Лекция 9 (раздел 5) Основы теории горения органического топлива

Уравнения полного и неполного горения.

При ведении процесса горения необходимо систематически контролировать состав продуктов сгорания, определить коэффициент избытка кислорода. Для этого применяется газовый анализ, выполняемый с помощью газоанализаторов.

В методику расчета и определения количественного состава входит уравнение горения. Существует два уравнения горения: полного и неполного.

Уравнение полного горения

1) воздух → O₂ расходуется на горение

C,S,H, → CO₂, SO₂, H₂O

где CO₂, SO₂ – RO₂ (трехатомное соединение в сухих газах)

где

2)

где - продукты сгорания при необходимом количестве O₂

- избыток N₂ и O₂

а)

б)

в)

г)

3) Сухой газ (без воды)

4) Водяные пары

Из уравнений 1,2,3,4 следует:

где - часть воздуха расходуется на образование воды

умножаем на и получаем уравнение полного сгорания:

Пусть , где

- процентное содержание RO₂ в сухом газе

- процентное содержание O₂ в сухом газе

Получаем

Т.к. , а

следовательно:

Окончательный вид уравнения полного горения

Как вычислить β:

Из полного уравнения сгорания можно определить количество RO₂:

Если , то RO₂ не более 21%

Топливо	β	(RO2)max
Дрова	0,035	20,3
Торф	0,073	19,6
Уголь донецкий (длиннопламенный)	0,123	18,7
Мазут	0,3	16,1
Природный газ (Саратов)	0,78	11,8

Дрова, торф и уголь имеют наибольшую энергоемкость, но с точки зрения экологии их использование не рекомендуется.

Уравнение неполного горения

Недостаточно в совершенных топочных установках очень часто наблюдаются нарушения режима горения, т.е. колебание температуры и давления относительно их оптимальных значений. В результате топливо не сгорает полностью, и появляются продукты неполного сгорания – это угарный газ (CO), водород (H₂), метан (CH₄) и другие. Наиболее вероятным из них является CO. Содержание CO измеряется в лабораторных условиях при сжигании. Целью таких исследований является выбор режима, в котором содержание CO будет минимальным.

1)

2)

сухие газы (CO₂, SO₂, N₂, O₂^изб + CO)

Из уравнений 1,2 следует:

3) Для неполного сгорания

Для полного сгорания

Умножим на и введем обозначения:

4)

Если следовательно

Тогда

Уравнение неполного горения

Из него можно найти содержание CO:

Как найти β для неполного горения:

β для случая неполного сгорания будет та же что и при полном сгорании.

полное сгорание CO = 0

CO_min→ RO₂↑ в этом случае имеется предел для каждого топлива свой

CO_min→ O₂^изб ↑ при повышении коэффициента избытка воздуха (α) могут возникать и другие продукты неполного сгорания CH₄, H₂ и т.д. Оптимальный вариант определяется опытным путем.

Кинетика химических реакций горения; равновесные и неравновесные процессы горения.