Лекция_2._Расчет_горения_топлива. 2. Расчет горения твердых, жидких и газообразных топлив. Составы продуктов полного и неполного сгорания топлива Расчет горения топлива является важнейшим теплотехническим расчетом.

Название	2. Расчет горения твердых, жидких и газообразных топлив. Составы продуктов полного и неполного сгорания топлива Расчет горения топлива является важнейшим теплотехническим расчетом.
Дата	13.04.2023
Размер	369.53 Kb.
Формат файла
Имя файла	Лекция_2._Расчет_горения_топлива.pdf
Тип	Документы #1060775

2. Расчет горения твердых, жидких и газообразных топлив. Составы продуктов полного и неполного сгорания топлива Расчет горения топлива является важнейшим теплотехническим расчетом. Целью расчета являются Определение расхода окислителя, необходимого для горения данного вида топлива
• Определение выхода и состава продуктов горения. В основе расчетов процесса горения лежат химические реакции окисления горючих компонентов топлива.
2.1. Теоретически необходимый расход воздуха для сжигания топлива. Коэффициент избытка воздуха
В основе процесса горения топлива лежат химические реакции окисления горючих компонентов топлива углерода, водорода и серы - для твердых и жидких топлив и углеводородов
C
m
H
n
, H
2
, H
2
S - для горючих газов. В качестве окислителя в процессах горения топлива в котельных агрегатах используется атмосферный воздух, содержащий 21% об. кислорода и 79% об. азота. Теоретический расход кислорода, мкг, необходимый для полного сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива конкретного состава с учетом кислорода, содержащегося в рабочей массе топлива где
r
o
2
– плотность кислорода при нормальных условиях ( О =1,428 кг/м
3
).
При сжигании газообразного топлива происходят следующие реакции

Теоретический расход кислорода, мОм, необходимый для полного сжигания топлива известного состава с учетом имеющегося в этом топливе кислорода:
В качестве окислителя при сжигании топлива в котельных агрегатах используется атмосферный воздух, который представляет собой сложную смесь различных газообразных веществ. В состав воздуха входят кислород - 21%; азот - 78%; углекислый газ, инертные газы и др. - 1%. Для технических расчетов обычно принимают условный состав воздуха, который включает только два компонента кислород - 21% и азот - 79%. Если в качестве окислителя используется нечистый кислорода воздух, его теоретический расход, необходимый для полного сгорания топлива, мкг или мм, составляет На практике, при сжигании топлива, воздуха подают несколько больше, чем это требуется по теории.
Отношение действительного расхода воздуха в д , подаваемого на сжигание топлива, к его теоретическому значению в называется коэффициентом избытка воздуха:
Значение коэффициента избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, конструкции горелочного и топочного устройства и обычно находится в пределах 1,05…1,5. Для эффективного сжигания топлива необходимо правильно выбирать значение коэффициента избытка воздуха, которое во многом определяет экономичность процесса горения. Выходи состав продуктов полного сгорания топлива
В общем случае, для всех видов топлива, теоретический суммарный выход продуктов полного сгорания, мкг или мм, можно представить в виде где V
RO
2
=
V
CO
2
+
V
SO
2
- объем сухих трехатомных газов. При коэффициенте избытка воздуха a=1 и полном сгорании топлива газообразные продукты не содержат кислорода и состоят из CO
2
, SO
2
, N
2
и Для твердых и жидких топлив выход трехатомных сухих продуктов сгорания определяется из ранее приведенных выражений для горения отдельных горючих элементов топлива (формулы (1) - (3)): Теоретический объем азота, мкг, переходящего в продукты сгорания из воздуха и топлива, определяется по формуле Теоретический объем водяного парам кг
𝑉
!
!
"
#
= р+ р+ 0,00124𝑑
в
𝑉
в
#
+ 1,24𝐺
ф
где первое слагаемое — водяной пар, образующийся при сгорании водорода второе слагаемое - влага, внесенная топливом третье слагаемое - влага, внесенная с воздухом и четвертое - форсуночный или дутьевой пар
В этой формуле в — влагосодержание воздуха, гм ф — расход пара на распыл мазута ф 0,3…0,4 кг пара/кг топлива. Для газообразного топлива объем сухих трехатомных продуктов сгорания, мм Теоретический объем азота, мм
𝑉
'
!
#
= в+ Теоретический объем водяных паров, мм где г — влагосодержание газообразного топлива, г/м
3
.
При коэффициенте избытка воздуха a > 1 продукты сгорания содержат дополнительное количество воздуха и влагу, внесенную этим воздухом, что увеличивает объем сухих продуктов сгорания и объем водяных паров. В связи с этим при a > 1 для твердого, жидкого и газообразного топлива имеем, мкг или мм
𝑉
сг
= 𝑉
+"
!
+ 𝑉
'
!
#
+ ( 𝛼 − в 𝑉
!
!
"
#
+ в − 1)𝑉
в
#
𝑉
г
= 𝑉
сг
+ Состав дымовых газов по их парциальным давлениям Давление в топке близко к атмосферному давлению и составляет Р = МПа Концентрация отдельных компонентов продуктов горения
2.3. Условия полного сгорания топлива. Продукты полного и неполного сгорания топлива
Условия, необходимые для полного сгорания топлива
• непрерывный подвод топлива в зону горения непрерывный подвод окислителя (воздуха) в достаточном количестве хорошее перемешивание топлива с окислителем достаточная температура в топке достаточное время пребывания топливовоздушной смеси в топке;
Если хотя бы одно из перечисленных выше условий не выполняется, то появятся продукты неполного сгорания топлива.
При полном сгорании любого топлива с теоретически необходимым количеством воздуха состав продуктов сгорания, выраженный в объемных процентах:
СО
2
+ SO
2
+ НО + N
2
= При полном сгорании топлива и избытке окислителя (те. при a >1) в продуктах сгорания будет присутствовать также избыточный кислород:
СО
2
+ SO
2
+ НО + N
2
+ О = При недостатке окислителя или плохом перемешивании сгорание топлива будет неполными в продуктах горения появятся горючие газы – вначале оксид углерода СО, затем водород Ни метан СН
4
Таким образом, в общем случае полный состав продуктов сгорания при сжигании топлива сбудет следующим, СО + НО+ N
2
+ СОН+ СН
4
= Помимо газообразных компонентов в продуктах сгорания может быть и сажа. Основное уравнение горения (баланс кислорода воздуха+ b
)
×RO
2
+(0,605+ b
)
×CO +O
2
= 21% b
- топливная характеристика, примерно равная для различных топлив: Для твердых и жидких топлив b
может быть определена по формуле Основное уравнение горения может быть использовано для контроля процесса горения топлива. Контроль процесса горения топлива
Контролировать процесс горения топлива можно следующими способами а) визуальным путем, по таким характеристикам факела как его длина, цвет, светимость и т.д. Это весьма субъективный метод оценки, ион доступен лишь весьма опытным машинистам котлов;
б) по составу продуктов сгорания, производимому с помощью газоанализаторов.
При анализе продуктов сгорания следует, прежде всего, обращать внимание на содержание оксида углерода СО. Отсутствие СО свидетельствует о полном сгорании топлива и отсутствии потерь теплоты от химической неполноты сгорания. При наличии СО в продуктах сгорания необходимо увеличить подачу воздуха таким образом, чтобы полностью исключить его образование, либо установить его минимальное значение (в соответствии с производственной инструкцией или режимной картой).
Отсутствие СО в продуктах сгорания вовсе не свидетельствует о качественном сжигании топлива. Помимо СО необходимо знать содержание кислорода, либо сухих трехатомных газов
RO
2
в продуктах сгорания. С помощью этих компонентов можно установить важнейшую величину, характеризующую качество сжигания топлива, - коэффициент избытка воздуха.
Наиболее точно этот коэффициент подсчитывается по азотной формуле, которая для случая полного сжигания топлива имеет вид где О, N
2
— содержание О ив сухих продуктах сгорания, % об
N
2
= 100 ― (RO
2
+ O
2
). При неполном сгорании топлива азотная формула приобретает вид где Си содержание в продуктах сгорания соответственно метана, оксида углерода и водорода, % об
Для примерной оценки значения a, при отсутствии в дымовых газах горючих омпонентов пользуются углекислотной формулой