Розрахунок ексергії потоків газоподібного палива

Вихідні дані:

Схема та процес підведення теплоти для камери згоряння:

КЗ - камера згоряння, І - підведення паливного газу, ІІ - підведення стисненого повітря, ІІІ - відведення продуктів згоряння

Q_КЗ - теплове навантаження камери згоряння

Н_и - питома об'ємна теплота згоряння паливного газу (1 м³ за нормальних умов)

ρ_г - густина паливного газу за нормальних умов

р_1А , t_1А - тиск і температура стисненого повітря на вході в камеру згоряння

t₂ - температура продуктів згоряння на виході з камери згоряння

α_А - коефіцієнт надлишку повітря, α_А = m_А / m_г , де m_А , m_г - відповідно масові витрати повітря та паливного газу

р_1г , t_1г - тиск і температура паливного газу на вході в камеру згоряння

Загальні додаткові дані:

розрахункові параметри оточуючого середовища прийняти р_о.с. = 1 бар, t_о.с. = 20°С
при складанні таблиці вихідних даних для визначення температур t_1А та t₂ використано наступні залежності:

Т_1А = Т_о.с. × (1 + (π^χ - 1)/ƞ_s.км), К, де π = р_1А / р_о.с. , χ = (k - 1) / k, ƞ_s.км = 0,78...0,82

з балансу теплоти t₂ = t_1А + Н_и / (α_А × ρ_г × C_рг), °С, де C_рг = 1,171 кДж (кг × К) для t_ср = 500°С

Визначити:

Масові витрати матеріальних потоків камери згоряння
Ексергію потоку паливного газу, Е_1г
Приріст ексергії повітряного потоку у камері згоряння Е₂ - Е_1А

Додаткові джерела інформації, необхідні для розрахунку:

h,s-діаграма для природного газу [1]

Порядок проведення розрахунку

Визначаємо масові витрати матеріальних потоків камери згоряння:

Об'ємна витрата паливного газу V_г = Q_КЗ / Н_и , нм³/с
Масова витрата паливного газу m_г = ρ_г × V_г , кг/с
Масова витрата повітря m_А = α_А × m_г , кг/с
Масова витрата продуктів згоряння m_ПЗ = m_г + m_А , кг/с

Визначаємо ексергію потоку паливного газу, Е_1г:

Для природного газу з параметрами р_1г та t_1г визначаємо термодинамічні властивості h_1г та s_1г [1]
Для природного газу з параметрами р_о.с. та t_о.с. визначаємо термодинамічні властивості h_о.с. та s_о.с. [1]
Ексергія потоку паливного газу визначається за формулою Е_1г = V_г × (е_1г)_хім + m_г × (е_1г)_мех , кВт
Визначаємо хімічну складову питомої ексергії (е_1г)_хім = α_г × Н_и , кДж / кг, де α_г = 0,95
Визначаємо механічну складову питомої ексергії (е_1г)_мех = (h_1г - h_о.с.) - Т_о.с. × (s_1г - s_о.с.), кДж / кг

Визначаємо приріст ексергії повітряного потоку у камері згоряння Е₂ - Е_1А:

Приріст ексергії повітряного потоку у камері згоряння визначається за формулою (Е₂ - Е_1А)_І = m_А × (e₂ - e_1А), кВт
Різниця питомих ексергій повітряного потоку у камері згоряння визначається за формулою e₂ - e_1А = С_р × (T₂ - T_1А) - Т_о.с. × (С_р × ln (T₂ / T_1А) - R × ln (P₂ / P_1А)), кДж / кг, де С_р = 1,105 + 0,000132 × t_р - питома теплоємність при середній температурі t_р = (T₂ + T_1А) / 2, кДж / (кг × К)
Визначаємо ексерегетичну ефективність камери згоряння ε = (Е₂ - Е_1А)_І / Е_1г
Виконуємо уточнюючий розрахунок приросту ексергії повітряного потоку у камері згоряння:

(Е₂ - Е_1А)_ІІ = m_ПЗ × e₂ - m_А × e_1А, кВт

e₂ = С_р.пз × (T₂ - T_о.с.) - Т_о.с. × (С_р.пз × ln (T₂ / T_о.с.) - R × ln (P₂ / P_о.с.)), кДж / кг, де С_р.пз = 1,105 + 0,000132 × t_р.пз - питома теплоємність при середній температурі t_р.пз = (T₂ + T_о.с.) / 2, кДж / (кг × К)

e_1А = С_р.А × (T_1А - T_о.с.) - Т_о.с. × (С_р.А × ln (T_1А / T_о.с.) - R × ln (P_1А / P_о.с.)), кДж / кг, де С_р.А визначається з таблиць для повітря при середній температурі t_А = (T_о.с. + T_1А) / 2, кДж / (кг × К)

Визначаємо похидку розрахунків приросту ексергії повітряного потоку у камері згоряння за формулою ((Е₂ - Е_1А)_ІІ - (Е₂ - Е_1А)_І) / (Е₂ - Е_1А)_ІІ

Report abuse