Расчет и подбор теплоутилизационного контура (стр. 2 из 5)

M_cm– молярная масса смеси;

^_cm – плотность смеси при н.у.;

V⁰_cm– удельный объем смеси при н.у..

М_см = 0,983*16+0,003*30+0,001*44+0,002*58+0,011*28 = 16,286 кг/кмоль;

^_cm = 16,286/22,4 = 0,727 кг/м³;

v⁰_cm =1/^_cm =1,375м³/кг.

4) Определение массовах концентраций компонентов:

ŷ(метан) = у(метан)*М(метан)/М_см=0,983*16/16,286=0,966;

ŷ(этан) = у(этан)*М(этан)/Мсм = 0,003*30/16,286=0,0055;

ŷ(пропан) = у(пропан)*М(пропан)/Мсм = 0,001*44/16,286=0,0027;

ŷ(бутан) = у(бутан)*М(бутан)/Мсм = 0,002*58/16,286=0,0071;

ŷ(азот) = у(азот)*М(азот)/Мсм=0,011*28/16,286=0,0187.

5) Определение расхода газа при рабочих условиях:

G_P,T= G₀*P⁰*T/P*T⁰ = 2300*10⁵*283/0,22*10⁶*273 = 1083,75 м³/ч

Определение свойств водяного пара

Известно, что

производительность печи по водяному пару G=4,03кг/с

давление пера на входе Р₁=0.5 МПа ≈ 5 бар = 5,1ат

температура пара на входе в печь t₁=151ºС

температура пара на выходе из печи t₂=550ºС

Рассчитаем температуру кипения:

t_s=100* ⁴√p=150,2ºC

По таблице Вукаловича определяем свойства кипящей воды и сухого насыщенного пара:

Таблица 4

t,ºC	Р=5 бар
550	ts=151,85V`=0.0010928 V”=0.37481h`=640,1 h”=2748,5S`=1,8604 S”=6.8215
	V	h	S
	0.7575	3594.7	8.2222

Изменение энтальпии: Δh=h-h”=3594.7-2748.5=846.2кДж/кг

ΔН=GΔh=4,03*846,2= 3410,186кДж/с – изменение энтальпии, приходящееся на 4,03кг.

Изменение энтропии: Δs=s-s”=8.2222-6.8215 =1,4007кДж/кг*град

ΔS=Δs*G=4,03*1,4007=5,645кДж/град*с

Изменение внутренней энергии:ΔU=Cv(T₂-T₁)

Cv=Cp-R

T_ср=(Т₁+Т₂)/2=(151+550)/2=350,5⁰С=623,5К

Ср=1,67+0,63*10^-3*Т=2,063кДж/кг*К

Cv=2,063 -8,314*10^-3/18=0,114кДж/кг*К

Δu=0,114*(550-151)=45,486 кДж/кг

ΔU=GΔu=4,03*45,486=183,31кДж

Расчётным методом определим энтальпию перегретого пара и сравним её значение с табличным.

h=2547,668-55,64*⁴√р+t_пп(1,8334-0,0311*⁴√р)+0,000311*t²_пп

h=2547,668+55,64*1,503 +550* (1,8334-0,0311*1,503)+0,000311*550² = 3557.366 кДж/кг

Ошибка: 100*(3594.7-3557.366)/3594.7 =1%

Ошибка по температуре кипения: 100*(151.85-150.2)/151.85 =0.44%

4.2. Расчет процесса горения в печи

Определение основных характеристик топлива

Таблица 5.

Компонент топлива	Низшая теплота сгорания Qрн, МДж/кг
Метан	35,84
Этан	63,8
Пропан	86,06
Бутан	118,73

Низшая теплота сгорания топлива Q_р^н = SQ_р^н_i*y_i

Q_р^н = 35.84*0.983+63.8*0.003+86.06*0.001+118.73*0.002=35.746 МДж/м³

`Q_р^н = 35,746/r = 35,746/0,727 = 49,169 МДж/кг

Определение элементного состава топлива

Содержание углерода C = 12.01* Sn_i*y_i/Mт;

содержание водорода Н = 1,008*Sn_i*y_i/Mт;

содержание азота N = 14,01*Sn_i*y_i/Mт;

где n_i – число атомов i- го элемента,

y_i – мольная доля i- го компонента топлива,

Мт – молярная масса топлива.

C = 12.01*(1*98.3+2*0.3+3*0.1+4*0.2)/16.286 = 73.744%

H = 1.008*(4*98.3+6*0.3+8*0.1+10*0.2)/16.286 = 24.621%

N = 14.01*(1.1*2)/16.286 = 1.635%

C+H+N = 73.744+24.621+1.635 = 100%

Расчет процесса горения

Топливо

CO₂

H₂O

Воздух N₂

O₂

Рис.2. Схема топки

1) Теоретический расход воздуха

L₀ = 0.115*C+0.345*H+0.043*(S-O),

где C,H,O,S – содержание элементов, %.

₀ = 0,115*73,744+0,345*24,621=16,975 кг/кг.

2) Действительный расход воздуха

L_д = a*L₀, где a - коэффициент избытка воздуха.

L_д = 1,05*16,975 = 17,824 кг/кг.

3) Количество продуктов сгорания

m(CO₂) = 0.0367*C = 0.0367*73.744=2.706;

m(H₂O) = 0.09*H = 0.09*24.621 = 2.216;

m(N₂) = 0.768*a*L₀+0.01*N = 0.768*1.05*16.975+0.01*1.635 = 13.705;

m(O₂) = 0.232*(a-1)*L₀ = 0.196.

Таким образом, m_nc=åm_i = 2.706+2.216+13.705+0.196 = 18.823;

или m_nc= 1+L_д = 1+17.824 = 18.724.

Рассчитаем объем продуктов сгорания V_nc, а также содержание каждого компонента в массовых (`y_i) и объемных (y_i’) долях по формулам:

V_nc=åV_i; V_i = m_i*22.4/M_i;

`y_i = m_i*100/m_nc; y_i’ = V_i*100/V_nc.

Результаты расчетов приведены в таблице 6.

Таблица 6.

Наименование	CO2	H2O	N2	O2	сумма
масса i-го компонента	2,706	2,216	13,705	0,196	18,823
мас.%, yi	14,376	11,773	72,81	1,041	100
объем i-го компонента	1,378	2,758	10,964	0,137	15,236
об.%, yi'	9,041	18,099	71,959	0,9	100