2.5.1. Состав продуктов горения жидкого топлива

Продукты горения при состоят из углекислого и сернистого газов, водяного пара и азота. Выразим отдельно объемы этих газов, а затем их просуммируем.

При горении 1 кмоля С образуется 1 кмоль СО₂, объем которого равен 22,4 м³. Поэтому на 1 кг углерода образуется 22,4/12 = 1,867 м³ СО₂. Рассуждая аналогично, можно показать, что при горении 1 кг серы образуется 22,4/32 = 0,7 м³ SО₂.

Обычно содержание углекислого и сернистого газов определяют одновременно и анализом находят суммарное количество этих газов, которое обозначают RО₂, т. е. RО₂ = СО₂ + SО₂. Поэтому объем м³/кг топлива.

Определим количество водяного пара, образующегося при горении водорода. В продукты горения переходит также влага топлива и воздуха. Кроме того, в некоторых случаях для распыливания мазута используют пар, который полностью переходит в продукты горения.

В соответствии с реакцией при горении водорода образуется 2 моля водяного пара. Тогда на 1 кг водорода образуется 2-22,4/(2 · 2) = 11,2 м³ пара.

В топливе содержится кг влаги с молекулярной массой 18. Тогда на 1 кг влаги образуется 22,4/18 = 1,24 м³ пара. На распыливание 100 кг мазута затрачивают W = 124 м³ пара.

Суммарное количество водяного пара в продуктах горения в м³/кг мазута

Помимо R0₂ и водяного пара в продуктах полного горения содержится и азот. В продукты горения переходит также и азот топлива; объем 1 кг N₂ составляет 22,4/28 =0,8 м³. Кроме того, в продукты горения полностью перейдет азот воздуха в количестве м³.

Тогда суммарный объем азота, м³/кг

Объем влажных продуктов сгорания при м³/кг:

.

Объем влажных продуктов сгорания при увеличится в результате дополнительного введения кислорода и азота сверх теоретического количества.

Объем избыточного кислорода С избыточным кислородом вводится азот: -

Тогда объем влажных продуктов сгорания мазута при , м³/кг:

.

2.5.2. Состав продуктов сгорания газообразного топлива.

В соответствии с реакциями горения газов в продуктах полного сгорания содержатся диоксиды углерода и серы (R0₂) водяной пар, азот.

Объем RО₂, в м³/м³

Углекислый газ, содержащийся в топливе, полностью переходит в продукты сгорания. При горении 1 м³ СО образуется также 1 м³ СО₂. Если в газе содержится углеводород типа C_mH_n то. при его горении образуется mCО₂. Полностью в продукты сгорания перейдет также и сернистый газ, содержащийся в газе.

Водяной пар образуется при горении углеводородов, водорода и сероводорода. Тогда количество водяного пара в продуктах полного горения, м^?/м³

.

Объем азота, м³/м³

Тогда объем влажных продуктов горения в газе при м³/м3

При сжигании газа с в продуктах горения будут введены дополнительные количества кислорода и азота.

Тогда при объем влажных продуктов, м³/м³

?

Зная количество отдельных составляющих, а также суммарные объемы, можно вычислить состав влажных и сухих продуктов сгорания в объемных процентах.

Теоретическая температура горения — это наивысшая температура продуктов сгорания с учетом недожога топлива, °С:

где — физическая теплота воздуха, расходуемого на горение единицы топлива, кДж/м³ или кДж/кг; — физическая теплота единицы топлива, кДж/м³ или кДж/кг; — средняя теплоемкость продуктов горения в интервале температур от 0 °С до t, кДж/(м³-^ч°С); — объем продуктов горения, м³/кг или м³/м³.

Температура будет тем больше, чем больше числитель дроби и меньше знаменатель. Следовательно, повысить температуру горения можно подогревом топлива и воздуха, а также уменьшением недожога при применении более совершенной конструкции топливосжигающего устройства. Уменьшить объем продуктов горения можно, увеличивая содержание кислорода в дутье, что снижает количество балластного азота. При использовании мазута влияние подогрева топлива на температуру горения можно не учитывать, так как мазут подогревают всего на несколько десятков градусов. При отоплении печей природным газом его обычно сжигают не подогретым. Целесообразнее использовать подогретый воздух, так как на 1 м³ природного газа или 1 кг мазута расходуется примерно 11 —12 м³ воздуха. Температура горения может быть повышена при уменьшении объема продуктов горения за счет улучшения перемешивания топлива с воздухом, т. е. при уменьшении коэффициента расхода воздуха а.

Уравнение содержит две неизвестные величины: температуру и теплоемкость газов. Для облегчения расчета температуры уравнение представляют в виде

где — теплосодержание (энтальпия) продуктов горения, кДж/м³; — теплосодержание единицы объема продуктов горения от химической теплоты топлива, подогрева воздуха и газа.

Средняя теплоемкость воздуха в зависимости от температуры имеет следующие значения:

t °C	0	100	200	300	400
с, кДж/(кг°С)	1,298	1,302	1,309	1,318	1,330

Температуры горения природного газа и мазута в зависимости от теплосодержания дымовых газов имеют следующие значения:

i, кДж/м3	2405	2585	2785	2955	3170	3385	3625	3890	4190	4520	5015
t, °C	1500	1600	1700	1800	1900	2000	2100	2200	2300	2400	2500

Практическая температура горения , наблюдаемая в печи, всегда немного ниже теоретической, так как процесс горения сопровождается потерей теплоты печью в окружающую среду: чем больше теряется теплоты, тем ниже практическая температура горения:

где — пирометрический коэффициент; для нагревательных печей он равен 0,65—0,75.