = 0,01·N₂ + (1 - к_О2) L_α;                                              (1.34)

V_О2^изб = к_О2 · (L_α - L_o) = к_О2 ·(α - 1)L_о .                         (1.35)

- Состав продуктов сгорания, %:                                                        (1.36)

% СО₂ = (V_СО2/ V_д)·100;

% H₂O = (V_Н2О/ V_д) ·100;

% SO₂ = (V_SO2 /V_д) ·100;

% N₂  = (V_N2/ V_д) ·100;

% O₂^изб = (V_О2^изб/ V_д) ·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:

ρ_осм = ∑ (m_μi · i %)/(22,4·100 %),                          (1.37)

где m_μi – 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.