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 С^р/100 кг углерода, Н^р/100 кг водорода, S_л^р/100 кг летучей серы и О^р/100 кг кислорода. Тогда для горения 1 кг топлива суммарный расход кислорода будет равен:М^о_О2 = (8/3С^р + 8Н^р + S_л^р - О^р) / 100. (16.6)Так как массовая доля кислорода в воздухе равна 0,232, то массовое количество воздуха определяется по формуле:

М^о = (8/3С^р + 8Н^р + S_л^р - О^р) / 100 · 100/23,2.

М^о = 0,115 С^р + 0,345 Н^р + 0,043(S_л^р - О^р). (16.7)

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

V^о = М^о / с_о= М^о / 1,293 м³ /кг.

V^о = 0,0889 (С^р + 0,3755S_л^р ) + 0,265 Н^р – 0,033О^р. (16.8)

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

Н₂+0,5О₂=Н₂О; СО+0,5О₂=СО₂; СН₄+2О₂=СО₂+2Н₂О; Н₂S+1,5О₂=SО₂+Н₂О.

Теоретическое количество воздуха (м³/м³), необходимого для сжигания газа, определяют по формуле:

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

Количество воздуха V^о, рассчитываемого по формулам (16.8) и (16.9), называется теоретически необходимым. То есть V^о 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 V^о. Отношение действительного количества воздуха (V_д), подаваемого в топку, к теоретически необходимому количеству называется коэффициентом избытка воздуха:

a = V_д / V^о . (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 V_г (м³/кг) представляет собой сумму объемов сухих газов V_с.г. и водяных паров V_Н2О:

V_г = V_с.г. + V_Н2О , (16.11)

при этом V_с.г. = V_RO2 + V_N2 + V_O2 ,

где V_R2O = V_CO2 + V_SO2 - объем трехатомных газов, м³/кг;

V_N2 + V_O2 - объем двухатомных газов, м³/кг.

1.При a_т = 1

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

а). объем двухатомных газов:

V_N2 = 0,79V + 0,8N/100; (16.12)

б). объем трехатомных газов:

V_RO2 = 0,0187(С^р + 0,375 S^р_л); (16.13)

в). объем сухих газов:

V_с.г. = V_RO2 + V_N2 =

= 0,0187 (С^р + 0,3753 S^р_л) + 0,79V + 0,8N/100; (16.14)

г). объем водяных паров:

V_Н2О = 0,0124(9Н^р + W^р) + 0,0161V ; (16.15)

д). полный объем продуктов сгорания:

V_г = V_с.г. + V_Н2О = 0,0187 (С^р + 0,3753 S^р_л) + 0,79V + 0,8N/100 +0,0124(9Н^р + W^р) + 0,0161V ; (16.16)

2. Для сланцев объем трехатомных газов определяется по формуле:

V_RO2К = V_RO2 + [0,509(СО₂)^р_к / 100] К = 0,0187(С^р + 0,375 S^р_л) [0,509(СО₂)^р_к / 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 (м³/м³) определяются по формулам:

а). объем двухатомных газов

V_N2 = 0,79 V + N₂ / 100; (16.18)

б). объем трехатомных газов

V_RO2 = 0,01[СO₂ + СО + Н₂S + SmC_mH_n]; (16.19)

в). объем сухих газов:

V_с.г. = V_RO2 + V_N2; (16.20)

г). объем водяных паров

V_H2O = 0,01[Н₂S + Н₂ + S(n/2)C_mH_n + 0,124d_г + 0,0161V , (16.21) где d_г - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м³ сухого газа, г/м³;

д). полный объем продуктов сгорания

V_г = V_с.г. + V_Н2О . (16.22)

Б. При a_т=1

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

а). объем сухих газов:

V_с.г. = V_с.г. + (a_т - 1)V= V_RO2 + V_N2 + (a_т - 1)V; (16.23)

б).объем водяных паров:

V_H2O = V_H2O + 0,0161(a_т - 1)V; (16.24)

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

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

V_г.к.=V_RO2к+V_N2+V_H2O=V_RO2к+V_N2+0,0124(9Н^р+W^р)+0,0161a_тV_.(16.25)

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

СО₂ = (V_CO2 / V_с.г.); (16.26)

S₂O = (V_SO2 / V_с.г.); (16.27)

RO₂ = (V_RO2 / V_с.г.). (16.28)

Максимальное содержание (%) трехатомных газов RO₂^max в сухих газах при полном сгорании топлива:

RO₂^max = 21 / (1 + b), (16.29)

b - характеристика топлива;

для твердого и жидкого:

b = 2,35 (Н^р - 0,126О^р + 0,04N^р) / (С^р + 0,375S^р_л); (16.30)

для газообразного:

b = 0,21 (0,01N₂ + 0,79V) / V_RO2 - 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):

М_г = 1 - 0,01А^р + 1,306a_тV; (16.34)

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

М_г = r^с_г.т. + 0,001d _г.т. + 1.306a_тV, (16.35)

r^с_г.т. - плотность сухого газа, кг/м³ ; d _г.т. - содержание влаги в топливе, кг/м³;

в). для сланцев (кг/кг):

М_г.к. = 1- 0,01А^р_к + 1,306a_тV + 0,01(СО₂) ^р_кК, (16.36)

где А^р_к - 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:

А^р_к = А^р +(1 - К) (СО₂) ^р_к. (16.37)

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

h_зл = А^р а_ун / (100 М_г), (16.38)

где а_ун - доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания.

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

a_т = 21 / (21 - 79 O₂ / N₂), (16.39)

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