Количество воздуха для сжигания природного газа пример расчета

Теоретический объем воздуха и дымовых газов

Топливо для котельных агрегатов Жидкое топливо (котельный мазут) Твердое топливо и его классификация Газовое топливо Снижение выбросов окислов серы Расчет трубопроводов Экономия тепловой энергии на предприятии Котельные установки с паровыми и водогрейными котлами и их компоновка Состав котельной установки Технологическая схема производства тепла в котельной Устройство котельных помещений Вода для питания паровых и водогрейных котлов Характеристика природных вод и требования к качеству питательной воды Подготовка воды для питания котлов Деаэрация питательной и подпиточной воды для питания котлов Водный режим котельных агрегатов Горение топлива Теоретический объем воздуха и дымовых газов Коэффициент избытка воздуха Энтальпия воздуха и продуктов сгорания Тепловой баланс котельных агрегатов Коэффициент полезного действия КПД котельных агрегатов Составные части теплового баланса котельного агрегата

Если известен элементарный состав рабочей массы топлива, можно теоретически определить количество воздуха, необходимого для горения топлива, и количество образующихся дымовых газов. Количество воздуха, необходимое для горения, вычисляют в кубических метрах при нормальных условиях (0°С и 760 мм рт. ст)-для 1 кг твердого или жидкого топлива и для 1 м3 газообразного. Теоретический объем сухого воздуха. Для полного сгорания 1 кг твердого и жидкого топлива теоретически необходимый объем воздуха, м3/кг, находят делением массы израсходованного кислорода на плотность кислорода при нормальных условиях ρНО2 = 1,429 кг/м3 и на 0,21, так как в воздухе содержится 21% кислорода Для полного сгорания 1 м3 сухого газообразного топлива необходимый объем воздуха, м3/м3, Для полного сгорания 1 м3 сухого газообразного топлива необходимый объем воздуха, м3/м3, В приведенных формулах содержание элементов топлива выражается в процентах по массе, а состав горючих газов СО, Н2, СН4 и др. — в процентах по объему; СmНn — углеводороды, входящие в состав газа, например метан СН4 (m = 1, n = 4), этан С2Н6 (m = 2, n = 6) и т. д. Эти цифровые обозначения составляют коэффициент (m n/4) Пример 5. Определить теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива следующего состава: Ср=52,1%; Нр=3,8%; Sр4= 2,9%; Nр=1,1%; Oр=9,1% Подставляя эти величины в формулу (27), получим V°B = 0,0889 (52,1 0,375 • 2,9) 0,265 • 3,8 —- 0,0333 • 9,1 = 5,03 м3/кг. Пример 6. Определить теоретическое количество воздуха, необходимое для горения 1 м3 сухого газа следующего состава: СН4 = 76,7%; С2Н6=4,5%; С3Н8 = 1,7%; С4Н10 = 0,8%; С5Н12 = 0,6%; Н2= 1%; С02=0,2%; К, = 14,5%. Подставляя числовые значения в формулу (29), получим     Теоретический объем дымовых газов. При полном сгорании топлива дымовые газы, уходящие из топки, содержат: двуокись углерода СО2, пары Н2О (образующиеся при сгорании водорода топлива), сернистый ангидрид SО2, азот N2 — нейтральный газ, поступивший в топку с кислородом воздуха, азот из состава топлива Н2, а также кислород избыточного воздуха О2. При неполном сгорании топлива к указанным элементам добавляются еще окись углерода СО, водород Н2 и метан СН4. Для удобства подсчетов продукты сгорания разделяют на сухие газы и водяные пары. Объем сухих газов принимают за 100%. При полном сгорании топлива состав сухих продуктов сгорания (в процентах по объему) следующий: Газообразные продукты сгорания состоят из трехатомных газов СО2 и SО2, сумму которых принято обозначать символом RO2, и двухатомных газов — кислорода О2 и азота N2. Тогда равенство будет иметь вид: при полном сгорании R02 02 N2 = 100%,          (31) при неполном сгорании R02 02 N2 СО = 100%; Объем сухих трехатомных газов находится делением масс газов СО2 и SО2 на их плотность при нормальных условиях. Объем газов, получающийся при сжигании 1 кг топлива, определяется по реакциям горения и их выражениям в киломолях Рсо2 = 1,94 и Psо2 = 2,86 кг/м3 — плотности двуокиси углерода и сернистого газа при нормальных условиях. Рсо2 = 1,94 и Psо2 = 2,86 кг/м3 — плотности двуокиси углерода и сернистого газа при нормальных условиях.

Суть процесса горения и условия, необходимые для полного сгорания топлива

Горение — это сложный физико-химический процесс взаимодействия горючих компонентов топлива с окислителем, в частности, горение топлива — это реакция быстрого окисления его компонентов, сопровождающаяся интенсивным тепловыделением и резким повышением температуры.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyright

Для получения максимального КПД, т.е. для полного сгорания топлива, необходимы: непрерывный подвод топлива и воздуха в достаточном для горения количестве; хорошее перемешивание топлива с воздухом; высокая температура в топке; достаточное для горения время пребывания топливовоздушной смеси в топке.

В отличие от твердых и жидких топлив, которые гореть не могут без предварительного подогрева до температуры воспламенения, газовое топливо может гореть и холодным, если оно перемешано с воздухом в концентрационных пределах границы воспламенения.

Такую газовоздушную смесь можно воспламенить искрой, раскаленным телом, пламенем.

Расход воздуха на сжигание природного газа. Коэффициент избытка воздуха

Рассмотрим реакцию горения метана как основного компонента из числа составляющих природного газа: СН4 202 = С02 2Н20. Из уравнения этой реакции следует, что для окисления одной молекулы метана необходимы две молекулы кислорода, т.е. для полного сгорания 1 м3 метана требуется 2 м3 кислорода.

В качестве окислителя при сжигании топлива в котельных агрегатах используется атмосферный воздух, который представляет собой сложную смесь веществ, в числе которых 21 об. % 02, 78 об. % N2 и 1 об. % С02, инертных газов и др. Для технических расчетов обычно принимают условный состав воздуха из двух компонентов: кислорода (21 об.

и азота (79 об. %). С учетом такого состава воздуха для проведения любой реакции горения на воздухе для полного сжигания топлива потребуется воздуха по объему в 100/21 = 4,76 раза больше, чем кислорода.

Следовательно, для приведенной реакции горения на полное сгорание 1 м3 метана (природного газа) должно быть израсходовано 2 м3 кислорода или 2 • 4,76 = 9,52 м3 воздуха. Это количество воздуха называется теоретическим расходом воздуха, необходимым для полного сгорания 1 м3 природного газа, и обозначается м3/м3.

Однако на практике для обеспечения полного сгорания природного газа требуется расход воздуха несколько больший, чем теоретический.

Коэффициент избытка воздуха в общем случае зависит от вида сжигаемого топлива, его состава, типа горелок, способа подачи Отношение действительного расхода воздуха подаваемого на сжигание топлива, к его теоретическому значению V° называют коэффициентом избытка воздуха

воздуха, конструкции топочного устройства и т.д. Для сжигания природного газа обычно принимают а = 1,05… 1,15.

Расчет ведем согласно законам стехиометрии.

Расчет ведем на 100 м3 природного газа следующего состава, % (объемн.): 82,5 CH4, 17,1 C2H4 и 0,4 N2.

• При расчете пользуемся законом Авогадро, согласно которому в равных объемах всех газов содержится равное число молекул, что позволяет сразу подсчитать объем потребного кислорода:
• CH4 2O2→CO2 2H2O;        C2H4 3O2→2CO2 2H2O.
• Потребуется кислорода, м3:

Длясгорания CH4……….……………..82,5∙2=165

Для сгорания C2H4…………….……………..17,1∙3=51,3

Всего……………………………………………..…..216,3

С кислородом поступит азота.В воздухе содержится 79% азота и 21% кислорода.

1. Тогда содержание азота получаем.
2. 216,3:21∙79=813,7 м3.
3. Теоретическая потребность в воздухе
4. 216,3 813,7=1030 м3.
5. Теоретически в продукты сгорания переходит:

м3	% (объемн.)
CO2…………….….82,5 17,1∙2=116,7	10,32
H2O………………82,5∙2 17,1∙2=199,2	17,62
N2 …………………………813,8 0,4=814,2	72,03
Всего…………………………………..1130	100,0

Дли расчета фактического расхода воздуха и выхода продуктов сгорания необходимо учесть избыток воздуха, при котором ведется сжигание топлива, и его подсос за счет неполной герметизации аппаратуры.

Расчет состава и количества медного штейна.

Предположим, что плавке подвергается 100 кг медного концентрата состава, %: Си 18; Zn 1,2; Fe 34,1; S 39,8; Si024,4; СаО 1;  прочие 1,5. Требуется рассчитать состав и количество получающегося штейна при плавке в нейтральной атмосфере (вариант 1) и в окислительных условиях (вариант 2).

Вариант 1. Плавка в нейтральной атмосфере. Для расчета принимаем: десульфуризация при плавке равна 55 %, извлечение меди в штейн 96 %, цинка 40 %, содержание в штейне прочих 1 %.

При десульфуризации 55 % в штейн перейдет 45 % серы, содержащейся в концентрате, т.е. 39,8 • 0,45 = 17,91 кг.

• Тогда из 100 кг концентрата при среднем содержании серы в медных штейнах, равном 25 % (правило Мостовича), получится
• штейна17,91:0,25 = 71,64 кг.
• В штейн перейдет:
• меди 18 • 0,96 = 17,28 кг (содержание в штейне 24,12 %);
• цинка1,2•0,4 = 0,48 кг;
• кислорода 71,64 • 0,055 = 3,94 кг (штейн, содержащий ~ 24,1 % меди, содержит — 5,5 % кислорода);
• прочих 71,64 *0,01 = 0,72 кг;
• железа (по разности) 71,64 — (17,28 17,91 0,48 3,94 0,72) = 31,31 кг

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertise

Результаты расчета с целью сравнения сведем в табл. 1 после выполнения расчетов по 2-му варианту плавки.

Вариант 2. Плавка в окислительных условиях. Для расчета принимаем; получающийся штейн должен содержать 40% меди, извлечение меди в штейн 95%, цинка 60 %, содержание в штейне прочих 1 %, кислорода 3 % (при содержании меди в штейне, равном 40 %).

1. Количество меди, перешедшей в штейн составит: 18 • 0,95 = 17,1 кг.
2. Общее количество штейна с учетом 40 %-ного содержания меди будет: 
3. (17,1 •  100)/40 = 42,75 кг.
4. В этом количестве штейна по правилу Мостовича будет содержаться серы:
5. 42,75• 0,25 = 10,69кг.
6. Степень десульфуризации в этом случае составит: 
7. [(39,8 — 10,69) / 39,8]• 100 = 73,14 %.
8. В штейн перейдет:
9. цинка 1,2• 0,6 = 0,72 кг,
10. кислорода 42,75• 0,03 = 1,28 кг,
11. прочих 42,75 • 0,01 = 0,43 кг,
12. железа 42,75 — (17,1 10,69 0,72 1,28 0,43)= 12,53 кг

При сопоставлении результатов расчетов двух вариантов плавки концентрата одного и того же состава в нейтральной атмосфере и в окислительных условиях, приведенных в табл. 1, можно видеть, чтово втором случае увеличение содержания меди в штейне в 1,9 раза (4024,1) за счет увеличения десульфуризации до 72,2 % ведет к уменьшению во столько же раз его выхода.

Из этого следует, что для получения более богатых штейнов из одного и того же концентрата, необходимо любым способом повышать степень десульфуризации.

Расчет выбросов от котельной на газе. Образец для использования!

Расчет выбросов от котельной на природном газе представлен на конкретном примере водогрейного котла Compact-CA-200 водогрейный. Указанный расчет может пригодится для расчета нормативов допустимых выбросов.

Постепенно в этой статье появятся и расчеты выбросов от котельных, оборудованных другими марками котлов.

Вид топлива: природный газ, низшая теплота сгорания: 34.37МДж/м3 Время работы: 5640 часов в год. Расход: за год — 90 тыс. м3; часовой- 0.0795 тыс. м3; секундный -0.02208м3/сек

Котел:Compact-CA-200 водогрейный. Количество в работе: 3. Тип горелки : 3 / двухступенчатого сжигания. Рециркуляция дымовых газов (тип):1 отсутствует. Степень рециркуляции (%) r = 0. Подогрев воздуха:отсутствует tп =20.

Коэффициент избытка воздуха : 1.3.

Расчет объема дымовых газов, выделяющихся при сжигании природного газа при избытке воздуха в зоне горения,производится по формуле: Vсг = Vr (α — 1) * V — Vв

Значения Vr, V, Vв берутся из таблицы 32 для газопровода Серпухов-Ленинград {1}.

Vr =11.22 V =10 Vв =2.21 Vсг =12.010м3/м3

• Расчет выбросов загрязняющих веществ.
• Оксид углерода.
• Расчет проводится по формулам 38, 39 {1}{3}:
• Мсо = q3 * R * Qi * B * (1 — q4 / 100) * Кп
• где:
• q3 — потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, (%) = 0.2,
• q4 — потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, (%) = 0,
• R — коэффициент, для газа =0.5,
• Qi — низшая теплота сгорания топлива, (Мдж/м3),
• В — расход топлива, (тыс.м3/год, м3/сек),

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreators

Кп — коэффициент пересчета: при расчете выбросов в г/сек Кп = 1 при расчете выбросов в т/год Кп = 0.001.

Мсо = 0.076 г/сек

Мсо =0.30933 т/год.

1. Оксиды азота.
2. Расчет суммарного количества проводится по формуле 14 {1}:
3. М(Nox) = Bр * Qi * K * βk * βt * βα * (1 — βr) * (1 — β) * Кп
4. где:
5. Вр — расчетный расход топлива, м3/сек (тыс.м3/год): при работе котла с режимной картой может быть принято Вр=В — фактическому расходу топлива на котел;
6. К — удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, (г/МДж): для водогрейных котлов:
7. К = 0,0113 * √Qт 0,03 (формула 16 {1});
8. Qт — фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, (МВт):
9. определяется по формуле 17 {1}: Qт = Вр * Qi =0.76

для расчетов т/год Qт = 0.15; Для расчетов г/сек К = 0.0398, для расчетов т/год К = 0.0344

• βк — безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки,
• для данного типа горелки βк =0.7 βt — безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемому для горения, = 1;
• βα- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота: βα =1;
• βr — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота: βr = 0,16*√r =0 (формула 21 {1});
• β — безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру: β = 0,022 * δ =0 (формула 22 {1});

Кп — коэффициент пересчета: при расчете выбросов в г/сек: Кп = 1 при расчете выбросов в т/год: Кп = 0.001.

М(NOx)= 0.0212 г/сек М(NOx)=0.07451т/год

1. В связи с установленными раздельными ПДК для оксида и диоксида азота с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие:
2. M(NO2) = 0,8 * M(NOx) (формула 12 {1})
3. M(NO) = (1-0,8) * M(NOx) *µ(NO) / µ(NO2) = 0,13 * M(NOx) (формула 13 {1})

M(NO2)= 0.017 г/сек М(NO2)=0.05961т/год M(NO)= 0.003 г/сек М(NO)=0.009686т/год

• Бенз(а)пирен.
• Расчет проводится по формуле 53 {1}:
• Сбп = 0,000001 * R * (0,13 * q — 5) * Кд * Кр * Кст /[1,3 * e^(3,5 *(α-1))]
• где:
• q — теплонапряжение топочного объема, кВТ/м3;
• Кр — коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания = 1;
• Кд — коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания = 1.25;
• Кст- коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания — коэффициент, для газа = 1.
• Сбп =1.8E-04мг/м3
• Суммарное количество бенз(а)пирена (г/сек, т/год) рассчитывается по уравнению 1 {1}:
• Мбп = Сбп’ * V * B * Кп
• где:

Кп — коэффициент пересчета: при расчете выбросов в г/сек Кп = 0.000278 при расчете выбросов в т/год Кп = 0.000001

Сбп’ = Сбп* α /1,4 =1.7E-04

Мбп=4.4E-08г/сек Мбп=1.8E-07т/год

Литература:

1. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час, Москва, 1999;
2. Методическое письмо НИИ Атмосфера №335/33-07 от 17 мая 2000 г. «О проведении расчетов выбросов вредных веществ в атмосферу по «Методике определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу», Санкт-Петербург,2000;
3. Изменения к методическому письму НИИ АТМОСФЕРА №335/33-07, 11.09.2001.

Таким образом, по указанному образцу расчета выбросов, образующихся от эксплуатации котельной, работающей на природном газе, используя вышеперечисленную литературу — вы сможете сделать расчет выбросов ЗВ от вашей котельной.

Расчет процесса горения газообразного топлива

• Министерство Образования Республики Молдова
• Технический Университет Молдовы
• Кафедра: Теплоэнергетики и Менеджмента в Энергетике
• РАСЧЕТНАЯ РАБОТА
• Расчет процесса горения газообразного топлива
• (природного газа)
• Вариант 17

Выполнил: ст.гр. SRE-032 Скодоров А.

Проверил (а): преп. Келменчук К.

Кишинэу 2005

1. Найти теоретический, объёмный расход воздуха необходимый для горения природного газа.

2. Найти объём продуктов сгорания.

Газопровод: Газли – Коган;

Таб.1.” Таблица данных природного газа”

V­­­­­­­­­­º­­= 0.0476· [0.5·H2 0.5·CO 2CH4 1.5H2S Σ (m n/4) ·CmHN– O2] [м³/м³];

V­­­­­­­­­­º=0.476· [2·95.4 (2 6/4) ·2.6 (3 8/4) ·0.3 (4 10/4) ·0.2 (5 12/4) ·0.2] = 9.477 [­­­м³/м³]

Vº­­­­­­­­­ncг= VºRO2 VºN2 VºH2O[­­­м³/м³];

Vº­­­­­­­­­ncг=1.02 7.491 2.02= 10.53 [ ­­­м³/м³];

V­0RO2­­= 0.01·[CO2 CO H2S Σ m · CmHn] [м³/м³];

V­0RO2­­= 0.01·[0.2 1·95.4 2·2.6 3·0.03 4·0.2 5·0.2 ]= 1.02 [м³/м³];

VN2= 0.79·Vº 0.01·N2[м³/м³];

VN2= 0.79·9.477 0.01·1.1=7.491 [м³/м³];

VºH2O= 0.01·[H2 H2S Σn/2· CmHn 0.161Vº] [м³/м³];

VºH2O= 0.01·[2·95.4 3·2.6 4·0.3 5·0.2 6·0.2 0.161·9.477] = 2.02 [м³/м³];

1. Используя коэффециент избытка воздуха найдем реальный объём сгорания.
2. ά= 1.2;
3. Расчет реального объёма продуктов сгорания:
   
4. V
   ­
   
   ­­­­
   ­­­­
   n
   
   c
   
   г
   
   =
   V
   º­
   ­­­­
   ­­­­
   n
   
   c
   
   г
   
   (
   ά- 1)· V
   ­­
   
   ­­­­
   ­­­­
   º­­
   [м³/м³];

V­­­­­­­­­ncг= 10.53 (1,2 – 1)·9.477= 12.42 [м³/м³];

Вывод: В данной расчетной работе я рассчитал теоретический объём расхода воздуха, необходимого для горения природного газа. Так же мной был рассчитан объём продуктов сгорания и реальный объём сгорания.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpress

Сопоставив теоретический и реальный объём видно, что реальный объём превосходит теоретический, это объясняется случайным попаданием воздуха в котел.