Теплотворность является одним из самых важных параметров, характеризующих любой вид топлива. В данной статье автор пытается определить оптимальную теплоту сгорания топлива для использования на газотурбинных электростанциях.
Ключевые слова: теплотворность, газотурбинная электростанция (ГТЕС).
Газотурбинная электростанция— современная высокотехнологичная установка, генерирующая электричество и тепловую энергию [1].
В таблицах 1 и 2 представлены данные о составе попутного нефтяного газа на Вынгапуровском месторождении при определённых значениях температуры и давления.
Таблица 1
|
Компоненты |
Вынгапуровское |
Р=0,8 МПа Т=20⁰С |
Р=0,8МПа Т=25⁰С |
Р=0,8 МПа Т=30 ⁰С |
Р=0,8 МПа Т=35⁰С |
Р=0,8 МПа Т=40⁰С |
|
N2 |
0,04 |
0,0085 |
0,0083 |
0,0081 |
0,0078 |
0,0076 |
|
СО2 |
0,34 |
0,0010 |
0,0010 |
0,0009 |
0,0009 |
0,0009 |
|
CH4 |
27,75 |
0,6761 |
0,6594 |
0,6424 |
0,6249 |
0,6070 |
|
C2H6 |
6,8 |
0,1302 |
0,1301 |
0,1296 |
0,1287 |
0,1274 |
|
C3H8 |
11,82 |
0,1200 |
0,1282 |
0,1360 |
0,1434 |
0,1502 |
|
и — C4H10 |
3,14 |
0,0192 |
0,0212 |
0,0232 |
0,0252 |
0,0273 |
|
н — C4H10 |
5,71 |
0,0266 |
0,0297 |
0,0330 |
0,0366 |
0,0403 |
|
и — C5H12 |
2,27 |
0,0033 |
0,0039 |
0,0045 |
0,0053 |
0,0061 |
|
н — C5H12 |
2,57 |
0,0028 |
0,0033 |
0,0039 |
0,0046 |
0,0054 |
|
С6+ |
39,56 |
0,0127 |
0,0155 |
0,0189 |
0,0231 |
0,0283 |
|
Молекулярная масса |
91 |
24,53 |
25,22 |
25,96 |
26,76 |
27,63 |
|
Плотность |
817,4 |
N'= 38,943 |
N'= 40,11 |
N'=41,36 |
N'=42,689 |
N'=44,12 |
|
Метановое число |
- |
49,20 |
47,90 |
46,6 |
45,1 |
43,6 |
|
Газовый фактор |
200 |
0,0647 |
0,0736 |
0,0836 |
0,0948 |
0,1075 |
Таблица 2
|
Компоненты |
Вынгапуровское |
Р=0,7 МПа Т=20⁰С |
Р=0,7 МПа Т=25⁰С |
Р=0,7МПа Т=30⁰С |
Р=0,7МПа Т=35⁰С |
Р=0,7МПа Т=40⁰С |
|
N2 |
0,04 |
0,0082 |
0,0080 |
0,0078 |
0,0076 |
0,0073 |
|
СО2 |
0,34 |
0,0009 |
0,0009 |
0,0009 |
0,0009 |
0,0009 |
|
CH4 |
27,75 |
0,6571 |
0,6403 |
0,6232 |
0,6057 |
0,5879 |
|
C2H6 |
6,8 |
0,1313 |
0,1307 |
0,1297 |
0,1284 |
0,1267 |
|
C3H8 |
11,82 |
0,1295 |
0,1373 |
0,1446 |
0,1513 |
0,1572 |
|
и — C4H10 |
3,14 |
0,0214 |
0,0234 |
0,0255 |
0,0276 |
0,0297 |
|
н — C4H10 |
5,71 |
0,0300 |
0,0333 |
0,0369 |
0,0406 |
0,0444 |
|
и — C5H12 |
2,27 |
0,0038 |
0,0045 |
0,0052 |
0,0061 |
0,0070 |
|
н — C5H12 |
2,57 |
0,0032 |
0,0038 |
0,0045 |
0,0053 |
0,0063 |
|
С6+ |
39,56 |
0,0149 |
0,0181 |
0,0222 |
0,0271 |
0,0331 |
|
Молекулярная масса |
91 |
25,24 |
25,97 |
26,76 |
27,61 |
28,52 |
|
Плотность |
817,4 |
N'=40,44 |
N'= 41,658 |
N'= 42,959 |
N'= 44,35 |
N'= 45,841 |
|
Метановое число |
- |
47,9 |
46,2 |
45,1 |
43,6 |
42,1 |
|
Газовый фактор |
200 |
0,0734 |
0,0832 |
0,0943 |
0,1067 |
0,1205 |
Теплотворность — это способность давать тепло. Она делится на 2 вида: высшая и низшая.
Высшая теплотворная способность — количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива.
Низшая теплотворная способность — количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива без конденсации водяного пара [2]. Для расчёта теплотворности, были использованы формулы (1) и (2).
Для расчёта низшей теплоты сгорания сухого газа используют формулу
QнC=4,186(30,2CO2+85,5CH4+152,3C2H6+218C3H8+283,4C4H10+348,9C5H12) (1)
Пример расчета по формуле 1:
QнC=4,186(30,2*44*0,0009+85,5*16*0,5879+152,3*30*0,1267+218*44*0,1572+283,4*2*58*(0,0297+0,0444)+348,9*2*72*(0,0070+0,0063))=18777,7632кДж/м³
Для расчёта высшей теплоты сгорания сухого газа используют формулу (2):
QBC=4,186(30,2CO2+95CH4+166C2H6+236,9C3H8+307C4H10+377,2C5H12) (2) [3]
Пример расчёта по формуле (2):
QBC=4,186(30,2*44*0,0009+95*16*0,5879+166*30*0,1267+236,9*44*0,1572+307*2*58*(0,0297+0,0444)+377,2*2*72*(0,0070+0,0063))=20479,1532 кДж/м ³
Далее необходимо рассчитать молекулярную массу газов, показатели которых присутствуют в формулах (1) и (2). Для проведения расчётов используем формулу (3).
(3)
По определенным значениям давления и температуры определяют плотность газа по формуле Мендлеева-Клайперона (4).
(4)
Результаты расчетов по формулам (3) и (4) представлены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3
|
Р=0,8 МПа Т=20⁰С |
Р=0,8МПа Т=25⁰С |
Р=0,8МПа Т=30⁰С |
Р=0,8МПа Т=35⁰С |
Р=0,8МПа Т=40⁰С |
|
|
Средняя плотность кг/м3 |
8,91812174 |
9,06723612 |
9,22927905 |
9,40304225 |
9,58695701 |
|
Средняя молекулярная масса гр |
26,800099 |
27,713193 |
28,681759 |
29,703969 |
30,77659 |
Таблица 4
|
Р=0,7 МПа Т=20⁰С |
Р=0,7МПа Т=25⁰С |
Р=0,7МПа Т=30⁰С |
Р=0,7МПа Т=35⁰С |
Р=0,7МПа Т=40⁰С |
|
|
Средняя плотность кг/м3 |
8,096252 |
8,235566 |
8,384706 |
8,542361 |
8,707112 |
|
Средняя молекулярная масса гр |
27,80603 |
28,76716 |
29,77953 |
30,84011 |
31,94522 |
Далее необходимо сделать перевод кДж/м3 в кДж/кг. Результаты перевода представлены в таблице 5.
Таблица 5
|
Теплота сгорания сухога газа,высшая. |
Теплота сгорания сухога газа,низшая. |
|||
|
кДж/м ³ |
кДж/кг |
кДж/м ³ |
кДж/кг |
|
|
Р=0,8МПа, Т=20⁰С |
20479,15 |
2296,35 |
18777,76 |
2105,57 |
|
Р=0,8МПа, Т=25⁰С |
21716,60 |
2395,06 |
19921,90 |
2395,00 |
|
Р=0,8МПа, Т=30⁰С |
23019,10 |
2494,10 |
21126,50 |
2289,00 |
|
Р=0,8МПа, Т=35⁰С |
24378,00 |
2592,60 |
22383,30 |
2380,40 |
|
Р=0,8МПа, Т=40⁰С |
25781,8 |
2689,3 |
23681,7 |
2470,2 |
|
Р=0,7МПа, Т=20⁰С |
21848,00 |
2698,50 |
20043,30 |
2475,60 |
|
Р=0,7МПа, Т=25⁰С |
23144,00 |
2810,30 |
21241,97 |
2579,30 |
|
Р=0,7МПа, Т=30⁰С |
24495,10 |
2921,40 |
22491,20 |
2682,40 |
|
Р=0,7МПа, Т=35⁰С |
25888,65 |
3030,62 |
23780,20 |
2783,80 |
|
Р=0,7МПа, Т=40⁰С |
27310,42 |
3136,60 |
25095,53 |
2882,20 |
Для большей наглядности полученных данных был построен график, представленный на рисунке 1.
Рис. 1. Зависимость теплопроводности от давления и температуры
Вывод для газотурбинный электростанций оптимальная услови чем болше температура и чем меньше давления тем выше теплотвороности самая оптимальная условия 0,7 МПа и 40⁰С. Значение теплотворности прямо пропорционально температуре и обратно пропорционально давлению.
Литература:
- Электронный ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki/Газотурбинная_электростанция
- Электронный ресурс: https://tehtab.ru/guide/guidephysics/guidephysics heatandtemperature/comnustionenergy/fuelshighercaloricvalues/
- М. Ш. Исламов «Печи химической промышленности» — 1975- с. 18
