Содержание
Теоретические основы
Точный расчет объема дымовых газов является критически важной задачей при проектировании котельных установок, газотурбинного оборудования и систем рекуперации тепла. На основе этих данных определяются геометрические размеры газоходов, подбираются дымососы, рассчитываются теплообменные аппараты и оцениваются экологические показатели оборудования.
При сжигании природного газа (метан CH₄) протекает следующая химическая реакция:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
Теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания 1 м³ природного газа, составляет приблизительно 9,52 м³. Однако на практике всегда используется воздух в количестве, превышающем теоретически необходимое.
Практическая формула расчета
Для инженерных расчетов применяется упрощенная формула, дающая погрешность не более 2-3%:
Vг = Vт × [V₀ + (α — 1) × L₀] × (Tг + 273) / 273
где:
- Vг — объем дымовых газов, м³/ч
- Vт — расход топливного газа, м³/ч
- α — коэффициент избытка воздуха
- V₀ — теоретический объем продуктов сгорания, м³/м³ (для природного газа ≈ 10,7)
- L₀ — теоретический расход воздуха, м³/м³ (для природного газа ≈ 8,56)
- Tг — температура дымовых газов, °C
Определение коэффициента избытка воздуха
Коэффициент избытка воздуха α определяется по формуле:
α = 21 / (21 — O₂)
где O₂ — объемная доля кислорода в сухих дымовых газах, %.
Таблица 1. Типовые значения коэффициента избытка воздуха
| Тип горелки | α | O₂, % |
|---|---|---|
| Атмосферная | 1,05-1,10 | 1,0-2,0 |
| Вентиляторная | 1,10-1,15 | 2,0-3,0 |
| Специальные низкоэмиссионные | 1,02-1,05 | 0,5-1,0 |
Практические рекомендации
-
Для котлов малой мощности (до 1 МВт) можно использовать упрощенную формулу:
Vг ≈ Vт × 12 × (Tг + 273) / 273 -
При проектировании газоходов рекомендуется закладывать запас 10-15% на возможные колебания расхода и температуры.
-
Для рекуперативных установок расчет объема дымовых газов необходимо выполнять отдельно для горячей и холодной зон теплообменника.
Погрешности расчета
Основные источники погрешности:
-
Изменение состава природного газа (±1,5%)
-
Неравномерность распределения воздуха по горелкам (±2%)
-
Погрешность измерения температуры (±0,5-1,0%)
Суммарная погрешность расчета не превышает 3-4%, что является приемлемым для инженерных расчетов.
Представленная методика позволяет быстро и с достаточной точностью определить объем дымовых газов, что необходимо для проектирования и эксплуатации теплоэнергетического оборудования. Автоматизация расчета в табличных процессорах значительно упрощает процесс проектирования и оптимизации тепловых схем.
