1.4. Определение выхода и состава продуктов горения

При полном горении топлива и стехиометрических соотношениях компонентов горения продукты горения состоят из СО₂, SО₂, Н₂О и N₂. При сжигании топлива с коэффициентом расхода воздуха n >1, кроме указанных составляющих, в продуктах горения присутствует избыточный кислород О_2изб. С целью упрощения расчетов объем SO₂ заменяется на равновеликий объем СО₂, т.е.

(14)

Количество образовавшихся диоксидов серы и углерода точно соответствует объему кислорода, израсходованному на образование этих компонентов.

Влага продуктов горения состоит из влаги топлива и воздуха, полностью перешедшей в продукты горения, и влаги, образовавшейся при окислении водородсодержащих компонентов.

Основная доля азота поступает из воздуха, а небольшая часть переходит из топлива.

Содержание избыточного кислорода в продуктах горения зависит от величины коэффициента расхода воздуха. Расчет количества составляющих сведен в табл. 4.

Таблица 4

Расчет количества составляющих продуктов горения

Для жидкого и твердого топлива	Для газообразного топлива

где W_P – расход пара в качестве распылителя мазута, кг/кг.

Расход пара в качестве распылителя выбирается в зависимости от конструкции форсунки в пределах 0,5-0,7 кг/кг мазута.

Объем продуктов полного горения единицы топлива представляет собой сумму всех четырех составляющих

(15)

Состав продуктов горения определяется как отношение содержания каждого компонента к объему продуктов полного горения единицы топлива, выраженное в процентах:

(16)

; .

Плотность рассчитывается по правилу аддитивности в соответствии с составом продуктов горения

(17)

1.5. Определение теоретической и действительной температур горения

Теоретическая температура горения Т_т соответствует наивысшей действительной температуре продуктов горения при реальных значениях объемов продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании единицы топлива (Q_H, q_T, q_B) при коэффициенте расхода воздуха n=1, а также при идеальных условиях, исключающих теплоотдачу и недожог топлива кроме химического недожога, обусловленного диссоциацией, степень которой соответствует термодинамическому равновесию реакции горения при T_т. Теоретическая температура определяется по величине общей удельной теплоты продуктов горения

(18)

Ввиду сложности определения величин С_Г и q_дис, которые зависят от искомой температуры горения, непосредственное применение формулы (18) для определения Т_т затруднительно. Поэтому при теплотехнических расчетах пользуются i - t диаграммами (прил. 3-5), исходя из величины общей теплоты продуктов горения, отнесенной к 1 м³ их объема i_общ, тогда:

(19)

где q_B, q_T - физическая теплота подогретых соответственно воздуха

и топлива.

Расчет физической теплоты, вносимой влажным воздухом, расходуемым на окисление единицы топлива, проводится по формуле (20). Данная величина определяется по фактическому расходу L_n, энтальпии при соответствующей температуре его подогрева t_B и влагосодержанию d_B.

(20)

(21)

где - доля водяных паров, содержащихся в одном кубическом

метре влажного воздуха;

t_в – температура подогрева воздуха, ⁰С.

(22)

где d_B – влагосодержание, отнесенное к сухому воздуху, г/м³.

При нагреве газа до 500С расчет физической теплоты топлива q_Т проводится по интерполяционной формуле

(23)

где t_T - температура подогрева топлива, С;

V_n - выход продуктов горения, м³/м³;

CH₄, C₂H₄… - содержание компонентов во влажном газе, %.

При нагреве газа свыше 500С расчет физической теплоты газа q_Т может быть выполнен по выражению

(24)

Теплота, вносимая в зону горения твердым и жидким топливом, весьма мала и ею можно пренебречь.

Рассчитать теоретическую температуру горения Т_т, в зависимости от сорта топлива, можно по формулам:

для 1-й группы топлив, теплота сгорания у которых выше 12500 кДж/м³, включая природный и коксовый газы, а также их смеси с доменным газом:

(25)

для 2-й группы топлив, теплота сгорания у которых находится в пределах 8400-12500 кДж/м³, включая коксодоменную смесь, паровоздушный генераторный газ, мазут, каменный уголь, антрацит, кокс:

(26)

для 3-й группы топлив, теплота сгорания у которых ниже 8400 кДж/м³, включая коксодоменную смесь, водяной генераторный газ, бурый уголь, горючие сланцы, торф, дрова:

(27)

где V_L – содержание свободного воздуха в продуктах горения, %.

(28)

Вышеприведенные формулы (25)-(28) справедливы при V_L<80% и теоретических температурах от 1400 до 2800 С.

Проверку полученного значения теоретической температуры горения топлива можно провести по I–t диаграммам С.Г. Тройба (прил. 2-4).

Теоретическая температура горения превосходит максимальную температуру газов в металлургических печах на 1030%. Поэтому действительная температура может быть получена как произведение Т_т и пирометрического коэффициента (η_пир)

(29)

Величина пирометрического коэффициента зависит от интенсивности теплоотдачи газов. Для топочного пространства _пир=0,750,9.

Для рабочего пространства нагревательных печей эта величина ниже и составляет _пир =0,70-0,75.

Найденную t_Д сравнивают с максимальной температурой печи t_эф. Если t_Д ³ t_эф, то делают вывод о пригодности топлива при данных условиях сжигания в проектируемой нагревательной печи. В противном случае, принимают меры к повышению t_Д за счет подогрева воздуха до более высокой температуры, обогащения дутья кислородом или даже замены топлива.