1.2.2. Определение массы воздуха для сжигания 1кг топлива

Массовая доля кислорода в воздухе составляет 0,23. Поэтому количество воздуха, теоретически необходимое для сжигания 1 кг топлива будет равно

, кгвоздуха/кгтоплива.

1.2.3. Коэффициент избытка воздуха

В действительности подаваемое количество воздуха отличается от теоретически необходимого. Из-за несовершенства процессов смесеобразования в энергетических установках, где стремятся максимально полно использовать энергию топлива, приходится подавать воздух в количествах, превышающих теоретически необходимое. В печах безокислительного нагрева металла, чтобы поддержать восстановительную атмосферу печи, воздуха подают меньше, то есть сознательно идут на недожег топлива.

Отношение действительно поданного воздуха ( ) к его теоретически необходимому количеству ( ) представляет собой коэффициент избытка воздуха ( ):

.

При сжигании древесины ; углей - ; при сжигании газа и мазута ; в дизелях минимальные значения близки к 1,3; карбюраторные двигатели работают в диапазоне значений от 0,8 до 1,2 (в зависимости от режима работы и конструкции двигателя).

Различают три вида топливных смесей, в зависимости от значения .

При смеси называются бедными (окислителя в зону реакции подается больше, чем требуется для полного сгорания горючего). В продуктах сгорания таких смесей содержатся следующие элементы: Н₂О, СО₂, SO₂, N₂, О₂.

При смеси называются стехиометрическими (окислителя в зону реакции подается столько, сколько требуется для полного сгорания горючего). В продуктах сгорания таких смесей содержатся следующие элементы: Н₂О, СО₂, SO₂, N₂.

При смеси называются богатыми (окислителя в зону реакции подается меньше, чем требуется для полного сгорания горючего). В продуктах сгорания таких смесей содержатся следующие элементы: Н₂О, СО₂, СО, С, N₂.

1.2.4. Определение количества и состава продуктов сгорания

Масса продуктов сгорания в соответствии с законом сохранения массы равняется сумме масс сожженного топлива и использованного для этих целей окислителя. Если в качестве окислителя использовался кислород воздуха, то масса продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании 1 кг топлива, определяется соотношением:

,

то есть при прочих равных условиях масса продуктов сгорания растет с увеличением коэффициента избытка воздуха. Это приводит к снижению жаропроизводительности, а также увеличивает количество теплоты, уносимой с уходящими газами.

1.2.5. Определение состава продуктов сгорания

Определение состава продуктов сгорания производится аналогично определению потребного количества окислителя. В основу этого расчета также кладутся балансовые уравнения 1.1, 1.2 и 1.3.

Количество влаги определяется по соотношению:

.

Количество диоксида углерода:

Количество диоксида серы:

Кроме того, надо учесть, что в продукты сгорания переходит практически весь азот поданного для горения воздуха:

,

где 0,77 – массовая доля содержания азота в воздухе.

А также кислород, содержащийся в избыточной части поданного воздуха:

.

1.2.6. Определение температуры конца сгорания

Температура конца сгорания определяется из уравнения теплового баланса сжигающего устройства:

,

где – коэффициент полноты сгорания горючего;

– масса горючего;

– низшая теплота сгорания горючего;

– теплоемкость горючего;

– температура горючего при поступлении его в зону реакции;

– температура начала реакции;

– теплоемкость окислителя;

– масса окислителя;

– температура окислителя;

– теплоемкость продуктов сгорания;

– масса продуктов сгорания;

– температура конца сгорания (адиабатная температура).

В этом уравнении первое слагаемое означает количество теплоты, образующееся в результате сгорания горючего. Второе – количество теплоты, вносимое горючим в зону реакции. Третье – количество теплоты, вносимое окислителем в зону реакции. Правая часть уравнения означает количество теплоты содержащейся в продуктах сгорания.