2015-03-20
914
Расход кислорода и количество образующихся продуктов сгорания определяются из стехиометрических уравнений горения, записанных для одного моля каждого горючего составляющего. Относя эти уравнения к 1 кг горючего и выразив газообразные вещества в объемных единицах, получим количество кислорода и выход продуктов сгорания (в предположении полного сгорания топлива – углерод сгорает с образованием СО2) на 1 кг каждой составляющей горючей массы топлива в м3 при давлении 0,1013 МПа (760 мм рт. ст.) и 0оС.
Для углерода: С + О2 = СО2,
12,01 кг С + 32 кг О2 = 44,01 кг СО2;
1 кг С +1,866 м3 О2 = 1,866 м3 СО2.
Для серы: S + О2 = SО2 ,
32,06 кг S + 32 кг О2 =64,06 кг SО2;
1 кг S + 0,7 м3 О2 = 0,7 м3 SО2.
Для водорода: 2Н2 + О2 = 2Н2О,
4,032 кг Н2 + 32 кг О2 = 36,032 кг Н2О;
1 кг Н2 + 5,55 м3 О2 = 11,1 м3 Н2О.
Суммируя затраты кислорода на сжигание горючих элементов, содержащихся в 1 кг топлива, и вычитая количество кислорода топлива, получим теоретически необходимый объем кислорода для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива Vо2о, м3/кг:
Vо2о = 0,01(1,866Ср + 5,55Нр + 0,7Sр(ор+п) – 0,7Ор).
|
|
|
В воздухе содержится кислорода примерно 21% по объему. Поэтому объем воздуха, теоретически необходимый для полного сжигания 1 кг топлива V0, м3/кг, составляет:
V0 = Vо2/0,21 = 0,0889 (Ср + 0,375 Sор+п) +0,265Нр – 0,0333Ор.
Теоретический выход продуктов сгорания 1 кг твердого и жидкого топлива (1 м3 газообразного топлива), м3/кг (м3/м3),
Vго = Vсо2 + Vsо2 + VN2о + Vн2о0.
Для упрощения теплотехнических расчетов с учетом того, что Vsо2 значительно меньше Vcо2, выход сухих трехатомных газов суммируют:
VRО2 = Vсо2 + Vsо2,
а их физические параметры принимают по характеристикам диоксида углерода СО2 (теплоемкости, теплопроводности, плотности).
При расчете выхода продуктов сгорания в случае сжигания твердого и жидкого топлив используют следующие формулы:
выход сухих трехатомных газов, м3/кг,
VRО2 = 0,01866 (Ср + 0,375Sр + ор);
теоретический выход азота, м3/кг,
VN20 = 0,008Nр + 0,79V0;
теоретический выход водяных паров, м3/кг,
VН2О0 = 0,111Нр + 0,0124Wр + 0,00124dвVо + 1,24 Gф,
где dв – содержание влаги в воздухе, г/м3, обычно принимаемое равным 13 г/м3;
Gф – удельный расход пара на распыление жидкого топлива (от 0,03 до 1 кг/кг в зависимости от типа форсунки).
Расхода воздуха и выход продуктов сгорания при сжигании газообразного топлива также рассчитываются по стехиометрическим уравнениям сгорания отдельных горючих составляющих:
теоретический расход сухого воздуха, м3/м3,
V0 = 0,0476 [0,5СО + 0,5Н2 + 1,5Н2S + ∑(m + n/4)CmHn – О2];
V7 = 0,01(СО2 + СО + Н2S + ∑mCmHn);
VN20 = 0,01(N2 + 79V0);
VН2О0 = 0,01(Н2 + Н2S + ∑0,5nCmHn) + 0,00124dг + 0,0161V0,
где dг – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа (при t = 10оС принимают dг = 10 г/м3).
Теоретический объем воздуха, необходимого для горения, и теоретический объем продуктов горения для газов, входящих в состав газообразного топлива, приведены в таблице 1,2.
|
|
|
В процессе горения по мере расходования топлива и кислорода и уменьшения их действующих концентраций выгорание все более замедляется. Кроме того, в топливосжигающих устройствах условия реагирования ухудшаются также из-за недостаточно совершенного перемешивания вступающих в процесс горения воздуха и топлива. Поэтому воздух для горения подают больше его теоретически необходимого количества. Исключение составляют отдельные технологические процессы, при которых воздуха подают меньше необходимого, так как необходимо создание в нагревательных камерах нейтральной или малоокислительной среды.
Отношение объема воздуха, действительно поступившего в топливосжигающее устройство Vв, к теоретически необходимому объему называют коэффициентом избытка воздуха:
α = Vв/V0.
При проектировании топливосжигающих устройств величину α выбирают в зависимости от вида сжигаемого топлива. Так при сжигании твердого топлива минимальное значение α = 1,2 – 1,25, а для природных газов и мазута – α =1,05. На действующих топках, печах или камерах сгорания балансовыми испытаниями при различных нагрузках определяется оптимальное значение α, при котором суммарная величина потерь тепла от механической и химической неполноты сгорания топлива и потерь тепла с уходящими газами окажется минимальной.
На практике коэффициент избытка воздуха определяют по данным газового анализа продуктов сгорания. При полном сгорании топлива (в продуктах сгорания отсутствуют продукты неполного горения) формула для определения α имеет вид
α = 21/(21 – О2),
где О2 – относительная объемная (в процентах) концентрация кислорода в продуктах сгорания.
При содержании в продуктах сгорания горючих компонентов сначала определяется (в процентах) избыточное содержание кислород
О2изб = О2 – 0,5СО – 0,5Н2 – 2СН4,
а затем по формуле
α = 21/(21 – О2изб)
определяется коэффициент избытка воздуха.
Выход продуктов полного сгорания при α > 1 на 1 кг твердого и жидкого топлива (на 1 м3 газообразного топлива), м3/кг (м3/м3),
Vг = VRО2 + VN20 + VН2О + (α – 1)V0.
Выход водяных паров, м3/кг (м3/м3),
VН2О = VН2О0 + 0,0161 (α – 1)V0.
