14.2.2. Расчеты сгорания смесей доменного и коксового газов в обогащенном кислородом воздухе

Для расчетов сгорания смесей доменного и коксового газов построены графики на рис. 11.43—11.59. По этим графикам при известных теплоте сгорания газа, степени обогащения воздуха кислородом и коэффициенте расхода воздуха или кислорода можно определить: количество воздуха, чистого кислорода, продуктов сгорания, подсосанного по дымовому тракту воздуха; энтальпию продуктов сгорания, если известна их температура, или температуру продуктов сгорания, если известна их энтальпия; калориметрические температуры сгорания в зависимости от подогрева газа и воздуха; количество подсосанного воздуха, если известно а или % 0² в продуктах сгорания и наоборот; а или % 0², если известно количество подсосанного воздуха; % 0² в продуктах сгорания при любых а и % С0² при α=1,0÷1,2.

Энтальпию газов определяют по рис. 11.11—11.21.

Определение количеств воздуха и кислорода при любых α, продуктов сгорания при α=1,0÷1,2, % 0² и % С0² в продуктах сгорания осуществляют по рис. 11.43—11.46.

Калориметрическую температуру сгорания и соответствующую ей энтальпию определяют по рис. 11.47—11.58.

Точка пересечения кривой энтальпий продуктов сгорания газа данной теплоты сгорания и кривой подогрева воздуха и газа соответствует калориметрической температуре сгорания и связанной с ней энтальпии.

Количество дополнительно подсосанного по дымовому тракту воздуха определяют по изменению коэффициента расхода воздуха (см. рис. 11.59) независимо от начальных коэффициентов расхода воздуха. Количество дополнительного воздуха можно также определить по % 0² во влажных продуктах сгорания (см. рис. 11.43), но этим графиком можно пользоваться только для случая первоначального сжигания газа сα_K =1,0.

Если сгорание газа происходило с α_K = 1,0÷1,2, а потом продукты сгорания разбавлялись подсосанным воздухом, то образовавшееся количество продуктов сгорания определяется, как сумма первоначального объема продуктов сгорания (см. рис. 11.43 или рис. 11.45) и количества подсосанного воздуха (см. рис. 11.59).

Для определения энтальпии продуктов сгорания при α>1, если известна их температура, к энтальпии при заданном коэффициенте расхода кислорода (см. рис. 11.47—11.58) прибавляется энтальпия подсосанного воздуха (см. рис. 11.59). Эту же энтальпию можно определить другим способом. По рис. 11.59 находят количество дополнительного воздуха на 1 м³ газа, а по рис. 11.43 количество продуктов сгорания на 1 м³ газа. После этого по рис. 11.59 в зависимости от заданной температуры и количества дополнительного воздуха на 1 м³ продуктов сгорания определяют температуру продуктов сгорания при α=1,0. Затем по графикам расчета сгорания газа для соответствующего % 0² в смеси воздуха с кислородом и α=1,0 (см. рис. 11.47, 11.50, 11.53, 11.56, 11.57) находят, какой энтальпии полученная температура соответствует.

По рис. 11.59 можно также определить температуру продуктов сгорания при разбавлении их холодным воздухом, если известна начальная температура продуктов сгорания. Температура подсосанного воздуха принималась равной 0°С.

Пример 1. Топливо — смесь доменного и коксового газов с теплотой сгорания 9,6 МДж/м³;. Обогащение воздуха кислородом 26,3%. Сжигание газа происходило при α_K=1,1:

1. расход воздуха V_B определяем по рис. 11.43; при α=1,0 V_B=l,64 м³/м³ ; при =1,1 V_B= 1,64*1,1 = 1,8 м³/м³;
α
2. количество   кислорода V_O2 определяем по рис. 11.44: при α=1,0 V_O2=0,118 м³/м³ ; при α=1,1 V_O2=0,118*1,1 = 0,13 м³/м³;
3. определяем количество продуктов сгорания, считая, что подсосался воздух и α_B =  1,2.

По рис. 11.45 находим va при теплоте сгорания газа 9,6 МДж/м³ и коэффициенте расхода кислорода α=1,1 V_Д =2,71 м³/м³.

По рис. 11.59 количество дополнительно подсосанного воздуха при увеличении α на 0,1 составляет 0,22 м³/м³. Общее количество продуктов сгорания при α =1,2 V_Д=2,71+0,22 = 2,93 м³/м³.

Аналогично определяем количество продуктов сгорания при других коэффициентах расхода воздуха. При α=1,4 (увеличение α на 0,3) V_Д = 2,71+0,66=3,37 м³/м³ газа. При α = 1,6 (увеличение α на 0,5) V_Д = 2,71 + 1,10= = 3,81 м³/м³ газа;

1. физическое тепло газа при подогреве его до 1250°С по рис. 11.16 и 11.17 составляет 2,09 МДж/м³ газа.

Физическое тепло воздуха определяем умножением полученного в п.а данного примера расхода воздуха на его среднюю теплоемкость по табл. V.5 и температуру подогрева воздуха 1200°С: 1,8*1,44*1200*10-3=3,11 МДж/м³ газа.

Общее количество тепла, получаемое при сжигании 1 м³ газа, составляет 9,63 + 2,09 + 3,11 = 14,83 МДж/м³ газа.

Количество тепла можно также определить следующим образом. По рис. 11.48 и 11.51 с интерполяцией для обогащения 26,3 % 02 количество тепла от сжигания газа с подогревом только воздуха до 1200°С составляет 12,7 МДж/м³ газа и от сжигания газа с его подогревом до 1250°С 11,7 МДж/м³ газа.

Физическое тепло газа 11,7—9,63=2,07 МДж/м³ газа.

Общее количество тепла, получаемое при сжигании 1 м³ газа: 12,7+2,07=14,77 МДж/м³ газа;

1. определим количество тепла, уносимое продуктами сгорания при температуре 1750°С. Газ сжигали при α_K=1,1 и затем разбавляли воздухом до α_K=1,2.

По рис. 11.48 энтальпия продуктов сгорания при 25% 02 и  α=1,1 составляет 8,27 МДж/м³ газа.

По рис, 11.59 энтальпия продуктов сгорания при 27% 02 и α=1,1 составляет 7,9 МДж/м³ газа. Интерполируя, находим энтальпию продуктов сгорания при обогащении воздуха 26,3 % и  α=1,1:

8,27- ((8,27-7,9)/(27-25))(26,3-25)=8,27-0,23=8,04 МДж/м³ газа.

По рис. 11.59 энтальпия дополнительного воздуха при увеличении а на 0,1 и температуре 1750 °С равна 0,59 МДж/м³ газа. Энтальпия продуктов сгорания при α=1,2 будет 8,04+0,59 = 8,63 МДж/м³ газа.

Пример 2. Найти энтальпию продуктов сгорания и количество подсосанного по дымовому тракту воздуха. Q^p_H= 11,1 МДж/м³ газа, сгорание происходило в обогащенном воздухе при 27% О2 и α=1,0.

После подсоса воздуха содержание 02 в продуктах сгорания составляло 4,4 %. Температура продуктов сгорания 1400°C . По рис. 11.43 определяем количество подсосанного воздуха 0,73 м³/м³ газа.

По рис. 11.59 энтальпия подсосанного воздуха равна 1,51 МДж/м³ газа, а α=1,28.

По рис. 11.50 находим, что при t=1400°С и α=1,0 энтальпия продуктов сгорания составляет 6,36 МДж/м³ газа. Общая энтальпия продуктов сгорания 6,36+1,51 = 7,87 МДж/м³ газа. Эту же задачу можно решить, определив по рис. 11.43 количество подсосанного воздуха (0,73 м³/м³ газа) и количество продуктов сгорания (2,77 м³/м³ газа): 0,73/2,77=0,26 м³/м³.

По рис. 11.59 температура продуктов сгорания до подсоса холодного воздуха. 1690°С, а по рис, 11.50 эта температура соответствует энтальпии продуктов сгорания, равной 7,87 МДж/м³.

Пример 3. Найти количество тепла, оставляемого в теплообменнике, если до теплообменника состояние газов такое же, как в примере 2, а после теплообменника температура продуктов сгорания 800 °С и α=1,6.

По рис. 11.59 определяем энтальпию подсосанного воздуха для случая увеличения с 0,6 (1,72 МДж/м³ газа), а по рис. 11.50 энтальпию продуктов сгорания при α = (3,42 МДж/м³ газа). Общая энтальпия продуктов сгорания после теплообменника 1,' +3,42=5,14 МДж/м³ газа; тепло, оставляемое в теплообменнике: 7,87—5,14=2,73 МДж/м³ газа.

Пример 4. Найти температуру продуктов сгорания при разбавлении их холодным воздухом. Q^p_H=10,9 МДж/м³. Сгорание газа происходило в обогащенном до 27 % 02 воздухе α =1,1. Коэффициент расхода воздуха п подсоса холодного воздуха α = 1,4. До разбавления температура была 1700 °С.

По рис. 11.59 определяем количество сосанного воздуха (0,76 м³/м³ газа), а по 11.45 — количество влажных продуктов сгорания при  α=1,1 (2,92 м³/м³ газа).

Количество подсосанного воздуха 0,76/2,92= 0,26 м³/м³ продуктов сгорания. По 11.59 температура продуктов сгорания после разбавления их холодным воздухом состав 1415°С.