Состав продуктов горения

Состав продуктов горения горючего вещества определяется:

– термическими условиями в горючей системе (температурой и давлением);

– соотношением количеств горючего и окислителя;

– условиями теплового взаимодействия горючей системы с окружающей средой;

– интенсивностью физико-химических процессов в горючей системе.

Для расчёта состава продуктов горения составляется система уравнений, в которую входят уравнения материальных балансов химических элементов, участвующих во взаимодействиях при горении, и уравнения констант равновесия или констант скоростей химических реакций. В общем случае система уравнений отличается повышенной сложностью. Решение задачи в указанной постановке получено лишь для частных случаев, например для стехиометрически полного горения.

3.3.1. Расчёт стехиометрически полного горения смеси газообразных веществ

Предварительно известны:

– исходный состав смеси в процентах по объёму

;

- коэффициент расхода воздуха – a =1

- стехиометрический расход воздуха – L₁.

Расчёт проводится на 1 м³. В продуктах сгорания будут находиться:

1. Двуокись углерода, м³/м³,

а) от сгорания СН₄

.

б) от сгорания С₂Н₆

.

в) из газовой смеси

г) в сумме

2. Водяной пар, м³/м³,

а) от сгорания СН₄

.

б) от сгорания С₂Н₆

.

в) из газовой смеси

г) в сумме

3.Сернистый ангидрид, м³/м³,

4. Азот, м³/м³,

а) из газовой смеси

,

б) из воздуха

в) в сумме

.

5. Удельное количество продуктов горения, м³/м³,

6. Процентный состав продуктов горения, %,

и т.д.

3.3.2. Расчёт стехиометрически полного горения вещества сложного состава

Предварительно известны:

- исходная масса горючего вещества сложного состава в процентах

;

- коэффициент расхода воздуха – a =1

- стехиометрический расход воздуха – L₁.

Расчёт проводится на 1 кг. В продуктах сгорания будут находиться:

1. Двуокись углерода, м³/кг,

.

2. Водяной пар, м³/кг,

а) от сгорания водорода

,

б) от испарения влаги горючего вещества сложного состава

,

в) в сумме

3.Сернистый ангидрид, м³/кг,

,

4. Азот, м³/кг,

а) из горючего вещества сложного состава

,

б) из воздуха

в) в сумме

.

5. Удельное количество продуктов горения, м³/кг,

6. Процентный состав продуктов горения, %,

и т.д.

Методика расчёта стехиометрически полного горения является приближённой, так как не учитывает кинетики физико-химических процессов в горючей системе.

4. Тепловой баланс и адиабатическая температура горения.

Тепловые условия в горючей системе описываются посредством пространственно-временных значений температур, называемых температурными полями. Вычисление этих температур представляет собой сложную и не всегда разрешимую задачу. Наиболее простой тепловой характеристикой горючей системы может служить адиабатическая температура горения.

Уравнение теплового баланса адиабатически изолированной горючей системы стехиометрического состава, слагаемые которой отнесены к единичному количеству горючего вещества, имеет вид

где i_Г – энтальпия горючего вещества; i_В – энтальпия воздуха; L₁ – удельный стехиометрический расход воздуха; i_П.Г – энтальпия продуктов горения; V_П.Г – удельное количество продуктов горения; Q_H – низшая теплота сгорания.

Энтальпия компонентов горючей системы определяется по формуле

,

где t – средняя температура компонента горючей системы, взятая при постоянном давлении в системе; с(t) – теплоёмкость компонента горючей системы, как функция средней температуры.

Преобразование уравнения теплового баланса относительно температуры продуктов горения приводит к следующему выражению для адиабатической температуры

.

Адиабатической температурой горения называется средняя температура продуктов стехиометрически полного горения, получаемая из уравнения теплового баланса горючей системы при условии, что вся энергия исходных компонентов преобразована в тепловую энергию продуктов горения.

Если принять, что i_Г = 0 и i_В = 0, то получим выражение для нормальной адиабатической температуры горения

.

При определении численного значения адиабатической температуры горения необходимо использовать метод итераций.

Из уравнения теплового баланса можно получить выражение для вычисления энтальпии продуктов горения

.

Задаваясь численными значениями температур, находят такие значения энтальпии продуктов горения

при которых выполняется условие

.

В принятом для расчёта интервале температур значение адиабатической температуры горения определяется по интерполяционной формуле

.

Для горючей системы нестехиометрического состава, обменивающейся тепловой энергией с окружающей средой, средняя температура горения представляется следующим выражением

.

где Q_П – потери тепловой энергии из горючей системы в окружающую среду; Q_Х – химический недожог, вызванный нестехиометричностью горения; V^a_П.Г – удельное количество продуктов горения при нестехиометрических условиях горения.

Дата добавления: 2014-01-07