| 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 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 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 | - | 0 | - | 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 | + | 0 | + | 58 | + | 0 | + | 168 | = | 1725.2 | |||
| Qнр(т)прг = | Qнрпрг | = | 3460.94 | = | 2.01 | кДж/кг | ||||||||||
| rпрг | 1725.2 | |||||||||||||||
| Lдв(т)прг = | Lдвпрг | = | 3.19 | = | 0 | м3/кг | ||||||||||
| rпрг | 1725.2 | |||||||||||||||
| Vпрг(т)прсг = | Vпргпрсг | = | 3.13 | = | 0 | 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 | + | 0.24 | * | 1.92 | = | 0.46 | м3/кг | |||||
| Vпрсгсм = | а * Vпрг(т)прсг + в * Vпрсгмаз = | 0.76 | * | 0 | + | 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 | = | 0 | % | |||||||||
| 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 | 0 | 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 | ?C | |||||||
| 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 | ?C | |||||||
| 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 | ?C | ||
| ітк'' -ітк' | 479.19 | - | 435.31 | |||||||||||||
| 4.3 действительная температура продуктов сгорания равна | ||||||||||||||||
| tд = | hпир * tк = | 0.95 | * | 1297.65 | = | 1232.77 | ?C | |||||||||
| 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 | = | 0 | м2/ч | ||||||||||
| с *r | 1099.67 | 2050 | ||||||||||||||
| 5.10 критерий фурье | ||||||||||||||||
| F0 = | 4 * a * tп | = | 4 * | 0 | * | 7.5 | = | 0 | ||||||||
| 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 | + | 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 | + | 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 | ?С | |||
| 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 | ||||||||||||||