1.4.2 Аналитический способ стехиометрических расчетов

Существуют весовой и молярный способ расчета горения топлива.

В технических расчетах принимают, что в сухом атмосферном воздухе по объему содержится 21% О₂ и 79% N₂; по массе 23,2%О₂ и 76,8% N₂. На 1 объемную единицу кислорода, поступающую для горения при использовании обычного атмосферного воздуха вводится

объемных единиц азота

весовых единиц азота

Плотность сухого воздуха  при t = О ^оС (Т=273К) и р =101кн/м² (1 ат) определяют по общему правилу путем деления молекулярной массы воздуха на объем киломоля (v=22,4 м³)

кг/кмоль,

тогда

кг/м³

Практически в атмосферном воздухе всегда содержатся водяные пары. При этом различают абсолютную и относительную влажность, влагосодержание воздуха.

Абсолютная влажность воздуха характеризуется массой водяного пара, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха в кг/м³. Абсолютная влажность насыщенного воздуха зависит от температуры. Та температура, при которой наступает полное насыщение воздуха парами воды, называется температурой точки росы.

Относительная влажность воздуха выражается отношением массы водяного пара, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха к массе водяного пара в насыщенном воздухе при той же температуре. Относительная влажность обозначается буквой

 и выражается в %

, % (1.14)

Относительная влажность может быть так же определена как отношение действительного парциального давления водяных паров во влажном воздухе р_пар кн/м² к парциальному давлению водяных паров в насыщенном парами воздухе р_нас кн/м² при той же температуре.

, % (1.15)

Влагосодержание влажного воздуха характеризуется массой водяного пара, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха (смеси сухого воздуха и пара), отнесенного к 1м³ сухого воздуха. Влагосодержание обозначается буквой f

Если для горения используется влажный воздух, в котором на 1 м³ сухой части приходится f г влаги или 22,4f /18^.1000 =

=0,00124 f м³ водяного пара, то расход влажного воздуха составит

, м³/ед.топлива (1.16)

где - расход влажного воздуха на сжигание 1 м³ газообразного топлива;

- расход сухого воздуха на сжигание 1 м³ газообразного топлива;

Расход воздуха и выход продуктов полного сгорания горючих элементов.

При использовании абсолютного сухого атмосферного воздуха реакции полного сгорания горючих элементов имеют вид

С + О₂ + 3,76N₂ = СО₂ + 3,76N₂ + Q_с

2Н₂ + О₂ + 3,76N₂ = 2Н₂О + 3,76N₂ + Q_Н2 (1.17)

S + О₂ + 3,76N₂ = SО₂ + 3,76N₂ + Q_S

Таблица 2 - Потребное количество кислорода и выход продуктов

полного горения

Составляющая топлива	Потребное количество кислорода для полного горения		Выход продуктов полного сгорания
	м3/кг топлива	кг/кг топлива	м3/кг топлива
углерод	22,4/12 = 1,867	32/12 = 2,667	1,867
водород	22,4/ 4 = 5,6	32/4 = 8	11,2
сера	22,4/ 32 = 0,7	32/ 32 = 1	0,7

После подстановки получим

, м³/кг (1.18)

где С,Н, О^р, S^р – % элементов в твердом или жидком топливе

Для газообразного топлива

, (1.19)

где Н₂, СО и т.д. – % горючих газов в газообразном топлива

Пример 1. Определить расход воздуха для сжигания топлива, состав которого – 100 % С

Весовой метод. Уравнение реакции горения

С + О₂ = СО₂

из этой реакции следует, что 1 кг С сгорая в СО₂ требует

32 : 12 = 2,67 кг кислорода

С этим количеством кислорода войдет азота

кг

Следовательно, масса воздуха, приходящегося на 1 кг углерода равна, т.е. теоретический расход воздуха

L_О = 2,67 + 8,83 = 11,5 кг/кг

При О ^оС и 101,3 кн/м² это количество воздуха займет объем 11,5 : 1,293 = 8,89 м³.

Таким образом, потребное количество воздуха может быть выражено в весовых количествах 11,5 кг/кг и в объемных (в нормальном состоянии) 8,89 м³/кг.

Молярный метод. В 100 кг С содержится 100 : 12 = 8,33 моля т.к. при горении углерода на 1 моль последнего расходуется 1 моль кислорода, т.е. на 100 кг углерода потребуется 8,33 моля кислорода. С этим количеством кислорода войдет азота

моля

всего же воздуха 8,33 + 31,34 = 39,67 моля или

39,67 ^. 22,4 = 888,8 м³

Следовательно, L_О = 888,8 : 100 = 8,89 м³кг, или же

L_О = 8,89 ^. 1,293 = 11,5 кг/кг

Следовательно, весовой и молярный методы дают одинаковые результаты .

Для сжигания реального топлива расход воздуха L_α принимают больше чем теоретический расход L_о для полного сжигания топлива. Поэтому было введено понятие «коэффициент расхода воздуха» α.

Коэффициент расхода воздуха представляет собой отношение действительно затрачиваемого объема воздуха на единицу топлива (L_α ) к теоретически необходимому (L_О ), т.е.

(1.20)

Подавляющее большинство металлургических печей работают с

 = 1,05  1,25 (1.21)

Теоретически необходимый расход воздуха определяют по теоретическому расходу кислорода и объемной доли кислорода в воздухе

(1.22)

Подставляя значение из формулы (1.18), то получим теоретический объемный расход сухого воздуха для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива

м³/кг (1.23)

Для атмосферного воздуха К_О2 = 0,21 и формула примет вид

, м³/кг (1.24)

Объемный теоретический расход сухого воздуха, для сжигания 1 м³ газообразного топлива определится по формуле

Для атмосферного воздуха К_О2 =0,21 и формула примет вид

Так как для горения используют влажный воздух, в котором на 1 м³ сухой части содержится f г влаги или м³

водяного пара, то расход влажного воздуха составит

, м³/ед.топлива (1.26)