Визначення кількості повітря, необхідного для спалювання палива.

Мінімальна кількість повітря, потрібна для повного згоряння палива, називається теоретичною кількістю повітря. Вона може бути виражена в м³ на 1 кг палива (V⁰) або в кг/кг (L⁰).

Користуючись стехіометричними співвідйошеннями, легко визначити вагову теоретичну кількість кисню в кілограмах на 1 кг палива:

L = + +7,94 –

Потім, беручи до уваги вагову частку кисню в повітрі, що дорівнює 0,231, з рівності L = знаходимо L^0:

L =0,115 (C +0,37S )+0,342H –0,043O (1–14)

Поділивши L⁰ на густину сухого повітря 1,293 кг/м³, дістанемо:

V⁰ = 0,089 (С + 0,37 S ) + 0,265 Н^р – 0,033 O (15)

Щоб забезпечити в реальних топках максимальне згоряння палива, до них треба підвести більшу кількість повітря, ніж V⁰. Відношення дійсної кількості повітря V до V⁰ називається коефіцієнтом зайвини повітря в топці α :

α =

Значення α залежать від виду палива і конструкції топки і коливаються від 1,03 для газового палива, до 1,5 для твердого палива, що спалюється на колосниковій решітці

Об’єми і склад продуктів згоряння. У топкових обладнаннях сучасних котлоагрегатів середньої і великої потужності досягається практично повне згоряння палива. Тому при розрахунках вважають, що воно згоряє повністю. У цьому випадку продукти згоряння складаються з вуглекислого газу СО2, сірчастого ангідриду SO2, невикористаного у процесі горіння азоту N , зайвинного кисню О і водяної пари Н О. Сума Vco + Vso + Vo + V =Vc.г. становить об'єм сухих газів. Повний об'єм газів Vг.= Vc.г. + Vн о =. Vco + Vso + Vo + V + Vн о.

Щоб дістати зручні для проектування формули, доцільно ввести поняття теоретичного об'єму продуктів згоряння V , тобто об'єму димових газів, який був би при повному згорянні палива теоретичній кількості повітря. У цьому разі V = Vco + Vso + Vн о + V (невикористаного кисню в димових газах нема, а відзначати особливим індексом Vco і Vso , непотрібно, бо Vco і Vso , не залежать від коефіцієнта зайвини повітря).

Об'єм триатомних газів V = Vco + Vso , прийнято позначати VRo .

Із стехіометричного співвідношення (I-10) видно, що при спалюванні 1 моля (12 кг) вуглецю утворюється 1 моль вуглекислого газу. Густина СО дорівнює 1,977 кг/м³, об'єм моля СО (при 0 °С і 760 мм рт. ст.) – 22,26 м³. Тому

V = · =1,86 м на 1 кг палива

Аналогічно, якщо густина SO2 дорівнює 2,927 кг/м³, а об'єм моля SO становить 21,89 м³

V =0,68 м на 1 кг палива

Отже

V =1,86 кг/м³

або, якщо позначити через К суму С + 0,37 S ,

V =1,86 кг/м³

Теоретичний об'єм азоту V , складається з об'єму азоту, що надійшов з теоретичною кількістю повітря і становить 0,79 V° (об'ємна частка азоту разом з аргоном та іншими інертними газами в повітрі становить 0,79), і об'єму азоту, що виділився з палива, 0,8 , де 0,8-питомий об'єм азоту в м^з/кг:

V =0,79 V°+ 0,8 м /кг

Теоретичний об'єм сухих газів

V = V +V =1,86 +0,79 V°+0,8 м /кг

Водяна пара утворюється при спалюванні палива внаслідок горіння водню і випаровування вологи палива. Крім того, в продукти горіння переходить водяна пара, внесена у топку повітрям, яке підводиться до неї.

Теоретична вагова кількість водяної пари в продуктах згоряння становить:

G = +0,013 V° кг/кг

Тут · (із стехіометричного співвідношення) – кількість води, що утворилася внаслідок горіння водню палива;

W /100 – випарена волога палива, що перейшла в продукти згоряння;

0,013 V⁰ – водяна пара, внесена з повітрям (середнє значення вологовмісту повітря d, беруть 10 г. на 1 кг сухого повітря, що становить 0,013 кг на 1 м³ сухого повітря). Теоретичний об'єм водяної пари

V =

Водяна пара в продуктах згоряння сильно перегріта, бо її парціальний тиск малий, а температура висока. Припустивши, що водяна пара підлягає законові Авогадро, значення густини виводять, поділяючи молекулярну вагу Н2О на об'єм моля за нормальних умов:

= =0б804 кг/м³

Такий розрахунковий спосіб цілком припустимий, хоча водяна пара при 0°С і 760 мм рт. ст. існувати не може, отже,

V = =0,111H +0,0124W +0,0161V м /кг (22)

Об'єм сухих газів при α > 1 дорівнює:

Vcµ.г. = Vc.г. +(α -1) V° м³ /кг (23)

де (α–1) V°–кількість зайвинного повітря. Відповідно

Vн2о = V° н2о + 0, 0161 (α -1) V° м³ /кг (24)

Сумарний об'єм газів

Vг = VRO2 +V°N2 + Vн2о + (α – 1) V⁰ м³ /кг (25)

Об'ємні частки триатомних газів і водяної пари відповідно дорівнюють:

r = і r = ,

а парціальний тиск їх

p = p і p = p

де р – загальний тиск продуктів згоряння. Концентрація леткої золи в димових газах

p г/м (26)

де авин – частка золи палива, що виноситься димовими газами. Вага димових газів

G =1─ +1,306αV кг/кг

При паровому дутті або паровому розпилюванні рідкого палива (у невеликих установках), визначаючи об'єм і вагу димових газів, треба ураховувати кількість пари (W ).

Об'єми повітря і продуктів згоряння при спалюванні газоподібного палива визначають аналогічно, на підставі стехіометричних співвідношень:

V =0, o476 [0,5CO+0,5H +Σ (m+ ) C H +1,5H S−O ] м / м

V =0,01 [CO +CO+ΣmC H +H S] м / м ;

V =0,79V +0,01N ;

V =0,01 [H +Σ C H +H S+0,124d ]+0,0161V м /м .

Тут СО, Н , N і т.д. – компоненти газового палива в об'ємних процентах; d –вологовміст газового палива в грамах на 1 м³ сухого газу.

Об'єми продуктів згоряння при α> 1 визначаються за раніше наведеними формулами.