Материал: 2293

насадки = 0,768 м3/м3 ; удельная поверхность S0 = 1156 м2/м3 ; удельная теплоемкость с = 0,16 кДж/(кг·К).

Тепловая нагрузка на регенератор

Q = G cP T,

где G – расход газа; сР – теплоемкость газа. Средняя скорость газа

CP G / 0,785DP2 ,

где DР – диаметр регенератора (диаметр регенератора подбирается по заводской характеристике выпускаемых регенераторов); р – плотность газа.

Критерий Нуссельта

Nu Re0,007b/dПР 0,65 .

100,024b/dПР 0,6

Критерий Рейнольдса

Re CPdПР .

Коэффициент теплоотдачи от газа к насадке и наоборот

Nu Ж .

dПР

Коэффициент теплопередачи

k0 /2.

Действительный коэффициент теплопередачи

k 0,8 k0.

Теплопередающая поверхность регенератора

F Q/ tk ,

где t – недорекуперация, обычно принимается t = 4 0С.

65

4. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССОВ РАСШИРЕНИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА В ТУРБОДЕТАНДЕРЕ

4.1.Компонентный состав ПСТ и его теплофизические свойства

Втеплохладоэнергетическом агрегате источником получения твердого СО2 являются продукты сгорания топлива (ПСТ). Компонентный состав ПСТ обусловлен химическим составом сжигаемого топлива, составом топливной смеси, температурой и давлением, которые, в свою очередь, определяют условия тепло- и массообмена в процессе кристаллизации СО2 . При всем разнообразии свойств, различных по составу топлива, горючая масса включает в основном три элемента: углерод, водород и кислород. От соотношения этих элементов в горючей массе зависит состав ПСТ. В табл.

4.1приведен массовый состав некоторых видов топлива [17].

Если горение топлива осуществляется в атмосферном воздухе, содержащем по объему 21 % кислорода и 79 % азота (включая аргон и ряд других незначительных примесей), то объемный состав продуктов сгорания безводных и беззольных жидких и таких же твердых топлив может быть рассчитан по следующим формулам [17]:

здесь rC', rН' , rO' и rN' – содержание СО2 , водяных паров, кислорода и азота

в ПСТ; a коэффициент избытка воздуха, характеризующий отношение общего объема воздуха, участвующего в процессе горения, к общему необходимому для окисления сжигаемому топливу; коэффициент,

1 3 H 0,125 O S /C,

где С, Н, О и S – соответственно массовые доли углерода, водорода, кислорода и серы в топливе.

66

Массовая концентрация i-го компонента рабочего вещества может быть определена через объемную концентрацию по соотношению

а объемную концентрацию можно определить через массовую по формуле

В последних соотношениях i и CМ – молекулярная масса i-го компонента и смеси.

На рис. 4.1 приведен компонентный состав ПСТ, полученный при сжигании топлива с массовым составом по углероду С = 0,86 и водороду Н = 0,14. Анализ зависимостей показывает, что ПСТ содержат по массе от 0,017 до 0,0805 водяных паров в зависимости от коэффициента избытка

Отклонение газовой постоянной ПСТ RПСТ 8314,41/ ПСТ от газовой постоянной сухого воздуха

67

для a = 1 составило 0,06 %, а для a = 5 – 0,01 % .

Отклонение показателя адиабаты ПСТ кПСТ от показателя адиабаты су-

хого воздуха к = 1,408 для a = 1 составило 1,75 % , а для a = 5 – 0,39 % .

На рис. 4.2 представлена зависимость влагосодержания продуктов сго-

где GH – масса водяного пара, содержащаяся в рассматриваемом объеме;

GC ПСТ – масса сухих ПСТ. Анализ показывает, что влагосодержание ПСТ

зависит от коэффициента a. Влагосодержание dПСТ = 0,0876 кг/кг сухих

ПСТ при a = 1 и dПСТ = 0,017 кг/кг сухих ПСТ при a= 5.

В области давлений и температур ниже температуры тройной точки СО2 количество водяных паров в ПСТ ничтожно мало. Следовательно, объемный состав рабочего вещества может быть определен как

где rС, rO, rN – объемная концентрация СО2 , кислорода и азота.

При известном составе сжигаемого топлива и концентрации rС коэффициент a может быть определен следующим выражением:

Для углеводородного топлива при известной массовой концентрации

На рис. 4.3 приведен компонентный состав продуктов сгорания для различного сжигаемого топлива. Анализ зависимостей показывает, что рабочее вещество турбодетандера во многом определяется составом сжигаемого топлива и массовой концентрацией gC диоксида углерода. Максимально возможная концентрация СО2 , которая может быть получена при сжигании природного газа с a = 1, составляет 0,173, керосина – 0,219, ка-

68

менного угля – 0,270. Здесь же показан состав искусственной смеси воздуха и СО2 , определяемой соотношением

В дальнейшем при рассмотрении процесса расширения в турбодетандере в качестве исходного рабочего вещества используются ПСТ, полученные при сжигании топлива с массовым составом по углероду С = 0,86 и водороду Н = 0,14. Данный состав характерен для широкого круга углеводородных топлив, применяемых в теплоэнергетике. Это керосин, бензин, мазут топочный, дизельное топливо и др.

На рис. 4.4 показано изменение массовой концентрации компонентов рабочего вещества на входе в детандер в зависимости от коэффициента a. Приведенные данные свидетельствуют о том, что концентрация gC в ПСТ с уменьшением коэффициента a возрастает и достигает своего максимального значения ( gC = 0,219 при a= 1). Массовая концентрация азота gN остается практически постоянной во всем диапазоне a, кислорода gO

с уменьшением a снижается, и при a = 1 концентрация gO = 0. В этом случае весь кислород воздуха участвует в процессе окисления топлива.

69