3. Расчеты горения топлива

Целью расчетов является определение показателей, характеризующих условия сжигания топлива заданного состава, количества и состава образующихся продуктов сгорания, температуры горения (жаропроизводительность) топлива и др.

Все расчеты по определению перечисленных величин могут быть выполнены по данным элементарного анализа участвующих в процессе горения веществ на основании стехиометрических соотношений соответствующих химических уравнений. Например, уравнение

С + О₂ = СО₂ + ∆H_r

помимо качественного описания процесса горения дает строгую количественную его характеристику.

На основании законов о постоянстве массовых отношений, закона Гесса о независимости теплового эффекта реакции от пути ее реализации и промежуточных процессов, законов сохранения материи и энергии можно утверждать, что образование 1 моля (44 г) двуокиси углерода требует израсходования 1 моля (12 г) углерода и 1 моля (16 г) кислорода. При этом процесс сопровождается выделением тепла в количестве 97650 кал.

Подобные уравнения, описывающие процесс окисления отдельных элементов (компонентов) топлива, и являются основой метода расчета названных выше характеристик.

3.1. Определение расхода воздуха

Так как при сжигании топлива в технических установках (топки, двигатели) кислород, используемый для окисления горючих составляющих, вносится воздухом, то при определении его расхода необходимо учитывать содержание в воздухе не участвующих в горении азота и водяных паров.

Состав сухого воздуха может быть принят следующим (без учета содержащихся в нем незначительных количеств инертных газов и углекислоты):

Компонент	объемный, %	массовый, %
Кислород, О2	21,0	23,2
Азот, N2	79,0	76,8

Содержание паров воды в воздухе, зависящее от его температуры и степени насыщения, при необходимости может быть точно учтено.

При обычных условиях (температурах 0 – 20 °С, степени насыщения φ = 60 %) содержание влаги не превышает 12 г/м³ или 1 % по объему влажного воздуха.

Метод расчета установки (исходя из конкретного числового примера)

Требуется определить расход воздуха для сжигания топлива (чистый углерод).

Из уравнения С + О₂ = СО₂ следует, что 1 кг С сгорая до СО₂, требует кислорода. С этим количеством войдет азота

N₂ ,

и, следовательно, масса подаваемого на горение воздуха равна 2,67+8,83 = 11,5 кг.

Таким образом, наименьшее количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива (углерода), называемое теоретическим, составляет

М_т = 11,5 кг/кг. Это количество воздуха при температуре 0 °С и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. занимает объем м³, где ρ = 1,293 кг/м³ – плотность воздуха при нормальных условиях.

Для обеспечения полноты сгорания топлива в топку приходится вводить большее количество воздуха. Отношение объема воздуха, реально подаваемого в топку, к объему теоретически необходимого называется коэффициентом избытка воздуха . Избыточный воздух переходит в продукты сгорания.