Лекция № 3 Расчет горения топлива

План

1. Определение расхода воздуха.

2. Определение состава и количества продуктов сгорания.

3. Определение температуры горения.

1. Определение расхода воздуха.

При горении топлива в качестве окислителя используют кислород воздуха. В результате образуются продукты сгорания, и развивается определенная температура горения. Поэтому расчеты горения топлива выполняются с целью оп­ределения:

а) количества необходимого для горения воздуха;

б) количества и состава продуктов сгорания;

в) температуры горения.

Расходы воздуха можно определять как в объемных, так и в массовых единицах.

Для уяснения методики определения расхода воздуха рассмотрим полное горение метана (СН₄) по реакции

СН₄ + 20₂ = С0₂+2Н₂0.

Сначала определим расход воздуха в объемных едини­цах. Как следует из приведенной реакции, для сжигания 1 моля СН₄ требуется 2 моля 0₂. Поскольку 1 кмоль любо­го газа занимает при нормальных условиях одинаковый объем (22,4 м³), то для сжигания 22,4 м³ СН₄ потребуется 2∙22,4 = 44,8 м³ 0₂. Таким образом, для сжигания 1 м³ СН₄ требуется 2 м³ 0₂, но в сухом воздухе кислород по объему составляет 21 %, остальные 79 % приходятся на долю азо­та. Следовательно, количество азота в воздухе в 3,762 раза больше количества кислорода. Поэтому расход воздуха на сжигание 1 м³ метана составит 2+2∙3,762=9,524 м³.

Аналогичный расчет можно провести и в массовых еди­ницах. Подобные расчеты чаще делают для твердого или жидкого топлива. Возьмем, например, горение углерода С+0₂=С0₂. Из этой реакции видно, что на 1 кмоль С рас­ходуется 1 кмоль 0₂, но 1 кг-моль С имеет массу, равную 12 кг, а кг-моль 0₂ 32 кг; следовательно, для сжигания 1 кг С потребуется =2,67 кг кислорода. В воздухе кислород по массе составляет 23,2 %, а азот 76,8 %. Поэтому вместе с кислородом войдет азота 2,67∙ =2,67∙3,31=8,83 кг.

Следовательно, для сжигания 1 кг углерода потребуется воздуха 2,67+8,83=11,50 кг. Это количество можно пере­вести в объемное, поделив общую массу воздуха на его плотность (1,293 кг/м³), т. е. 11,50/1,293=8,89 м³.

Как при горении метана, так и при горении углерода полученные по реакциям количества кислорода и воздуха представляют собой те наименьшие количества, которые не­обходимы для полного окисления единицы горючего веще­ства. Такое наименьшее необходимое количество воздуха (кислорода) называется теоретическим количеством. На практике, однако, сжигание топлива осуществляется при расходах воздуха, несколько превышающих теоретическое количество. Величина, показывающая отношение действи­тельного расхода воздуха (V_д) к теоретическому количест­ву (V_т), называется коэффициентом избытка воздуха n_изб = V_д /V_т и играет на практике очень важную роль.

Коэффициент избытка воздуха пригоден только для пол­ного сгорания топлива в воздухе.

При неполном же сгорании, когда подаваемое количе­ство кислорода меньше теоретического, применим только коэффициент расхода кислорода, который становится мень­ше единицы. При применении обогащенного дутья, в кото­ром количество кислорода превышает 21 %, характерным также является коэффициент расхода кислорода. В этом случае метод определения расхода дутья аналогичен выше изложенному с той лишь разницей, что изменяется соотно­шение между азотом и кислородом.

Всякое промышленное топливо представляет собой ме­ханическую или химическую смесь отдельных горючих эле­ментов, поэтому общий расход воздуха (кислорода) опре­деляется суммированием аналогичного расхода для отдель­ных элементов.