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 + 0,5 О₂ = Н₂О;
СО + 0,5 О₂ = СО₂ ;
СН₄ + 2 О₂ = 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)

Дата добавления: 2014-01-03