14.4. Розрахунки процесів горіння палива

Всі розрахунки процесів горіння палива проводять на основі стехіометричних рівнянь.

14.4.1. Розрахунки витрат повітря на спалювання 1 кг палива

Об’єм повітря, яке необхідне для спалювання 1кг твердого або рідкого палива, визначається на основі розрахунку стехіометричних рівнянь реакції горіння.

Реакції повного горіння палива

С + О₂ = СО_2, (14.20)

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О, (14.21)

S + O₂ = SO₂ (14.22)

Відносячи ці рівняння до 1 кг палива та виражаючи витрату кисню в об’ємних одиницях, отримаємо необхідну витрату (м³) кисню на 1 кг кожної складової горючої маси палива для вуглецю

12,01 кг С + 32 кг О₂ = 44,01 кг СО_{2 .} (14.23).

Для доспалювання 1 кг вуглецю до СО₂ потрібно кисню

1 кг С + 1,866 м³ О₂ = 1,866 м³ СО_{2 .} (14.24)

Аналогічно потрібно проводити розрахунок для водню

4 кг Н₂ + 32 кг О₂ = 36 кг Н₂О; (14.25)

1 кг Н₂ + 5,56 м³ О₂ = 11,12 м³ Н₂О (14.26)

та для сірки

32 кг S + 32 кг O₂ = 64 кг SO_2. (14.27)

Сумуючи затрати кисню на спалювання горючих елементів, які містяться в 1 кг палива, та вираховуючи кисень палива, отримаємо теоретично необхідний об’єм кисню для спалювання 1 кг твердого або рідкого палива V_O2 (м³/кг) за нормальних умов

, (14.28)

де  - густина кисню за нормальних фізичних умов, яка рівна 1,428 кг/м³.

Для згоряння 1 м³ газового палива теоретично необхідний об’єм кисню (м³/м³) розраховується аналогічно

. (14.29)

В атмосферному повітрі міститься 21 % кисню (за об’ємом), тому теоретична його витрата на горіння складає, м³/кг (м³/м³)

. (14.30)

Об’єм теоретично необхідного повітря для спалювання 1 кг твердого або рідкого палива виразиться формулою, м³/кг

. (14.31).

В процесі спалювання сухого газового палива розрахунок проводиться за формулою (м³/м³)

. (14.32)

Для практичних умов роботи пристроїв для згоряння палива не вдається здійснити повне згоряння палива з теоретичною кількістю повітря. Причинами цього можуть бути нерівномірна подача повітря, погане перемішування повітря з паливом, недосконалість пристрою для спалювання палива і т. п. Для досягнення повноти горіння палива повітря в камеру горіння подають з деяким надлишком V_д  V₀. Відношення дійсного об’єму повітря V_д до теоретично необхідного V₀ називають коефіцієнтом надлишку повітря

 = V_д /V₀. 1. (14.33)

Із (14.46) дійсний об’єм повітря

V_{д =} V_0. (14.34)

Надлишковий об’єм повітря

. (14.35)

Коефіцієнт надлишку повітря в залежності від виду палива та способу його спалювання змінюється в межах (1-1,5) та вище. Чим більш сприятливі умови для перемішування повітря з паливом, тим надлишок повітря може бути меншим.