Теоретический объем дымовых газов

При сжигании 1 кг топлива в случае неполного горения и при наличии избытка воздуха объем дымовых газов будет состоять из следующих составляющих: углекислого газа и окиси углерода Vсо2, Vсо, образующихся при сжигании углерода; сернистого ангидрида Vso2, избыточного кислорода Vo, азота V_N , введенного с воздухом и водяных паров Vн₂о, полученных при сгорании водорода и испарения влаги содержащейся в топливе.

Объем сухих газов принимают за 100%. При полном сгорании топлива состав сухих продуктов сгорания следующий:

CO₂ +SO₂ + O₂+ N₂ (4)

Газообразные продукты сгорания состоят из трехатомных газов CO₂ и SO_2, сумму которых принято обозначать символом RO₂. Тогда в процентном представлении исходное равенство примет вид:

RO₂ + O₂+ N_2/=100%. (5)

Объем сухих трехатомных газов находится делением масс газов CO₂ и SO₂ на их плотность при нормальных условиях. Объем газов, получающийся при сжигании 1 кг топлива определяется по реакциям горения и их выражениям в киломолях:

V_RO2 =44/12C/100/1,965 + 64/32S/100/2,86=1,866*(С+0,375S)/100=1,866 K^р/100 (6)

м³/ кг, где К^р –приведенное количество углерода.

Теоретический объем азота

V_N = (Vв/100 *79)+N/100/ρ_N =0,79Vв + 0,8N/100 (7),

где Vв – теоретический объем воздуха, необходимого для горения.

Теоретический объем водяных паров состоит из паров полученных в результате сжигания водорода и испарения влаги топлива

36/4* Н/100/ ρ_н2о + W/100/ ρ_н2о = 0,112H +0,0124 W

Объем паров поступающих с воздухом Vв *d/1000/ ρ_в = 0,0161* Vв м3 в расчете на килограмм топлива; d - влагосодержание воздуха 13 г/м3.

Полный теоретический объем водяных паров

V_н2о⁰ = 0,112 Н + 0,0124 W+ 0,0161 Vв (8)

При избытке воздуха α.> 1 объем водяных паров будет

V_н2о = V_н2о +0,0161 Vв. (α-1) (9)

Тогда полный объем газов отходящих будет:

Vг = V_RO2 + V_N + V_н2о + 0,0161Vв. (α-1) (10)

При сжигании газообразного топлива теоретический объем азота, м3/м3

V_N =0,79 Vв₀ + N₂/100 (11)

Объем сухих трехатомных газов, м3/м3

V_RO2 = 0,01 (СО₂ + СО +H₂S + ∑m *CmHn) (12)

Теоретический объем водяных паров м3/м3

V_н2о =0,01 (H₂S + H₂ + ∑n/2 *CmHn + 0,0124 d) + 0,0161 V⁰ (13),

где d= 10 г/м3 влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа.

Окончательно объем дымовых газов определится суммой объемов

V_o = V_N + V_RO2 + V_н2о (14)

Вредные выбросы в продуктах горения

В результате горения образуются следующие основные загрязняющие вещества:

• Оксиды серы, обозначаемые SОx, в основном состоящие из диоксида серы SО₂ , и триоксида серы SО₃ ;

• Оксиды азота, обозначаемые NOx, в основном состоящие из монооксида азота NO и диоксида азота NO₂ ;

• Угарный газ CO;

• Взвешенные частицы.

Оксиды серы – токсичные для человека вещества. Диоксид серы вызывает раздражение глаз, слезотечение при концентрации в воздухе свыше 300мг/м3. Опасный для жизни порог приблизительно 500 мг/м3.

Формирование оксидов серы происходит при умеренных температурах. В обычных условиях высокой температуры факела и избытке воздуха в 20% вся сера, содержащаяся в топливе, окисляется до диоксида серы. Триоксид может образовываться при низкой температуре горения (400 ⁰С), при большом избытке воздуха. Триоксид вступает с водяными парами в реакцию с образованием серной кислоты H₂SО₄, которая является коррозийной средой и может разъедать поверхности нагрева.

Оксиды азота. Монооксид азота –безцветный газ, без запаха , плохо растворимый в воде. Он составляет 90 % всех оксидов азота, образуемых при высокотемпературном горении. Он не является сильно токсичным веществом и концентрация его лежит в пределах 10÷50 ppm.

Диоксид азота (коричневато-красный цвет, особый острый запах) при концентрации более 10 ppm является сильным коррозийным веществом, при концентрациях выше 150 ppm вызывает бронхит, а свыше 500 ppm отек легких, даже при кратковременном воздействии.

Тепловые оксиды азота образуются при температурах свыше 1500 градусов при условии высокой концентрации кислорода при окислении атмосферного азота в процессе горения. Тепловые оксиды азота образуются при сжигании газообразного топлива.

Быстрые оксиды азота образуются при связывании атмосферно азота углеводородными частицами в зоне пламени. Образование оксидов зависит от концентрации радикалов углеводорода в корневой части факела при низкотемпературном горении и недостаточном количестве кислорода.

Топливные оксиды азота образуются при сжигании и жидкого и твердого топлива с содержанием азотосодержащих веществ.

Угарный газ – газ без запаха, цвета и вкуса. Плохо рассеивается в воздухе, из-за плотности близкой к воздуху. Токсичен, при вдыхании вступает в реакцию с гемоглобином, нарушая нормальный процесс окисления в организме. Физиологическое влияние зависит от концентрации. Образуется в результате неполного сгорания углерода при недостатке воздуха.

Двуокись углерода – парниковый эффект.