1. Расчет процесса горения смеси

Методика расчета приведена в [2]:

Переведем состав с сухой массы на рабочую массу:

X= ==0,919; X= =0,878;

W= W*X= 8,07 %; W= W*X= 12,17%

Тогда составы газов на рабочую массу будут:

Коксовый газ: Доменный газ:

H^р₂ = 61,0*0,919 = 56,11%; H^р₂ = 7,4*0,878 = 6,49%;

CH^р₄= 24,0*0,919 = 22,06%; CH^р₄= 0,77*0,878 = 0,67%;

CO^р = 6,0*0,919 = 5,51%; CO^р = 27,84*0,878 = 24,45%;

CO^р₂ = 3,65*0,919 = 3,35%; CO^р₂ = 16,35*0,878 = 14,35%;

C₂ H^р₄ = 2,35*0,919 = 2,16%; N^р₂= 45,89*0,878 = 40,34%;

N^р₂= 1,5*0,919 = 1,37%; O^р₂ = 1,75*0,878 = 1,53%;

O^р₂ = 1,37%; W = 12,17 %.

W = 8,07 %.

Сумма 100 % 100 %

Рассчитаем теплоту сгорания газов:

Q^р_н = 0,01*( H^р₂ * Q^р_нН2 + CH^р₄ *Q^р_нСН4 + CO^р *Q^р_нСО + C₂ H^р₄ *Q^р_нС2Н4),

где H^р₂ , CH^р₄ , CO^р , C₂ H^р₄ – процентный состав горючих компонентов;

Q^р_нН2 , Q^р_нСН4 , Q^р_нСО , Q^р_нС2Н4 – низшие теплоты сгорания чистых компонентов смеси, ккал/м³ (см. Приложение 1).

Q= 0,01*(56,07*2577+22,06*8558+5,51*3016+2,16*14105)*4,187 = 15928,32 кДж/м

Q= 0,01*(6,49*2577+0,67*8558+24,45*3016)4,187=4031,31 кДж/м

Найдем доли каждого газа в смеси:

a=== 0,165;

a= 1- a= 0,835.

Составим смесь газов по методу аддитивности:

H= 56,11*0,165+6,49*0,835 = 14,68%;

CH= 22,06*0,165+0,67*0,835 = 4,20%;

CO= 5,51*0,165+24,45*0,835 = 21,32%;

CO= 3,35*0,165+14,35*0,835 = 12,54%;

CH= 2,16*0,165 = 0,36%;

N= 1,37*0,165+40,34*0,835 = 33,91%;

O= 1,37*0,165+1,53*0,835 = 1,5%;

W = 8,07*0,165+12,17*0,835 = 11,49%.

После проверки суммы получили 100 %.

Расчёт будем вести на 100 м³ смеси.

Записываем уравнения горения топлива:

14,68 7,34 14,68

2* H + О₂ = 2*Н₂О;

4,2 8,4 4,2 8,4

CH+ 2*О₂ = СО₂ + 2*Н₂О;

21,32 10,66 21,32

CO + 0,5*О₂ = СО₂ ;

0,36 1,08 0,72 0,72

CH + 3*О₂ = 2*СО₂ + 2*Н₂О.

Найдем количество кислорода, пошедшего на горение смеси:

V= 7,34 + 8,4 + 10,66 + 1,08 - 1,5 = 25,98 м/100м.

Найдем количество азота из следующих соображений. Будем считать, что воздух состоит из 79% азота и 21% кислорода.

V= 25,98*= 97,73 м/100м

Тогда количество воздуха теоретическое:

V= 25,98+97,73 = 123,71 м/100м.

Найдем влагосодержание воздуха, для этого примем, что барометрическое давление В = 98 кПа, относительная влажность воздуха φ = 0,75; температура воздуха 20 ⁰ С. Тогда давление насыщенного пара [1], таблица ХХХVIII, с.536 Р_нас = 17,54 мм.рт.ст.

Влагосодержание воздуха х определяется по формуле:

х = 0,622* φ* Р_нас/(В - φ* Р_нас) = 0,622*0,75*17,54*133,33/(98000-0,75*17,54*133,33) = 0,01134 кг/кг.

Тогда можно определить какое количество водяного пара (м³/100м³) поступает с воздухов в процесс горения:

V_H2Oвозд = х* V*22,4/М_Н2О ,

где 22,4 – мольный объём при нормальных условиях, м³/кмоль;

М_Н2О – молекулярная масса воды, кг/кмоль.

V_H2Oвозд = 0,01134*123,71*22,4/18 = 1,75 м³/100м³.

Заполним таблицу продуктов горения, м:

Таблица 1 – Состав и количество продуктов сгорания

Компоненты смеси	Коли-чество, %	CO	HO	N	O	
Н2	14,68		14,68
СН4	4,2	4,2	8,4
СО	21,32	21,32
СО2	12,54	12,54
С2Н4	0,36	0,72	0,72
N2	33,91			33,91
N2 из воздуха				97,73
Н2О	11,49		11,49
Н2О из воздуха			1,75
= 1		38,78	37,04	131,64		207,46
= 2,94		38,78	40,44	321,24	50,4	450,86
Доли а		0,086	0,09	0,7125	0,1118	1,0

Теоретическое количество продуктов горения - V= 2,07м

Определим максимальный коэффициент избытка воздуха, чтобы получить наименьшую температуру продуктов горения:

=,

где 1340 – минимальная энтальпия продуктов сгорания, которая выбирается из интервала 1340 – 1460 кДж/м³ для интервала температур факела 900 – 1100 ⁰С.

= (6000/1340 – 2,07)/1,24 + 1 = 2,94

Избыточное количество кислорода определяется по формуле:

V^изб_О2 = V_О2 * (α_max – 1) = 25,98*(2,94 – 1) = 50,4 м³/100м³.

Для вычисления калориметрической температуры определим начальную энтальпию по формуле:

i== 1330,38 кДж/м

Дальнейшее определение калориметрической температуры горения смеси сводится к методу подбора.

Примем t_б = 900ºC

а Q^р_н, кДж/м

CO0,086*1972,43 = 169,62кДж/м

HO 0,09*1517,87 = 136,61кДж/м

N0,7125*1243,55 = 886,03кДж/м

O0,1118*1319,67 = 147,54кДж/м

i_вер=1339,80 кДж/м

где Q^р_н, кДж/м(см. Приложение 2).

Примем t_м = 800 ºC

а Q^р_н, кДж/м

CO0,086*1718,95 = 147,83кДж/м

HO 0,09*1328,11 = 119,53кДж/м

N0,7125*1094,65 = 779,94кДж/м

O0,1118*1162,32 = 129,95кДж/м

i_ниж =1177,25 кДж/м

где Q^р_н, кДж/м (см. Приложение 2).

Найдем калориметрическую температуру по формуле:

t = t_м + (i_н – i_ниж)/(i_вер – i_ниж)*Δt,

где t_м – меньшая из выбранных температур, ⁰С;

i_н – начальная энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³;

i_ниж – энтальпия меньшая, чем начальная, кДж/м³;

i_вер – энтальпия большая, чем начальная, кДж/м³;

Δt – разница температур, при которых вычислялась энтальпия, ⁰С.

t_к = 800 + (1330,38 – 1177,25)/(1339,80 – 1177,38)*100 = 894 ºC

Найдем действительную температуру горения с учетом пиротехнического коэффициента φ₁: φ ₁ = 0,75 – 0,95

Примем φ ₁ = 0,85.

t_д = t_к* φ ₁ = 894*0,85 = 760 ºC