10.6.2.2.1. Определение расхода воздуха

Для газообразного топлива расход V₀ определяют, исходя из объемных долей горючих компонентов, входящих в состав газа, с использованием стехиометрических реакций, приведенных в таблице 19.

Теоретическое количество воздуха, м³ /м³ топлива, необходимого для сжигания газа, определяют по формуле

V₀ = 0, 0476 [0,5 (CO + H₂) + 1,5 H₂S + (m + n/4) C_m H_n - O₂] (103)

где 0,0476 = 1/21 (здесь 21 - объемная концентрация кислорода в воздухе, %);

m - число атомов углерода в молекуле углеводорода;

n - число атомов водорода в молекуле углеводорода.

Объемную концентрацию компонентов подставляют в данное уравнение в объемных процентах.

Количество воздуха V₀, рассчитываемого по стехиометрическим уравнениям, называется теоретически необходимым, т.е. величина V₀ представляет собой минимальное количество воздуха, необходимое для обеспечения полного сгорания 1 кг (1 м³) топлива при условии, что весь кислород, находящийся в нем будет полностью использован при горении.

Из-за определенных трудностей в организации процесса полного перемешивания топлива с воздухом в рабочем объеме топок могут появиться области, где будет ощущаться местный недостаток или избыток окислителя. В результате этого качество (полнота) горения ухудшается. Поэтому в реальных условиях воздух для горения топлива подается в большем количестве по сравнению с его теоретическим количеством V₀. Отношение действительного количества воздуха, подаваемого в топку, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха:

 = V_д /V₀ (104)

При проектировании и тепловом расчете топок или других камер сгорания значение α выбирают в зависимости от вида сжигаемого топлива и способа сжигания в пределах 1,02 – 1,5.

9.6.2.2.2.Состав и количество продуктов полного сгорания топлива

Продукты полного сгорания топлива при  = 1 содержат: сухие (неконденсирующиеся) трехатомные газы CO₂ и SO₂; H₂O - водяной пар, полученный при горении водорода; N₂ - азот топлива и азот, находящийся в теоретически необходимом количестве воздуха.

Кроме того, в состав продуктов сгорания входят водяной пар, получающийся при испарении влаги топлива и пар, вносимый в топку с влажным воздухом, а также пар, используемый иногда при сжигании мазута для распыления. При температуре продуктов сгорания ниже точки росы водяной пар конденсируется. При полном горении при  = 1 в продуктах сгорания будут содержаться только CO₂, SO₂, H₂O и N₂; если  > 1, то в них будет присутствовать и избыточный воздух, т.е. дополнительное количество кислорода и азота.

Процентное содержание соответствующих газов по объему обозначим через CO₂, N₂, SO₂ и т.д., а через VCO₂, VSO₂, VN₂ и т.д. их объемы, получающиеся при сжигании 1 кг (1 м³) топлива, приведенные к нормальным условиям (индекс «т» показывает, что расчеты проводятся при  = 1 ). Тогда получим:

CO₂ + SO₂ + N₂ + H₂O = 100 % (105)

или

V^т _п.г.= VCO₂ + VSO₂ + VN₂ + VH₂O (106)

где V _п.г.- суммарный объем продуктов сгорания, приведенный к нормальным условиям, м³/м³.

Для упрощения расчетов объемы сухих трехатомных газов подсчитывают совместно и сумму их условно обозначают символом RO₂, т.е.

VRO₂ = VCO₂ + VSO₂ (107)

Сумма первых трех составляющих компонентов продуктов сгорания в равенстве (106) представляет объем сухих газов V _с.г. и, следовательно,

V _п.г. = V _с.г. + VH₂O (108)

где V _с.г.= VRO₂ + VN₂.

Теоретические объемы продуктов сгорания 1 м³ газообразного топлива рассчитывают на основании стехиометрических уравнений реакций горения, приведенных в таблице 15. При полном горении горючих составляющих газообразного топлива CO, H₂ и C_m H_n образуются диоксид углерода CO₂ и водяные пары. При сгорании сероводорода H₂S помимо водяных паров образуется сернистый газ SO₂.

Объем трехатомных газов, м³/м³,

VRO₂ = 0,01 ( CO₂(т) + CO + H₂S + m C_mH_n ) (109)

Объем водяного пара, м³/м³, при = 1

VH₂O(т) = 0,01 (H₂S + H₂ + 0,124 d_г + n/2 C_mH_n ) (110)

где d_г - влагосодержание газообразного топлива, кг/м³, которое зависит от

начальной температуры газа и имеет следующие значения:

t, ⁰C 0 10 20 40 60 80

d_г, г/м³ 5 10 19 65 200 740

Объем азота определяется по формуле VN₂ = 3,76*VO₂.

Объем сухих газов и суммарный объем продуктов сгорания определяют по формулам (108) и (106).

При  > 1 действительный объем сухого газа остается постоянным. Действительный объем водяного пара определяется по формуле

VH₂O(д) = 0,01 (H₂S + H₂ + α * 0,124 d_г + n/2 C_mH_n ) (111)

Действительный объем азота

VN₂(д) = VN₂(топ) + VN₂(возд)*α (112)

Если состав непредельных углеводородов, входящих в газ, неизвестен, а общее их содержание не превышает 3 - 4 %, то в расчете они учитываются как C₂H₄.