1.1. Аналитический метод расчета процесса горения газообразного топлива

Обычно газ, который используют для осуществления промышленных технологий, является влажным. Состав влажного газа может быть, в общем случае, представлен следующим образом:

Поскольку химический состав газообразного топлива приводится на сухую массу, тонеобходимо пересчитать его состав на рабочую (влажную) массу.

При полном горении газа этого состава в атмосферном воздухе протекают реакции:

1.1

Приведенные стехиометрические соотношения позволяют определять объемы кислорода по каждой реакции горения, необходимые для обеспечения полного горения. Так, например, для окисления объема оксида углерода требуется кислорода по объему в 2 раза меньше, т.е. 0,5 по отношению к содержанию . Такое же соотношение справедливо и при окислении водорода. При сжигании метана, сероводорода и тяжелых углеводородов подобные соотношения составляют соответственно 2,0; 1,5 и Таким образом, выражение, с помощью которого можно рассчитать объем кислорода, необходимого для полного окисления горючих компонентов газообразного топлива, принимает вид:

м3 О2/м3 газа.

(1.2)

Здесь коэффициент 0,01 учитывает переход от оценки компонентов газообразного топлива в процентах к объемным долям их содержания в 1 м³ топлива.

Далее могут быть рассчитаны расходы сухого и влажного воздуха, обеспечивающие полное сжигание газообразного топлива в теоретических условиях, т.е. при α=1,0. Для сухого воздуха:

сух. возд/м3 газа.

(1.3)

Здесь первое слагаемое учитывает количество кислорода, а второе – количество азота через степень обогащения воздуха кислородом. Для обычного воздуха :

, м3 сух. возд/м3 газа;

(1.3’)

Для влажного воздуха:

м3 влажн. возд/м3 газа

(1.4)

В этом выражении первое слагаемое отражает объем сухого воздуха, второе – объем влаги, вносимой в соответствии с влагосодержанием воздуха, отнесенным к сухому воздуху.

В практических условиях, т.е. при α > 1,0:

расход сухого воздуха:

м3 сух. возд/м3 газа,

(1.5)

расход влажного воздуха:

м3 влажн. возд/м3 газа

(1.6)

Для определения выхода продуктов горения используются те же стехнометрические соотношения приведенных выше реакций горения (1.1).

Выход продуктов горения – V₀, в общем случае горения газа в теоретических условиях (когда α=1,0) представляет собой сумму объемов оксидов водяного пара - , источниками которого являются продукты горения водорода, собственно водяной пар, содержащийся в самом газообразном топливе, и водяной пар, находящийся в воздухе. Азот в продукты горения поступает вместе с кислородом воздуха, а также и как возможный компонент газообразного топлива. Следовательно, можно записать:

(1.7)

Слагаемые этого выражения раскрываются в результате анализа тех же стехиометрических соотношений реакций горения, которые были приведены выше. В итоге получаем:

);	(1.8)
	(1.9)
	(1.10)
	(1.11)

Состав продуктов горения для этих условий будет следующим:

;	(1.12)

При проверке правильности роста сумма этих слагаемых должна составлять 100%.

В практических условиях горения, когда коэффициент избытка воздуха α > 1,0, для определения выхода продуктов горения – целесообразно использовать данные, полученные в результате расчетов для Для условий α > 1,0 возрастает лишь на величину объема избыточного влажного воздуха, при этом сохраняться неизменными объемы образующихся оксидов и , т.е так как эти объемы не зависят от величины коэффициента избытка воздуха.

В условиях, когда α > 1,0 за счет избыточного воздуха в продуктах горения:

– увеличится количество влаги за счет того объема, который вносится избыточным воздухом;

– увеличится по той же причине количество азота;

– появится избыточный кислород и его объем будет тем больше, чем выше будет значение коэффициента избытка воздуха.

Отмеченное позволяет записать выражение для определения в виде:

(1.13)

и затем определить значение каждого слагаемого. Итак, имеем:

	(1.14)

Состав продуктов горения для этого случая α > 1,0 может быть определен с использованием формулы:

(1.15)

где относится к тому или иному компоненту продуктов горения.

Рассмотренные характеристики процесса горения как итоговые обычно используют также для определения температурных параметров процесса горения.