3.2. Определение количества и состава продуктов сгорания.

Рассмотрим пример горения газа (98 % СН₄ и 2 % N₂) сначала при коэффициенте расхода воздуха, равным 1. Определим последовательно количества каждой составляющей продуктов сгорания. При сжигании 1 м³ СН₄ образуется 1 м³ СО₂ и 2 м³ Н₂О, а при сжигании 0,98 м³ СН₄ образуется 0,98 м³ СО₂ и 1,96 м³ Н₂О.

Кроме того, вносится азота:

с воздухом . . . . . 1,96 ∙ 3,76 = 7,38

с газом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,02

––––––––––––––––––––––

Итого . . . . . 7,40

Полное количество продуктов сгорания составит 0,98 + 1,96 + 7,40 = 10,34 м³.

Состав продуктов сгорания будет следующий, %:

СО₂. . . . . . . . ∙ 100 = 9,45

Н₂О. . . . . . . . ∙ 100 = 18,9

N₂. . . . . . . . . ∙ 100 = 71,65

–––––––––––––––––––––––––––––––

Итого. . . . . . . . . . . . . 100

При сжигании газа с коэффициентом расхода воздуха, большем единицы, количество и состав продуктов сгорания изменяются. Например, при n = 1,2 в продуктах сгорания рассматриваемого состава будет 0,98 м³ СО₂; 1,96 м³ Н₂О; 1,96 ∙ 1,2 – 1,96 = 0,39 м³ О₂ и 1,96 ∙ 1,2 ∙ 3,76 + 0,02 = 8,86 м³ N₂.

Полное количество продуктов сгорания составит 0,98 + 1,96 + 0,39 + 8,86 = 12,19 м³.

Состав продуктов сгорания будет следующий, %:

СО₂. . . . . . . . ∙ 100 = 8,05

Н₂О. . . . . . . . ∙ 100 = 16,1

О₂. . . . . . . . . . ∙ 100 = 3,2

N₂. . . . . . . . . ∙ 100 = 72,65

–––––––––––––––––––––––––––––––

Итого. . . . . . . . . . . . . 100

При расчетах горения необходимо составлять материальный баланс, определяя массы исходных веществ и образующихся продуктов сгорания. Для рассмотренного выше примера горения в воздухе газа ( 98 % СН₄ и 2 % N₂) при n = 1 материальный баланс будет выглядеть следующим образом:

Поступило, кг: Получено, кг:

СН₄. . . . .0,98 ∙ 16 / 22,4 = 0,7 СО₂. . . . . . 0,98 ∙ 44 / 22,4 = 1,925

О₂. . . .. . .1,96 ∙ 32 / 22,4 = 2,8 Н₂О. . . . . .1,96 ∙ 18 / 22,4 = 1,575

N₂. . (7,38 + 0,02) ∙ 28 / 22,4 = 9,25 N₂. . . . . . . . 7,4 ∙ 28 / 22,4 = 9,25

–––––––––––––––––––––––––––––– ––––––––––––––––––––––––––––––

Итого. . . . . . . . . . 12,75 Итого . . . . . . . . . . . . 12,75

При составлении материального баланса погрешность не должна превышать 5 %.

3.3. Определение температуры горения.

Под температурой горения понимают ту температуру,которую приобретают продукты сгорания в результате сообщения им тепла, выделенного при сжигании. Различают теоретическую и калориметрическую температуры горения.

Теоретическую температуру горения t_т определяют с учетом процессов диссоциации, протекающих при образовании продуктов сгорания:

t_т = , (3)

где - теплота сгорания топлива, кДж/м³ или кДж/кг;

q_дисс – тепло, израсходованноеина процессы диссоциации, кДж/м³ или кДж/кг;

V_пр – объем продуктов сгорания, образующихся при сгорании единицы топлива,

с – объемная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м³∙ град) или кДж/(кг ∙ град).

Калориметрическую температуру t_к определяют из условия полного сгорания топлива и использования всего выделившегося при горении тепла только на повышение температуры продуктов сгорания при адиабатных условиях (отсутствие теплообмена с внешней средой) и n = 1.

t_к = (4)

При подогретом воздухе (или топливе) калориметрическую температуру определяют по выражению

t_к = , (5)

где Q_ф – физическое тепло подогретых воздуха и топлива.

Газообразные продукты сгорания любого топлива представляют собой смесь различных газообразных составляющих. Каждой из этих составляющих при той или иной температуре присуща определенная величина теплоемкости. Это дает возможность определить теплоемкость теплоемкость продуктов сгорания в целом для соответствующей температуры. Например, теплоемкость продуктов сгорания, состоящих из 9,45 % СО₂, 18,9 % Н₂О и 71,65 % N₂ при температуре 1500 ˚ С может быть определена следующим образом.

Объемные теплоемкости при этой температуре составят (см. приложение 1)

для СО₂ 2,3636 кДж/(м³∙ град),

для Н₂О 1,8389 кДж/(м³∙ град),

для N₂ 1.447 кДж/(м³∙ град).

В 1 м³продуктов сгорания содержится 0,0945 м³ СО_2, 0,189 м³ Н₂О, 0,7165 м³ N₂.

Следовательно_, теплоемкость 1 м³ продуктов сгорания будет равна:

СО₂. . . . . .2,3636 ∙ 0,0945 = 0,223

Н₂О . . . . . . 1,8389 ∙ 0,189 = 0,348

N₂ . . . . . . . .1,447 ∙ 0,7165 = 1,035

–––––––––––––––––––––––––––––

Итого . . . . . .. . . . . . 1,606

Кроме теплоемкостей пользуются также величинами энтальпий. Энтальпия представляет собой произведение теплоемкости газа при постоянном давлении на температуру:

i = с_рt кДж/м³.

Например, энтальпия СО₂при температуре 1500 ˚ С равна

i (СО₂) = 2,3636 ∙ 1500 = 3545,34 кДж/м³.

Величины энтальпии для различных газов приведены в приложении 3.

3. 4. Основные формулы для расчета горения топлива.

Сведем все формулы, необходимые для расчета горения топлива, в таблицу.

Таблица 3