3.2. Температура горіння

Розрізняють такі температури горіння газів: температуру жаропродуктивності, калориметричну, теоретичну, дійсну.

Температура жаропродуктивності

Температура жаропродуктивності - це максимальна температура продуктів повного згоряння газу, яка може розвинутися при адіабатичних умовах, тобто без підведення та відведення теплоти, з коефіцієнтом надлишку повітря = 1,0, при температурі газу і повітря, що дорівнює 0.

(3.17)

де - сума похідних питомих об’ємів і теплоємностей компонентів продуктів згоряння.

У розгорнутому вигляді температуру жаропродуктивності можна представити як

(3.18)

де - нижня теплота згоряння газової суміші в перерахунку на робочий склад палива, , /;

, , - об’єми компонентів , , , що містяться в продуктах згорання газу, /, обчислених при =1 і температурі ;

, , - питома об'ємна теплоємність при постійному тиску компонентів,,,/,при температурі жаропродуктивності газової суміші.

Температуру жаропродуктивності горючих газових сумішей визначають методом послідовних наближень, так як теплоємність газів непостійна і збільшується з підвищенням температури. Залежність теплоємності компонентів від температури представлена ​​в табл. 1 дод. II. Для визначення температури жаропродуктивності заздалегідь задаються її значенням для природних газів (близько 2000). Далі визначають їх середню теплоємність і підраховують за формулою (3.18) температуру жаропродуктивності газу. Якщо в результаті підрахунку вона виявиться нижче або вище прийнятої, то задаються інший температурою і розрахунок повторюють до тих пір, поки прийнята температура і розрахункова не співпадуть.

Температура жаропродуктивності розповсюджених простих і складних газів при їх горінні в сухому повітрі представлена ​​в табл. 8 дод. II. При спалюванні газу в атмосферному повітрі, що містить близько 1 ваг. % вологи, температура жаропродуктивності знижується на 25 ÷ 30.

Температура калориметрична

Калориметрична температура визначається без урахування дисоціації водяної пари і діоксиду вуглецю, але з урахуванням фактичної температури подаваного газу і повітря. Вона відрізняється від температури жароподуктивності тим, що температура газу і повітря, а також коефіцієнт надлишку повітря приймаються за їх дійсним значенням.

(3.19)

або в розгорнутому вигляді

(3.20)

де - фізична теплота, що вноситься в топковий обсяг з повітрям і газовим паливом, / ;

, , , - об’єми компонентів, , , , що містяться в продуктах згорання газу при дійсному коефіцієнті надлишку повітря > 1 і температурі ,/;

C^к_CO2, с^к_H2O, с^к_N2, c^к_O2 - об'ємна теплоємність при постійному тиску компонентів , , , і температурі , /.

Природні і розріджені вуглеводневі гази перед спалюванням через високу теплоту згоряння зазвичай не нагрівають, і їх об’єм у порівнянні з об'ємом повітря, що йде на горіння, невеликий, тому при визначенні калориметричної температури теплоємність газів можна не враховувати. При спалюванні газів з низькою теплотою згоряння (генераторні, доменні гази і ін) їх теплоємність (особливо нагрітих до спалювання) робить досить значний вплив на калориметричну температуру.

Фізична теплота, що вноситься в топковий об’єм,/, визначається за формулою

(3.21)

де - фізична теплота, що вноситься в паливний об’єм з газовим паливом, / ;

- фізична теплота, що вноситься в паливний об’єм з повітрям, /_.

(3.22)

де - об'ємні частки i-х компонентів, що входять до складу газової суміші. Визначаються за складом газової суміші, /;

- середня питома теплоємність при постійних тискові і температурі i-го компонента, що входить до складу газової суміші, /. Приймається за таблицями довідкової літератури або за табл. 3 дод. II;

- початкова температура газової суміші, .

(3.23)

де - дійсна витрата повітря, /. Визначається за формулою (3.11);

- середня питома теплоємність повітря при постійних тиску і температурі , /. Знаходиться за таблицями довідкової літератури або за табл. 1 дод. II;

- температура, яка подається в топковий обсяг повітря,;

Температура теоретична

Теоретична температура - це максимальна температура, яка визначається аналогічно калориметричній, але з поправкою на відбір теплоти ендотермічними реакціями (тобто, реакціями дисоціації діоксину вуглецю і водяної пари, що йде зі збільшенням об’єму і поглинанням теплової енергії) за механізмом

При високих температурах дисоціація може відбутись і далі, до утворення атомарних водню, кисню , особливо гідроксогрупи -. Крім того, при спалюванні газу завжди утворюється деяка кількість оксидів азоту. Всі реакції ендотермічні і ведуть до зниження температури горіння.

Теоретична температура горіння, , може бути визначена за формулою

(3.24)

де - сумарні витрати теплоти на часткову дисоціацію і в продуктах згорання, /;

- сума похідних об’єму і середньої питомої теплоємності продуктів згоряння з урахуванням дисоціації.

У розгорнутому вигляді

(3.25)

де а і б - ступінь дисоціації водяної пари і діоксиду вуглецю,% від вихідної їх кількості. Ступінь дисоціації зростає з підвищенням температури і зниженням їх парціального тиску в суміші продуктів згорання і приймається за табл. 7 дод. II.

До температури 1600 ступінь дисоціації мізерно мала і в розрахунках може не враховуватися, тобто. в цьому випадку теоретична температура горіння може прийматися рівною калориметричній. При більш високих температурах ступінь дисоціації може істотно знижувати температуру в робочому просторі, тому теоретичну температуру горіння необхідно визначати тільки для високотемпературних печей, що працюють на попередньо нагрітому повітрі (наприклад, мартенівські). Для котельних установок і низькотемпературних печей у цьому потреби немає.

Температура дійсна (розрахункова)

Дійсна (розрахункова) температура - це максимальна температура, яка досягається в реальних умовах в найбільш нагрітій точці факела. Вона значно нижча теоретичної і залежить від втрат теплоти у навколишнє середовище, ступеня віддачі теплоти із зони горіння випромінюванням, розтягнутості процесу горіння в часі та ін. Дійсні усереднені температури в топках промислових печей і котлів визначаються за тепловим балансом або наближено з теоретичної або калориметричної температурі горіння в залежності від температури у топках з введенням в них експериментально встановлених поправочних коефіцієнтів:

(3.26)

де - пірометричний коефіцієнт, який залежить від конструкції топки і приймається за таблицями довідкової літератури або за табл. 9 дод. II.