double arrow

Количество продуктов сгорания топлива

Определение теоретического и действительного расхода воздуха на горение топлива

Горючие вещества топлива взаимодействуют с кислородом воздуха в определенном количественном соотношении. Расход кислорода и количество получающихся продуктов сгорания рассчитывают по стехиометрическим уравнениям горения, которые записывают для 1 кмоля каждой горючей составляющей.

Стехиометрические уравнения горения горючих составляющих твердого и жидкого топлива имеют вид:углерода С + О2 = СО2:

12кг С + 32кг О2 = 44кг СО2 ;

1кг С + (32/12)кг О2 = (44/12)кг СО2 ; (16.3)

водорода 2Н2 + О2 = 2Н2О :

4кг Н2 + 32кг О2 = 36кг Н2О ;

1кг Н2 + 8кг О2 = 9кг Н2О . (16.4)

серы S + O2 = SO2 :

32кг S + 32кг O2 = 64кг SO2 ;

1кг S + 1кг O2 = 2кг SO2 ; (16.5)Для горения 1 кг углерода, водорода и серы необходимо соответственно 8/3, 8 и 1 кг кислорода. В топливе находится Ср/100 кг углерода, Нр/100 кг водорода, Sлр/100 кг летучей серы и Ор/100 кг кислорода. Тогда для горения 1 кг топлива суммарный расход кислорода будет равен:МоО2 = (8/3Ср + 8Нр + Sлр - Ор ) / 100 . (16.6)Так как массовая доля кислорода в воздухе равна 0,232, то массовое количество воздуха определяется по формуле:

Мо = (8/3Ср + 8Нр + Sлр - Ор ) / 100 · 100/23,2 .

Мо = 0,115 Ср + 0,345 Нр + 0,043(Sлр - Ор ) . (16.7)

При нормальных условиях плотность воздуха rо= 1,293кг/м3. Тогда объемное количество воздуха, необходимого для горения 1кг топлива можно рассчитать по следующей формуле:

Vо = Мо / со= Мо / 1,293 м3 /кг.

Vо = 0,0889 (Ср + 0,3755Sлр ) + 0,265 Нр – 0,033Ор . (16.8)

Для газообразного топлива расход необходимого воздуха Vо определяют из объемных долей горючих компонентов газа с использованием стехиометрических реакций:

Н2+0,5О22О; СО+0,5О2=СО2; СН4+2О2=СО2+2Н2О; Н2S+1,5О2=SО22О.

Теоретическое количество воздуха (м33), необходимого для сжигания газа, определяют по формуле:

Vо=0,0476[0,5СО+0,5Н2+2СН4+1,5Н2S+S(m+n/4)CmHn-O2].(16.9)

Количество воздуха Vо, рассчитываемого по формулам (16.8) и (16.9), называется теоретически необходимым. То есть Vо представляет собой минимальное количество воздуха, необходимое для обеспечения полного сгорания 1 кг (1м3) топлива при условии, что при горении используется весь содержащийся в топливе и подаваемый вместе с воздухом кислород.

В реальных условиях из-за технических трудностей ощущается местный недостаток или избыток окислителя (воздуха), в результате ухудшается полное горение топлива. Поэтому воздух подается в большем количестве по сравнению с его теоретическим количеством Vо. Отношение действительного количества воздуха (Vд), подаваемого в топку, к теоретически необходимому количеству называется коэффициентом избытка воздуха:

a = Vд / Vо . (16.10)

При полном сгорании топлива продукты сгорания содержат газы: СО2, S2O, N2, О2 и пары воды Н2О, т. е. СО2 + S2O + N2 + О2 + Н2О = 100 %. Полный объем продуктов сгорания Vг3/кг) представляет собой сумму объемов сухих газов Vс.г. и водяных паров VН2О :

Vг = Vс.г. + VН2О , (16.11)

при этом Vс.г. = VRO2 + VN2 + VO2 ,

где VR2O = VCO2 + VSO2 - объем трехатомных газов, м3/кг ;

VN2 + VO2 - объем двухатомных газов, м3/кг.

1.При aт = 1

1. Для твердых (кроме сланцев) и жидких топлив теоретические объемы (м3/кг) продуктов полного сгорания определяются по формулам:

а). объем двухатомных газов :

VN2 = 0,79V + 0,8N/100 ; (16.12)

б). объем трехатомных газов :

VRO2 = 0,0187(Ср + 0,375 Sрл) ; (16.13)

в). объем сухих газов :

Vс.г. = VRO2 + VN2 =

= 0,0187 (Ср + 0,3753 Sрл) + 0,79V + 0,8N/100; (16.14)

г). объем водяных паров :

VН2О = 0,0124(9Нр + Wр) + 0,0161V ; (16.15)

д). полный объем продуктов сгорания :

Vг = Vс.г. + VН2О = 0,0187 (Ср + 0,3753 Sрл) + 0,79V + 0,8N/100 +0,0124(9Нр + Wр) + 0,0161V ; (16.16)

2. Для сланцев объем трехатомных газов определяется по формуле :

VRO2К = VRO2 + [0,509(СО2)рк / 100] К = 0,0187(Ср + 0,375 Sрл) [0,509(СО2)рк / 100] К , (16.17)

где К - коэффициент разложения карбонатов:

при слоевом сжигании К= 0,7 ;

при камерном- 1,0 .

3. Для газообразного топлива теоретические объемы продуктов сгорания (м33) определяются по формулам:

а). объем двухатомных газов

VN2 = 0,79 V + N2 / 100 ; (16.18)

б). объем трехатомных газов

VRO2 = 0,01[СO2 + СО + Н2S + SmCmHn] ; (16.19)

в). объем сухих газов :

Vс.г. = VRO2 + VN2 ; (16.20)

г). объем водяных паров

VH2O = 0,01[Н2S + Н2 + S(n/2)CmHn + 0,124dг + 0,0161V , (16.21) где dг - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, г/м3;

д). полный объем продуктов сгорания

Vг = Vс.г. + VН2О . (16.22)

Б.При aт=1

Для твердых (кроме сланцев), жидких к газообразных топлив объемы продуктов полного сгорания (мД/кг) определяются по формулам:

а). объем сухих газов :

Vс.г. = Vс.г. + (aт - 1)V= VRO2 + VN2 + (aт - 1)V; (16.23)

б).объем водяных паров :

VH2O = VH2O + 0,0161(aт - 1)V ; (16.24)

в). полный объем продуктов сгорания определяется по (3.31).

Для сланцев полный объем продуктов сгорания (м3/кг) :

Vг.к.=VRO2к+VN2+VH2O=VRO2к+VN2+0,0124(9Нр+Wр)+0,0161aтV.(16.25)

Содержание СО2, S2O и RO2 в сухих газах при полном сгорании топлива определяется по формулам:

СО2 = (VCO2 / Vс.г.) ; (16.26)

S2O = (VSO2 / Vс.г.) ; (16.27)

RO2 = (VRO2 / Vс.г.) . (16.28)

Максимальное содержание (%) трехатомных газов RO2max в сухих газах при полном сгорании топлива:

RO2max = 21 / (1 + b), (16.29)

b - характеристика топлива;

для твердого и жидкого :

b = 2,35 (Нр - 0,126Ор + 0,04Nр) / (Ср + 0,375Sрл) ; (16.30)

для газообразного :

b = 0,21 (0,01N2 + 0,79V) / VRO2 - 0,79 . (16.31)

Содержание (%) азота N2, и кислорода, в сухих газах и полном сгорании топлива:

N2 = 100 - RO2 - O2 ; (16.32)

O2 = 21 - bRO2 - RO2 . (16.33)

Масса продуктов сгорания.

а). Для твердого (кроме сланцев) и жидкого топлива (кг/кг) :

Мг = 1 - 0,01Ар + 1,306aтV ; (16.34)

б). для газообразного топлива (кг/м3) :

Мг = rсг.т. + 0,001d г.т. + 1.306aтV , (16.35)

rсг.т. - плотность сухого газа, кг/м3 ; d г.т. - содержание влаги в топливе, кг/м3 ;

в). для сланцев (кг/кг):

Мг.к. = 1- 0,01Арк + 1,306aтV + 0,01(СО2) ркК , (16.36)

где Арк - расчетное содержание золы в топливе с учетом неразложившихся карбонатов, %, К - коэффициент разложения карбонатов: при слоевом сжигании К == 0,7, при камерном - 1,0.

Расчетное содержание (%) золы в топливе с учетом неразложившихся карбонатов:

Арк = Ар +(1 - К) (СО2) рк . (16.37)

Для твердых топлив концентрация золы в продуктах сгорания определяется по формуле:

hзл = Ар аун / (100 Мг) , (16.38)

где аун - доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания.

Коэффициент избытка воздуха в топке. При полном сгорании топлива коэффициент избытка воздуха в топке определяется по формуле:

aт = 21 / (21 - 79 O2 / N2) , (16.39)

где O2 и N2 - содержание кислорода и азота в газах, (%).


Сейчас читают про: