Расчёт параметров газа и объёмов продуктов сгорания

Расчёт газобаллонной установки СУГ

Для газоснабжения жилого дома используется групповая баллонная установка, в которой применяются баллоны ёмкостью 50 л(d = 300 мм, H = 826 мм) с заполнением на высоту h = 600 мм.

Определить состав сжиженного газа, рассматривая его как смесь бутана и пропана, а также количество баллонов в установке, если температура наружного воздуха равна t = 5 ˚C, давление газа в баллоне = 0,170МПа, перепад температур наружного воздуха и жидкой фазы составляет ∆t = 20˚C, коэффициент теплопередачи от воздуха к жидкой фазе принимается равным k = 9,6 Вт/(м ∙К), а расчётный расход газа на все квартиры равен = 2,7 м /ч.

Решение

В соответствии с законом Рауля

где - мольная доля отдельных компонентов в жидкой фазе;

- упругость пара (давление насыщенного пара);

Так как ∆t = t - t , находим температуру смеси

t = t - ∆t, ˚C.

t = 5-20 = -15 ˚C.

Из таблицы 13.2 [1] по t принимаем МПа (пропан),

МПа (бутан).

Скрытая теплота испарения пропана кДж/кг.

Скрытая теплота испарения бутана кДж/кг.

;

кДж/кг.

Пересчет состава смесей выполняем, используя формулы таблицы 13.5[1].

;

где - мольная масса вещества.

Количество теплоты, поступающее газу из окружающей среды, определяется по формуле:

где k -коэффициент теплопередачи от воздуха к жидкой фазе, Вт/(м ·К);

F – смоченная поверхность теплообмена, м ;

∆t - перепад температур наружного воздуха и жидкой фазы, ˚C.

м².

Вт.

Производительность одного баллона определяется по формуле:

кг/с.

где - плотность паровой фазы при нормальных условиях.

где - объемные доли отдельных компонентов в паровой фазе.

По закону Дальтона:

где - парциальное давление.

По закону Рауля:

+ =1

- плотность отдельных компонентов при нормальных условиях, кг/м³, определяемая по таблице 1.2 [1].

кг/м³;

кг/м³.

кг/м³;

м³/ч.

Количество баллонов в установке определяем по формуле:

N = .

баллонов.

К установке принимаем количество баллонов, равное 2· N , т. е. 10 баллонов.

Расчёт параметров газа и объёмов продуктов сгорания

По составу газа вычислить:

а) низшую и высшую теплоту сгорания;

б) плотность газа при нормальных условиях и при давлении P = 0,5 МПа и температуре t = 35 ˚C;

в) теоретический и действительные объёмы образующихся продуктов горения - CO , H O, N , O и суммарные объёмы продуктов горения;

г) плотность продуктов сгорания при нормальных условиях и заданном коэффициенте расхода воздуха α = 2,5;

д) пределы воспламенения газа.

Вуктыльское месторождение газа. Состав газа в % объема:

СН₄=89,62; С₂Н₆=5,92; С₃Н₈=2,36; С₄Н₁₀=0,86; С₅Н₁₂=0,22; СО₂=0,9; N₂=0,12.

Газ	Химическая формула	Состав газа в % к объёму	Теплота сгорания, кДж/м	Плотность, кг/ м
низшая	высшая
Метан	CH	89,62			0,7168
Этан	C H	5,92			1,3566
Пропан	C H	2,36			2,019
Н-бутан	C H	0,86			2,703
Пентан	C H	0,22			3,221
Оксид углерода	CO	0,9	-	-	1,9768
Азот	N	0,12	-	-	1,2505

Решение

а) Теплота сгорания газообразного топлива может быть определена по следующим формулам:

где r - процентное содержание горючей компоненты;

Q - низшая теплота сгорания отдельной компоненты, кДж/м , принимается по справочникам, таблица 1.3 [1].

Высшая теплота сгорания:

где Q - высшая теплота сгорания отдельной компоненты, кДж/м , принимается по справочникам, таблица 1.3 [1].

кДж/м .

Углеродное числоn можно определить экспериментально или посчитать по формуле:

n = = ,

где Б – балласт (CO и N ).

n =

кДж/м .

б) Плотность газообразного топлива при нормальных условиях определяется по формуле:

где r - процентное содержание отдельных компонент в топливе;

ρ - плотность отдельных компонент при нормальных условиях, кг/м , принимаем по таблице 1.2 [1].

кг/м .

Плотность газообразного топлива при нормальных условиях может быть также определена по углеродному числу по формуле:

ρ = (0,625· n + 0,089)· + 0,0125· N + 0,0198· CO .

Плотность газа при рабочих условиях может быть определена по формуле:

ρ = ρ · · ,

где p – абсолютное давление газа, МПа;

p - давление газа при нормальных условиях, равное 0,1 МПа.

ρ = 0,82 · = 3,63 кг/м .

в) теоретический объём посчитан при α = 1,0, а действительный – при заданном α = 2,5.

- теоретически необходимое количество воздуха

V = 0,0476·[Σ(m + 0,25· n)· C H + 0,5· CO + 1,5· H S + 0,5· H - O ];

V = = 0,0476· [2·89,62 + 4·5,92 + 5·2,36+6,5·0,86+8·0,22] = 10,43 м /м ;

- объёмдиоксидауглерода

V = 0,01·(Σ m ·C H + CO );

V = 0,01·(1·89,62 + 2·5,92 + 3·2,36+4·0,86+5·0,22+0,9) = 1,14 м /м ;

- объёмазота

V = 0,79· α · V +0,01· N ;

V = 0,79·2,5·10,43+0,01·0,12 = 20,6 м /м ;

V = 0,79·1,0·10,43+0,01·0,12 = 8,2 м /м ;

- объём водяных паров

V = 0,01·(Σ C H + 0,5· H S +0,124· d +1,61· α · V );

где d – влагосодержание природного газа, г/кг, принимаем d = 10,1 г/кг;

V = 0,01·(2·89,62+3·5,92+4·2,36+5·0,86+6·0,22+0,124·10,1+1,61·2,5·10,43) = 2,55 м /м ;

V =0,01·(2·89,62+3·5,92+4·2,36+5·0,86+6·0,22+0,124·10,1+1,61·1,0·10,43) = 2,30 м /м ;

- объём избыточного кислорода

V = 0,21·(α – 1)· V

V = 0,21·(1,0 – 1)·10,43 = 0;

V = 0,21·(2,5 – 1)·10,43 = 3,29 м /м ;

- суммарный объём продуктов сгорания

V = V + V + V + V ;

V = 1,14 + 8,2 + 2,3 + 0 = 11,68 м /м ;

V = 1,14 + 20,6 + 2,55 + 3,29 = 27,58 м /м .

г) плотность продуктов сгорания при нормальных условиях определяется по формуле:

ρ = 0,768 +1,429 +1,2505 +1,9768

ρ = 0,768 +1,429 +1,2505 +1,9768 =1,26 кг/м³

д) если газ забалластирован (содержание балласта превышает 5%), то в начале выполняют пересчет состава топлива, умножая процентное содержание горючих компонент на поправочный коэффициент, определяемый по формуле:

k = ,