Расход воздуха на горение топлива

Расход воздуха подразделяется на теоретический и действительный.

Теоретический расход воздуха на горение топлива определяется через расход кислорода на окисление 1 кмоля каждого горючего элемента. Например, на окисление 12кг углерода требуется 32кг кислорода (см. уравнение 4.4.). Таким образом на горение 1кг углерода требуется 8/3 кг кислорода. Так как массовая доля кислорода в воздухе равна 0,232, а плотность воздуха при нормальных условиях составляет 1,29 кг/м ³, то для сжигания 1 кг углерода требуется: 8/3 кг кислорода: 0,232 = 11,5 кг кислорода или 11,5: 1,29 = 8,9 м ³ воздуха с температурой 0 ⁰С и давлением 101,3 кПа.

Объемный расход воздуха, рассчитанный по реакциям окисления углерода, водорода и серы с учетом их содержания в 1 кг топлива, называется теоретически необходимым расходом и обозначается как V ⁰ м³ / кг

В зависимости от вида топлива теоретический расход воздуха, примерно, равен: для твердого топлива – 6 ÷ 8 м³/кг, для жидкого - 10 м³/кг и для газообразного 7,5÷ 10,5 м³/м³.

Действительный расход воздуха и коэффициент избытка воздуха Теоретический расход воздуха достаточен для полного сгорания топлива только при условии создания идеальной горючей газовой смеси, состоящей из отдельных молекул, и при условии, когда каждая молекула горючих элементов имеет возможность прореагировать с кислородом воздуха. Поэтому в реальных условиях для обеспечения полногосгорания 1 кг топлива воздуха подается больше, в количестве равном:

V_Д = aV ⁰ м³ / кг, (4.7)

где V_Д – действительный расход воздуха, м³ / кг;

a – коэффициент избытка воздуха, который равен отношению действительного расхода воздуха к теоретически необходимому. Его значение зависит от вида топлива, метода его сжигания, конструкции топочного устройства и колеблется в пределах 1,05 – 1,6. Чем благоприятнее условия смешения топлива с воздухом, тем меньше величина коэффициента избытка воздуха a. Например, природный газ, состоящий из отдельных молекул, легко смешивается с воздухом и имеет минимальное значение a, равное 1,03÷1,1. Для жидкого топлива, которое распыляется на мелкие капли, a =1,1÷1,2. При сжигании кускового твердого топлива a = 1,3 ÷ 1,6.

Подавляющее большинство котлов работает с разрежением в топке 20 – 40 Па, что необходимо для предотвращения выброса горячих газов из котла, а следовательно, для защиты персонала от ожогов. Поэтому через неплотности в обмуровке и гарнитуре холодный воздух присасывается в котел, ухудшает горение и теплообмен, увеличивает объем газов, перегружает дымосос и ухудшает тягу.

Присосы выражаются в долях от теоретического расхода воздуха и нормируются для отдельных газоходов котла величинами в пределах 0,05 – 0,1. Вследствие присосов коэффициент избытка воздуха на выходе из котла увеличивается на 0,2 – 0,3 и более.

В реакциях горения расходуется теоретическое количество кислорода, а его избыток DV_О2 переходит в продукты сгорания. Избыточный расход кислорода и избыточный расход воздуха DV_В можно определить по формуле:

DV_О2 = 0,21DV_В = 0,21(a - 1) V ⁰ м³ / кг (4.8)