Нефтяные котлы-утилизаторы

Теплота парообразования воды (она же выделяется при конденсации из пара) составляет около 2,5 МДж/кг. При выходе продуктов сгорания из калориметра, продукты выходят со сконденсированным водяным паром. В результате по калориметру находят высшую теплоту сгорания. Низшую теплоту сгорания можно получить, если отсутствует конденсация пара при температуре продуктов выше температуры кипения воды.

По методике теплотехники теплоту сгорания находят для жидких и твердых углеводородов по формуле Менделеева Д.И. [5] (в МДж/кг):

Низшую теплоту сгорания газообразных углеводородов находят по формуле [5] через произведение объемной доли компонента на его низшую теплоту сгорания:

Также для твердых топлив существует формула Дюлонга.

Для расчета расхода требуемого воздуха используются стехиометрические коэффициенты по реакциям окисления отдельных элементов газообразных или жидких углеводородов.

Неполное сгорание учитывается увеличенным расходом воздуха (см. ниже) при расчете котла-утилизатора.

По расчету реакций окисления составляется таблица материального баланса.

Температуру сгорания определяют по формуле:

через теплоту сгорания топлива, теплоту диссоциации воды и диоксида углерода, объем продуктов сгорания (на единицу топлива), объемную теплоемкость продуктов сгорания.

Температура продуктов сгорания находится по энтальпии продуктов сгорания:

Вывод формулы для t

a и b – постоянные интерполяционной формулы средней объемной теплоемкости i-го компонента продуктов сгорания (ПС) смеси ОГ и ПГ в изобарном процессе.

Температура продуктов реакции при аналитической интерполяции см. [7,с.21].

В расчете процесса горения находят:

– материальный баланс,

– теплоту сжигания смеси

– объемные доли и парциальные давления трехатомных продуктов сгорания,

– энтальпию отходящих газов,

– постоянные расчетного уравнения энтальпии продуктов.

3. Расчет котла-утилизатора

Рассмотрим методику, применяемую в теплотехнике.

Коэффициент избытка воздуха показывает степень конверсии воздуха в процессе сжигания:

то есть равен отношению действительного количества воздуха к теоретическому по процессу.

Количество избыточного воздуха:

Для теоретического расхода воздуха объем продуктов сгорания:

Избыточный воздух увеличивает количество водяного пара по сравнению с теоретическим количеством на величину Δ:

Теоретически необходимое количество воздуха на сжигание 1 куб.м смеси из утилизируемого с добавляемым топливом (газом) [6]:

В формуле обозначении «СО» и др. указывают объемную долю в % компонента в сухой массе отходящих газов.

показывает воздух для полного сжигания природного газа в объеме 1 куб.м.

Индекс «ПГ» используется для случая применения природного газа, «ОГ» для отходящих газов.

Доля природного газа в единицах объема в смеси [6]:

(суммарный расход газа состоит из газов с индексами «ОГ» и «ПГ»).

Объемы продуктов сгорания [6]:

– действительный объем водяного пара (в куб.м/куб.м):

влагосодержание отходящих газов (в г/куб.м):

(– объемная доля в % влаги в отходящих газах, для водяного пара при н.у.

– объем азота теоретический (в куб.м/куб.м):

– объем трехатомных газов (в куб.м/куб.м):

– объем избыточного воздуха (в куб.м/куб.м):

Суммарно

Объемные доли [6]:

– водяного пара:

– сухих трехатомных газов:

– трехатомных газов

Парциальное давление:

(при отсутствии наддува

Низшая теплота сгорания сухой смеси сжигаемых газов и добавляемого горючего агента (в рассматриваемом примере природный газ):

Числа 12636, 10798 и др. являются низшей теплотой сгорания горючих компонентов отходящих газов в кДж/куб.м.

В котле-утилизаторе процесс течения газа по газоходу котла условно относится к изобарному по данным [6]. В этом случае теплота Q представляет собой разность энтальпий на входе и выходе:

При расчете котла-утилизатора рассчитывается тепло, передаваемое от горячих газов к хладагенту, то есть воде, воздуху, пару, подводимым к газовым смесям.

Для воздуха используются энтальпии при разных значениях температуры воздуха и разных значения энтропии (физической теплоты [6]) газов с температурой на входе в котел. По данным [6] энтальпии продуктов сгорания и воздуха рассчитываются на 1 куб. м горючих газов, поступающих в топку котла-утилизатора.

Тепловой баланс котла-утилизатора [6] аналогичен тепловому балансу химической реакции в методике инженерной химии [4]. Но за некоторыми отличиями.

Теплом приходя является располагаемая теплота:

Из уравнения теплового баланса

То есть равно сумме полезной теплоты (нагрев воды или получение пара), теплоты исходящих газов, теплоты химической неполноты сгорания газовой смеси, потерь теплоты в окружающую среду через наружное ограждение [6].

Как правило уравнения теплового баланса записывают в теплотехнике при принятии располагаемой теплоты за 100%: