CC BY
12ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В РАСЧЕТЕ КОТЛА, ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КОНЦЕНТРАЦИИ
СМЕСИ ДВУХ ГАЗОВ Жукова Е.А.1, Азизова Т.А.2, Алтухова Т.А.3, Кядыкова А.С.4
1Жукова Екатерина Альбертовна - магистр, направление: теплоэнергетика и теплотехника, кафедра энергетики высокотемпературной технологии; 2Азизова Татьяна Ашотовна - магистр; 3Алтухова Татьяна Андреевна - магистр, направление: теплоэнергетика и теплотехника, кафедра инновационных технологий наукоемких отраслей;
4Кядыкова Анна Сергеевна - магистр, направление: теплоэнергетика и теплотехника, кафедра химии и электрохимической энергетики, Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, г. Москва
Аннотация: в статье рассматривается анализ таких показателей, как действительный объем водяных паров, общий объем дымовых газов и объемная доля всех трехатомных газов. В расчетах эти показатели очень зависят от состава топлива. Вследствие чего будут использованы три разные концентрации двух газов. Ключевые слова: энергетика, котел на газе, концентрация двух газов.
В настоящее время большинство ТЭЦ и котельных переходят или эксплуатируются на газе. Но при этом такое топливо оказывает разное влияние на характеристику работы оборудования. Состав каждого газа индивидуален. Возможно, также использовать не только один вид газа, но и несколько, хотя это будет технически сложнее [1].
В данной статье будет рассматриваться котел, который работает на газе, но при этом он будет использовать два его разных вида. К примеру, возьмем газ месторождения Урицк - Сторожевка и Пермь-нефть, которые в дальнейшем для удобства будут именоваться числами 1 и 2, характеристики которых представлены ниже в табл. 1.
Концентраций этих газов возьмем несколько, для более точного сравнения: 50-50, 25-75, 75-25.
Далее производим расчеты на новый вид топлива - топлива-смесь природного газа газопровода Урицк-Сторожовка 50% и попутного газа Пермьнефть 50%, для примера, а расчеты для других концентраций выполняются аналогично [2].
Таблица 1. Расчетные характеристики газообразных топлив
Состав газа по объему,%
СН4 С2Н« С3Н8 С4Н10 С5Н12 N2 СО2 Щ8 ОнР , кДж/м3
Урицк-Сторожовка 91,9 2,4 1,1 0,8 0,1 3,2 0,5 - 36467
Пермь-нефть 38,7 22,6 10,7 2,7 0,7 23,8 0,4 0,4 42370
Расчет ведется по каждому элементу отдельно СН4=91,9*0,5+38,7*0,5=65,3 %
С2Н6=2,4*0,5+22,6*0,5=12,5 % С3Н8=1,1*0,5+10,7*0,5=5,9 % С4Н10=0,8*0,5+2,7*0,5=1,75 % С5Н12=0,1*0,5+0,7*0,5=0,4 % N=3,2*0,5+23,8*0,5=13,5 % C02=0,5*0,5+0,4*0,5=0,45 % H2S=0,4*0,5+0*0,5=0,2 % QHP=0,5*36467+,5*42370=3.942*104 кДж/м3 dг=10 г/м3
После проводим проверку правильности расчетов (сумма всех компонентов смеси должна быть равна 100%).
Е= СН4+ С2Н6+ С3Н8+ С4Н10+ С5Н12+N2+CO2+ Н^=65,3+12,5+5,9+1,75+ +0,4+1,5+0,45+0,2=100 %
Помимо этих компонентов, которые используются в расчете, есть и другие, концентрация которых равно 0 (С0=0 %; 02=0%; Н2=0%).[1]
Для более удобного сравнения результаты расчетов представлены ниже в табл. 2.
Таблица 2. Расчетные значения компонентов при различных концентрациях
Концентрации ен, С2Н« езН8 е4Н10 е5Н12 N2 СО2
1-25%, 2-75% 52 17,55 8,3 2,225 0,55 18,65 0,425 0,3
1-75%, 2-25% 78,6 7,45 3,5 1,275 0,25 8,35 0,475 0,1
1-50%, 2-50% 65,3 12,5 5,9 1,75 0,4 13,5 0,45 0,2
Находим теоретический объем воздуха для сжигания 1 м3 сухого газообразного топлива.
Теоретическое количество воздуха
^=0,0476*[0,5* С0+0,5* Н2+1,5* H2S+(1+4/4)* СН4+(2+6/4)* C2H6+(3+ +8/4)* CзH8+ (4+10/4)*С4НЮ+(5+12/4)* С5Н12 - О]
^=0,0476*[0,5* 0+0,5* 0+1,5* 0,2+(1+4/4)* 65,3+(2+6/4)*12,5+(3+8/4)* *5,9+(4+10/4)*1,75+(5+12/4)* 0,4 - 0]=10,411 м3возд/м3топл Теоретический объем азота VN2=0,79* V0+ N2/100
^2=0,79* 10.411+ 13,5/10=8,36 м3 N2/м3топл Объем трехатомных газов
VRo2=0,01*[CO2+ СО+ Н^+1* СН4+2* С2Н6+3* С3Н8+4* С4Н10+5* С5Н12] ^02=0,01*[0,45+ 0+ 0,2+1* 65,3+2* 12,5+3* 5,9+4* 1,75+5* 0,4]=1.177 м3 Я02/м3топл
Теоретический объем водяных паров
VH2O=0,01*[H2+H2S+4/2* СН4+6/2* С2Н6+8/2* С3Н8+10/2* С4Н10+12/2* *С5Н12+0,124* dг]+V0*0.0161
VH2O=0,01*[0+0,2+4/2* 65,3+6/2* 12,5+8/2* 5,9+10/2* 1,75+12/2*0,4+ +0,124* 10]+10,411*0.0161=2,211 м3 Н20/м3топл
Далее, аналогично этому посчитаны эти показатели и приведены в табл. 3.
Таблица 3. Теоретические показатели
Уо Ущо2 УН2О
1-25%, 2-75% 10,769 8,69 1,244 2,232
1-75%, 2-25% 10,054 8,03 1,109 2,19
1-50%, 2-50% 10,411 8,36 1,177 2,211
Принимаем коэффициент избытка воздуха а=1,1 Суммарный присос воздуха
А=(а-1)* ^=(1,1-1)*10,411=1,041 м3/м3 Действительный объем водяных паров Vдн2o=Vн2o+0,0161(а-1)Vo VдH20=2,211+0,0161*1,041=2,228 м3/кг Общий объем дымовых газов Vг=VR02+VN2+VДH20+(a-1)V0 Vг=1,177+8,36+2,228+1,041=12,789 м3/кг Объемная доля сухих трехатомных газов
гЯ20=
^=1,177/12,789=0,092 Объемная доля водяных паров
ГН20=
Vн20/Vг гН20=2,228/12,789=0,173
Суммарная объемная доля всех трехатомных газов
Гп=ГЯ02+ГН20
гп=0,173+0,092=0,265
После этого подсчитаем и для других значений, а затем вносим в табл. 4.
Таблица 4. Действительные значения
уДН2О V,. ГЯ20 ГН20 г„
1-25%, 2-75% 2,249 13,234 0,094 0,169 0,262
1-75%, 2-25% 2,206 12,334 0,090 0,178 0,267
1-50%, 2-50% 2,228 12,789 0,092 0,173 0,265
Проведя, таким образом, расчет, видно, что концентрация газа оказывает влияние на показатели. С увеличением концентрации 1 газа и уменьшением 2 видно, что действительный объем водяных паров имеют тенденцию уменьшаться приблизительно на 1%; общий объем дымовых газов - уменьшается на 3,5%; объемная доля всех трехатомных газов - увеличивается на 1%.
В итоге можно сказать, что влияние есть, но не очень велико. Но если в начальных расчетах будут такие отклонение, то и в итоге это окажет влияние на дальнейшие вычисления. Погрешности менее 10% допустимы в расчетах котельных агрегатов, но не более. [2] Поэтому если использовать два газа на ТЭЦ или котельной нужно внимательно следить за их процентным соотношением, иначе может получиться результат не тот, на который мы рассчитывали.
Список литературы
1. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). М.: Энергия, 1973.
2. Шумилин Е.В., Псаров С.А. Тепловой расчет котла. Издательство ТОГУ, 2013.
