4.3. Расчёт горения природного газа

Задание. Определить теплотворность, объём воздуха и количество образующихся продуктов горения при сжигании природного газа во вращающейся печи для обжига керамзитового гравия. Состав газа, %:

СН₄ – 86; С₂Н₆ – 3,8; С₃Н₈ – 0,3; С₄Н₁₀ – 0,3; С₅Н₁₂ – 0,5; Н₂S – 0,8;

СО₂ – 1; N₂ – 7,3.

Из приведённых выше реакций горения выбираем те, которые относятся к газам, входящим в состав исходного продукта.

СН₄ + 2 О₂ = СО₂ + 2 Н₂О; С₂Н₆ + 3,5 О₂ = 2 СО₂ + 3 Н₂О;

С₃Н₈ + 5 О₂ = 3 СО₂ + 4 Н₂О; С₄Н₁₀ + 6,5 О₂ = 4 СО₂ + 5 Н₂О;

С₅Н₁₂ + 8 О₂ = 5 СО₂ + 6 Н₂О; Н₂S + 1,5 О₂ = Н₂О + SО₂.

СО₂ и N₂ – переходят в продукты горения.

Теплоту сгорания топлива (теплотворность) определяем по формуле (2)

Q_н = 358,2 СН₄ +637,5 С₂Н₆ +912,5 С₃Н₈ +1186,5 С₄Н₁₀ +1460,8С₅Н₁₂ =

= 358,2  86 +637,53,8 + 912,5  0,3 +1186,5  0,3 +1460,8  0,5 =

= 35 474,28 кДж/нм³.

Расчёт горения газа с различными значениями коэффициентов избытка воздуха  представлен в таблице 2. Коэффициент  = 1 используется для расчёта теоретически необходимого расхода воздуха при сжигании 1 нм³ газа. ₁ - коэффициент избытка воздуха в корне факела равный 1,05…1,1. ₂ – коэффициент избытка воздуха на загрузочном конце печи, который принимают в пределах 1,8…2,4.

Проверку правильности расчёта горения топлива следует производить, составляя материальный баланс процесса горения на 100 нм³ газа при заданном значении ₂ (значения ₂ принимаем из таблицы 2). Пример расчёта материального баланса в массовых единицах представлен в таблице 3. Перевод нм³ каждого газа в кг производится путём умножения на их плотности  кг/нм³. Значения плотностей отдельных газов даны в таблице 1.

Таблица 1

Плотности отдельных газов

Газы	Химическая формула	Плотность газов, кг/нм3
Водород (молекулярный) Кислород Азот Оксид углерода Сероводород Диоксид серы Диоксид углерода Углеводороды: Метан Этилен Этан Пропан Бутан Пентан Гексан	Н2 О2 N2 СО Н2S SО2 СО2 СН4 С2Н4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 С6Н14	0,0898 1,429 1,251 1,250 1,539 2,926 1,977 0,717 1,261 1,356 2,020 2,040 3,218 3,840

Таблица 2

Расчёт горения природного газа

Состав 1 м3 газа, %	Реакции горения	Требуется для горения, м3			Образуется при горении, м3
		О2	N2	воздуха	СО2	Н2О	SО2	N2	О2	сухих газов	всех газов
1	2	3	4	5	6	7		8	9	10	11
СН4 = 86	СН4 + 2 О2 = СО2 + 2 Н2О	20,86 = 1,72	для  1,9395  3,76= 7,2925 для 1 7,2925 1,1= 8,022 для 2 7,2925 1,8= 13,2724	для  1,9395 + 7,2925 = 9,232 для 1 2,1335+ 8,022=10,1591 для 2 3,5299 + 13,2724 =16,802	0,86	20,86= 1,72	-----	для  7,2925+ 0,073= 7,3655 для 1 8,022+ 0,073= 8,095 для 2 13,2724+0,073=13,3454	----- для 1 2,1335- 1,9395=0,194 для 2 3,5299- 1,9395=1,5904	для  0,992+ 0,008+ 7,3655 = 8,3655 для 1 0,992+ 0,008+ 8,095+ 0,194= 9,289 для 2 0,992+ 0,008+ 13,3454+1,5904= 15,9358	для  8,3655+ 1,899= 10,2645 для 1 9,289+ 1,899= 11,188 для 2 15,9358+1,899= 17,8348
С2Н6 = 3,8	С2Н6 + 3,5 О2 = 2СО2 + 3 Н2О	3,50,038 = 0,133			20,038=0,076	30,038= 0,114	-----
С3Н8 = 0,3	С3Н8 + 5 О2 = 3 СО2 + 4 Н2О	50,003 = 0,015			30,003=0,009	40,003= 0,012	-----
С4Н10= 0,3	С4Н10 + 6,5О2 = 4СО2+5 Н2О	6,50,003 = 0,0195			40,003=0,012	50,003= 0,015	-----
С5Н12= 0,5	С5Н12 + 8О2 = 5СО2 + 6 Н2О	80,005 = 0,04			50,005=0,025	60,005=0,03	-----
СО2 = 1	переходит в газы	-----			0,01	-----	-----
N2 = 7,3	переходит в газы	-----			-----	-----	-----
Н2S= 0.8	Н2S + 1,5О2 = Н2О + SО2.	1,50,008 = 0,012			-----	0,008	0,008
	всего при =1	1,9395	7,2925	9,415	0,992	1,899	0,008	7,3655	-----	8,3655	10,2645
	всего при 1 = 1,1	2,1335	8,022	10,357	0,992	1,899	0,008	8,095	0,194	9,289	11,188
	всего при 2 = 1,82	3,5299	13,2724	16,947	0,992	1,899	0,008	13,3454	1,5904	15,9358	17,8348

Примечание. При расчёте пунктов 3, 6, 7 и 8 состав газа обязательно принимать в долях единицы.

Таблица 3