исходные данные к курсовому № п tвверх tдверх tдниз Wд t Q % сод газ
69 1.1 1190 1560 710 0.78 1.13 137000 76
состав природного газа
состав мазута
СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 СО2 Н2S N2
Cp Hp Np Op Sp Wp Ap
92.2 0.8 1 6
86.5 10.5 0.3 0.3 0.3 1.8 0.3
низшая теплота сгорания простейших газов Н2 СО СН4 С2Н2 С2Н4 С2Н6 С3Н6 С3Н8 С4Н8 С4Н10 С5Н10 С5Н12 С6Н6 Н2S
10.75 12.64 35.7 56.4 59.6 63.5 86.6 91.1 113.7 118.6 138.5 146.1 147.2 23.4
расчетная часть 1. расчет горения природного газа 1.1 определяем теплоту сгорания природного газа
Qнрпрг = Qнрсн4 ´ СН4 + Qнрс2н6 × С2Н6 + Qнрс4н10 ´ С4Н10
МДж/м3
Qнрпрг = 35.7 ´ 0.92 + 63.5 ´ 0.01 + 118.6 ´ 0.01 = 34.61
1.2 теоретически необходимое и действительное кол-во воздуха для 100 м3
состав га содержа химическая реакция горения О2, м3 N2, м3 всего, м3
за ние, %
СН4 92.2 СН4+2О2=СО2+2Н2О 10.15 229.1
С2Н6 0.8 С2Н6+3,5О2=2СО2+3Н2О 17.76
С4Н10 1 С4Н10+6,5О2=4СО2+5Н2О 32.99
N2 6 -
S 100 при п = 1 м3 60.9 229.1 290
при п = 1.1 м3 66.99 252.01 319
%
21 79 100
для сгорания 1м3 газа требуется следующее количество воздуха:
Lдвпрг = 319 / 100 = 3.19 м3/кг
1.3 определяем количество и состав продуктов сгорания для 100 м3
состав га содержа химическая реакция горения СО2, м3 Н2О, м3 О2, м3 N2, м3 всего, м3
за ние, %
СН4 92.2 СН4+2О2=СО2+2Н2О 97.8 383.6 6.7 25801
С2Н6 0.8 С2Н6+3,5О2=2СО2+3Н2О 195.6 575.4
С4Н10 1 С4Н10+6,5О2=4СО2+5Н2О 391.2 959
N2 6 - - -
S 100 при п = 1 м3 684.6 1918 6.7 25801 28410.3
при п = 1.1 м3 753.06 2109.8 7.37 28381.1 31251.33
%
2.41 6.75 0.02 90.82 100
при горении 100м3 газа образуется следующее количество продуктов сгорания:
Vпрг прсг = 31251.33 / 100 = 312.51
при 1м3 3.13
2. расчет горения мазута 2.1 определяем теплоту сгорания мазута
Qнрмаз = 339,1Ср + 1256Нр - 108,86(Ор-Sр) - 25(Wp+9Hp)
Qнрмаз = 29332.15 + 13188 - - 2407.5 = 44.93 МДж/кг
2.2 теоретически необходимое и действительное кол-во воздуха расчет теоретически необходимого и действительного количества воздуха для горения 100 кг мазута
состав содержа- молек. кол-во хим реакция О2 N2 всего
мазута ние, % масса, кг кмоль горения
кмоль м3
С 86.5 12 7.21 С+О2=СО2 24.36 91.64 116 69.6
Н 10.5 2 5.25 Н2+0,5О2=Н2О 12.18 45.82 58 34.8
S 0.3 32 0.01 S+O2=SO2 24.36 91.64 116 69.6
O 0.3 32 0.01 - 0.01 0.01 0.02 0.01
N 0.3 28 0.01 - 0.01 0.01 0.02 0.01
W 1.8 18 0.1 - 0.1 0.1 0.2 0.12
A 0.3 - - -
S 100
при п = 1 61.02 229.22 290.24 174.14
при п = 1.1 67.12 252.14 319.26 191.56
%
21 79 100 100
для сгорания 1м3 мазута требуется следующее количество воздуха:
Lдвмаз = 191.56 / 100 = 1.92 м3/кг
2.3 определяем количество и состав продуктов сгорания при сгорании 100 кг мазута
расчет количества и состав продуктов сгорания при горении 100 кг мазута
состав содержа- молек. кол-во хим реакция СО2 Н2О SO2 О2 N2 всего
мазута ние, % масса, кг кмоль горения кмоль м3
С 86.5 12 7.21 С+О2=СО2 7.22
7.22 3.18
Н 10.5 2 5.25 Н2+0,5О2=Н2О
5.26
5.26 1.79
S 0.3 32 0.01 S+O2=SO2
0.02
0.02 0.01
O 0.3 32 0.01 -
61.02
61.02 19.53
N 0.3 28 0.01 -
229.22 229.22 64.18
W 1.8 18 0.1 -
A 0.3 - - -
S 100
при п = 1 7.22 5.26 0.02 61.02 229.22 302.74 88.68
при п = 1.1 7.94 5.79 0.02 67.12 252.14 333.01 97.55
%
2.38 1.74 0.01 20.16 75.72 100 100
при сгорании 1кг мазута образуется следующее количество продуктов сгорания:
Vмаз прсг = 97.55 / 100 = 0.98 м3/кг
3. расчет горения 1 кг смеси определяем плотность природного газа
rпрг = 16 СН4 + 30С2Н6 + 44С3Н8 + 58С4Н10 + 72С5Н12 + 28N2
кг/м3
100 * 22,4
rпрг = 1475.2 + 24 + + 58 + + 168 = 1725.2
Qнр(т)прг = Qнрпрг = 3460.94 = 2.01 кДж/кг
rпрг
1725.2
Lдв(т)прг = Lдвпрг = 3.19 = м3/кг
rпрг
1725.2
Vпрг(т)прсг = Vпргпрсг = 3.13 = м3/кг
rпрг
1725.2
а - доля природного газа
в - доля мазута
Qнрсм = а * Qнр(т)прг + в * Qнрмаз = 0.76 * 2.01 + 0.24 * 44.93 = 12.31 кДж/кг
Lдвсм = а * Lдв(т)прг + в * Lдвмаз = 0.76 * + 0.24 * 1.92 = 0.46 м3/кг
Vпрсгсм = а * Vпрг(т)прсг + в * Vпрсгмаз = 0.76 * + 0.24 * 0.98 = 0.24 м3/кг
СО2см = а * СО2прг + в * СО2маз = 0.76 * 2.41 + 0.24 * 2.38 = 2.4 %
Н2Осм = а * Н2Опрг + в * Н2Омаз = 0.76 * 6.75 + 0.24 * 1.74 = 5.55 %
SO2см = в * SO2маз =
0.24 * 0.01 = %
О2cм = а * О2прг + в * О2маз = 0.76 * 0.02 + 0.24 * 20.16 = 4.86 %
N2см = а * N2прг + в * N2маз = 0.76 * 90.82 + 0.24 * 75.72 = 87.19 %
состав продуктов сгорания
СО2 Н2О SO2 O2 N2 S
2.4 5.55 4.86 87.19 100
4. расчет калориметрической температуры горения 4.1 Определяем начальную энтальпию
І0 = Qнрсм + iв'Vв = 12.31 + 1709.67 * 5.11 = 482.55 кДж/м3
Vпрсг
18.11
ІСО2 = 2.4 * 2727.79 = 65.56 кДж/м3
tк' = 1190 ºC
100
ІН2О = 5.55 * 2104.38 = 116.75 кДж/м3
100
ІО2 = 4.86 * 1790.52 = 86.94 кДж/м3
100
ІN2 = 87.19 * 1688.22 = 1471.99 кДж/м3
100
ітк' = 65.56 + 116.75 + 86.94 + 1471.99 = 435.31 кДж/м3
4
ІСО2 = 2.4 * 3010.58 = 72.36 кДж/м3
tк'' = 1300 ºC
100
ІН2О = 5.55 * 2328.01 = 129.15 кДж/м3
100
ІО2 = 4.86 * 1966.06 = 95.46 кДж/м3
100
ІN2 = 87.19 * 1857.74 = 1619.8 кДж/м3
100
ітк'' = 72.36 + 129.15 + 95.46 + 1619.8 = 479.19 кДж/м3
4
4.2 определяем калориметрическую температуру
tк = tк' + І0 — ітк' 100 = 1190 + 482.55 - 435.31 * 100 = 1297.65 ºC
ітк'' -ітк'
479.19 - 435.31
4.3 действительная температура продуктов сгорания равна
tд = hпир * tк = 0.95 * 1297.65 = 1232.77 ºC
5. Расчет поверхности нагрева регенератора 5.1 расчет водяного эквивалента 5.1.1 расход природного газа
Vсг = Q * a = 137000 * 0.76 = 0.84 м3/с
3600 * Qнрпрг
3600 * 34.61
5.1.2 расход мазута
Vсм = Q * в = 137000 * 0.24 = 0.2 кг/с
3600 * Qнрмаз
3600 * 44.93
5.1.3 расход воздуха
Vв = Vсг * Lдвпрг + Vсм * Lдвмаз = 0.84 * 3.19 + 0.2 * 1.92 = 3.06 м3/с
5.1.4 водяной эквивалент воздуха
W'в = Vв * с * t * 3600 = 3.06 * 1.44 * 1.13 * 3600 = 17897.25 кДж/пер*К
5.2 расчет среднего коэффициента теплопередачи 5.2.1 коэффициент теплоотдачи конвекцией
aкверх = 1,6 * Wо0,5 * (tдверх + 273)^0,25 * d^-0,33 = 1,6 * 0.88 ( 1560 + 273)^0,25 * 0,2^-0,33 = 15.73 Вт/м2К
aкниз = 1,6 * Wо0,5 * (tдниз + 273)^0,25 * d^-0,33 = 1,6 * 0.88 ( 710 + 273)^0,25 * 0,2^-0,33 = 13.46 Вт/м2К
5.2.2 приведенная толщина слоя СО2
С = Рсо2 * S = 98.1 * 0.2 * 0.02 = 0.47 кН/м
5.2.3 приведенная толщина слоя Н2О
С = РН2О * S = 98.1 * 0.2 * 0.06 = 1.09 кН/м
5.2.4 удельная интенсивность излучения СО2 и Н2О при t1верх
q1верх = q1co2 + q1н2о = 15100 + 9300 = 24400 Вт/м2
5.2.5 коэффициент теплоотдачи конвекцией при t2
aк2верх = 1,6 * Wо0,5 * (t2верх + 273)^0,25 * d^-0,33 = 1,6 * 0.88 ( 1410 + 273)^0,25 * 0,2^-0,33 = 15.39 Вт/м2К
aк2низ = 1,6 * Wо0,5 * (t2низ + 273)^0,25 * d^-0,33 = 1,6 * 0.88 ( 560 + 273)^0,25 * 0,2^-0,33 = 12.91 Вт/м2К
5.2.6 удельная интенсивность излучения СО2 и Н2О при t2верх
q2верх = q2co2 + q2н2о = 12733 + 6800 = 19533 Вт/м2
5.2.7 коэффициент теплоотдачи излучением
aизлверх = 4 * (q1верх — q2верх) = 4 * ( 24400 - 19533 ) = 19468 = 22.38 Вт/м2К
5,8 * (t1верх — t2верх)
5,8 * ( 1560 - 1410 ) 870
5.2.8 удельная интенсивность излучения СО2 и Н2О при t1низ
q1низ = q1co2 + q1н2о = 2100 + 2100 = 4200 Вт/м2
5.2.9 удельная интенсивность излучения СО2 и Н2О при t2низ
q2низ = q2co2 + q2н2о = 1000 + 1700 = 2700 Вт/м2
5.2.10 коэффициент теплоотдачи излучением
aизлниз = 4 * (q1низ — q2низ) = 4 * ( 4200 - 2700 ) = 16800 = 19.31 Вт/м2К
5,8 * (t1низ — t2низ)
5,8 * ( 710 - 560 ) 870
5.2.11 Для верха насадки
aверх = aкверх + aизлверх = 15.73 + 22.38 = 38.1 Вт/м2К = 137.17 кДж/м2К
5.2.12 Для низа насадки
aниз = aкниз + aизлниз = 13.46 + 19.31 = 32.77 Вт/м2К = 117.96 кДж/м2К
5.3 расход топлива
Vст = Q = 137000 = 3.09 кг/с
3600 * Qнрсм
3600 * 12.31
5.3.1 секундное количество продуктов сгорания с учетом выделения газов из ванны, выбивания газов из рабочего пространства и подсоса воздуха
Vспрсг = 1,2 * Vпрсгсм * Vст = 1,2 * 0.24 * 3.09 = 0.87 м3/с
5.4 число ячеек
Z = Vспрсг = 0.87 = 28.01 ячеек
Wд * d2
0.78 * 0,2 ^2
5.5 живое сечение насадки
Sж = d2 * Z = 0,2^2 * 28.01 = 1.12 м2
5.6 скорость движения воздуха в насадке
Wов = Vв = 3.06 = 2.73 м/с
Sж
1.12
5.7 коэффициент теплоотдачи конвекцией для верха
a'кверх = 1,6 * Wов0,5 * (tвверх + 273)^0,25 * d^-0,33 = 1,6 * 1.65 * ( 1190 + 273 )^0,25*0,2^-0,33 = 27.79 = 100.06 кДж/м2К
5.8 коэффициент теплоотдачи конвекцией для низа
a'книз = 1,6 * Wов0,5 * (tвниз + 273)^0,25 * d^-0,33 = 1,6 * 1.65 * ( 50 + 273 )^0,25*0,2^-0,33 = 19.05 = 68.59 кДж/м2К
5.9 коэффициент температуропроводности
а = l = 7.32 = м2/ч
с *r
1099.67 2050
5.10 критерий фурье
F0 = 4 * a * tп = 4 * * 7.5 =
d2
0.02
5.11 аккумулирующая способность кирпича насадки
qак = d * с * r * hак * j = 0,15 * 1099.67 * 2050 * 0.38 * 2,5 = 161028.39 кДж/м2перК
2
2
5.12 коэффициент теплоотдачи для верха
Кверх = 1 = 1 =
1 + 1 + 1
1 + 1 + 1
aверх *t
Qак
a'верх *t
137.17 * 1.13
161028.39
100.06 * 1.13
= 1 = 1 = 65.35 кДж/м2перК
1 + 1 + 1
0.01 + + 0.01
155
161028.39
113.06
5.13 коэффициент теплоотдачи для низа
Книз = 1 = 1 =
1 + 1 + 1
1 + 1 + 1
aниз *t
Qак
a'низ *t
117.96 * 1.13
161028.39
68.59 * 1.13
= 1 = 1 = 48.99 кДж/м2перК
1 + 1 + 1
0.01 + + 0.01
133.3
161028.39
77.5
5.14 средний коэффициент теплоотдачи
Кср = Кверх + Книз = 65.35 + 48.99 = 57.17 кДж/м2перК
2
2
5.15 расчет среднего перепада температур
DТср = (t'д — t'в)+(t''д — t''в) = ( 1560 - 50 ) + ( 710 - 1190 ) = 515 ºС
2
2
5.16 расчет поверхности нагрева воздушной насадки
Fв = W'в (t''в — t'в) = 17897.25 * ( 1190 - 50 ) = 692.95 м2
Кср * Dtср
57.17 * 515
6. Расчет основных параметров регенератора 6.1 удельная поверхность нагрева
f = 2 + 1,5 * d * d = 2 + 1,5 * 0,2 * 0,15 = 5.71 + 3.67 = 9.39 м2/м3
d + d
(d + d)2 * hк
0,2 + 0,15
(0,2 + 0,15)^2 * 0,1
6.2 объем воздушной насадки
V = Fв = 692.95 = 73.81 м3
f
9.39
6.3 высота насадки
Hв = V = 73.81 = 21.51 м
Z * (d + d)2
28.01 * (0,2 + 0,15)^2