8. Расчеты горения топлива

Расчеты выполняют с целью определения:

1. Количества, необходимого для горения воздуха;

2. количества и состава продуктов сгорания;

3. температуры горения.

1. Количество воздуха для горения

- теоретическое необходимое количество воздуха;

- действительное необходимое количество воздуха.

Под теоретически необходимым понимают то минимальное количество воздуха, которое требуется для полного окисления всех горючих элементов топлива. Его определяют из стахиометрических реакций окисления горючих элементов топлива.

[ l₀ ] = [ кг воздуха/ кг топлива ], [ V₀ ] = [ м³ воздуха / кг топлива].

Если обозначить G₀ массовое количество О₂, необходимое для окисления всех горючих элементов 1 кг топлива, то l₀ можно определить из выражения:

l₀ = G₀ / 0,232 ,

где 0,232 - массовая доля О₂ в воздухе.

V₀ = l₀ / 1,293 ,

где 1,293 кг/м³ - плотность воздуха при нормальных условиях.

C^P + H^P + S^P_Л + O^P + N^P + A^P + W^P = 100

G₀ = G_0C + G_0H + G_0S - G₀₀ ,

Обозначим через G_{O C,H,S} массовые количества воздуха, необходимые для окисления соответственно углерода ( C), водорода (Н) , серы ( S ), а через G_OO массовое количество кислорода, содержащегося в топливе, то

G_O = G_OC + G_OH + G_OS - G_OO

Реакция окисления углерода :

С + О₂ = СО₂

1 моль С + 1 моль О₂ = 1 моль СО₂

12 кг С + 32 кг О₂ = 44 кг СО₂

1 кг С + 32/12 кг О₂ = 44/12 кг СО₂

1 кг С + 2,67 кг О₂ = 3,67 кг СО₂

Реакция окисления водорода

Н₂ + 1/2 О₂ = Н₂О

2 кг Н₂ + 16 кг О₂ = 18 кг Н₂О

1 кг Н₂ + 8 кг О₂ = 9 кг Н₂О

Реакция окисления серы

S + O₂ = SO₂

32 кг S + 32 кг O₂ = 64 кг SO₂

1 кг S + 1 кг O₂ = 2 кг SO₂

С учетом того, что l₀ = G₀ / 0,232 , можно записать

l₀ = 0,115 C^P + 0,345 H^P + 0,043 ( S^P_Л - О^Р) кг воздуха / кг топлива.

V₀ = l₀ / 1,293 = 0,081 C^P + 0,266 H^P + 0,033 ( S^P_Л - О^Р) м³ воздуха/кг топлива.

Рассуждая аналогично, для газообразного топлива можно получить

V₀ = 0,476 [ 0,5 (CO + H₂) + 1,5 H₂S +  (m + n / 4) C_mH_n - O₂ ]

м³ воздуха / м³ топлива.

2. Действительное количество воздуха

Подача в топки и камеры сгорания воздуха в теоретически необходимом количестве практически не обеспечивает полноты сгорания топлива. Поэтому фактически в камеру сгорания воздуха подают больше , чем это требуется теоретически.

Этот избыток воздуха характеризуется коэффициентом избытка воздуха, под которым понимают отношение действительно поданного количества воздуха к теоретически необходимому, т.е.

С увеличением коэффициента избытка воздуха  происходит увеличение потерь теплоты с продуктами сгорания топлива, т.к. увеличивается их количество. Кроме того, затрачивается определенное количество теплоты на нагрев избытка воздуха до температуры горения.

С уменьшением  возрастают потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива. Поэтому оптимизация  является технико-экономической задачей и зависит от вида топлива, типа камеры сгорания, ее объема и т.д.

При проектировании топливосжигающего устройства коэффициент избытка воздуха  принимается согласно установленным нормам. При эксплуатации  определяется экспериментально.

 = 1,05…1,2 - для топок, где сжигается газ или мазут;

 = 1,1…1,3 - для газовых двигателей;

 = 0,8…1,1 - для карбюраторных двигателей;

 = 1,2…2,0 - для дизельных двигателей;

 = 4…8 - для газотурбинных установок.