Топливо и его сжигание. Состав, расчет горения топлива.

2. Расчеты горения топлива

При тепловом расчете топливосжигающих установок (паровых и водогрейных котлов, промышленных огневых печей, двигателей внутреннего

сгорания), а также при обработке результатов их испытаний определяют следующие характеристики и величины:

• теоретический и действительный расходы воздуха V0 и Vд, необходимые для сгорания 1 кг твердого и жидкого топлива или 1 м3 газообразного топлива;

• состав и объем продуктов сгорания Vг (дымовых газов);

• энтальпию дымовых газов при требующихся температурах и коэффициентах избытка воздуха Тг.

Для полного сгорания топлива требуется некоторый избыток воздуха против теоретического расхода. Избыток воздуха характеризуется так называемым коэффициентом избытка aт (иногда называемым коэффициентом расхода воздуха). Он зависит от способа сжигания топлива, качества смесеобразования топлива с воздухом и ряда других факторов.

Коэффициент избытка воздуха представляет собой отношение действительного расхода воздуха к теоретическому, т. е.

aт= Vд/V0. (1.9)

При полном сгорании дымовые газы (продукты сгорания) состоят из СО2 и SО2, получившихся при сгорании углерода и летучей серы, водяного пара, образующегося при испарении влаги топлива и сгорании его водорода, азота, подводимого в топку (камеру сгорания) с воздухом, и, наконец, кислорода, не использованного при горении.

Объем продуктов сгорания определяется по формуле

Vг= VCO2 VSO2 VH2O VN2 VO2. (1.10)

При проведении химического анализа дымовых газов содержание СО2 и SO2 определяется совместно, поэтому в расчетные формулы вводится сумма количества СО2 и SO2, обозначаемая символом RO2, тогда

Vг= VRO2 VN2 VO2 VH2O= Vс. г VH2O. (1.11)

где Vс. г — объем сухих дымовых газов:

Vс. г= VRO2 VN2 VO2. (1.12)

В табл. 1.8 приведены расчетные формулы для определения объемов воздуха и продуктов полного сгорания для твердых, жидких и газообразных видов топлива. В этих формулах Ср, Нр, …; СО, Н2, СН4, … — содержание соответствующих элементов и компонентов в рабочем топливе, %; aт— коэффициент избытка воздуха; dв- влагосодержание сухого воздуха, г/м3 (обычно принимается 10 г/м3).

В случае отсутствия элементарного состава сжигаемого топлива при известном значении Qнр и Wр можно пользоваться эмпирическими формуламитабл. 1.9.

Основой тепловых расчетов топливоиспользующих устройств является энтальпия продуктов сгорания, которую принято рассчитывать на единицу количества топлива, из которого получились эти продукты.

Таблица 1.8. Расчетные формулы для определения объемов воздуха и продуктов полного сгорания при нормальных условиях

Определяемые величины

Для твердого и жидкого топлива, м3/кг

Для газообразного топлива, м33

Теоретически необходимое количество воздуха

V0=[0,0889(Ср 0,375Sр) 0,2665HP – 0,033Ор]*(1 0,00124dв)

V0= 0,0476[0,5СО 0,5Н2 1,5H2S 2CH4 ∑(m n/4)CmHn– O2](1 0,00124dв)

Действительное количество воздуха

Vд= aтV0

Количество продуктов полного сгорания

VCO2= 0,0187 Cp;

VH2O= 0,112Hp 0,00124WP 0,0124Vдdв;

VSO2= 0,07 Sp ;

VO2= 0,21(aт– 1)V0;

VN2= 0,008Np 0,79Vд

VCO2=(СО CО2 СН4mCmHn)0,01;

VH2O=(H2 H2S 2CH4 CmHn 0,124Vдdв)0,01;

VSO2= 0,01 H2S;

VO2= 0,21 (aт l) VO; VN2=(N2 79Vд)0,01

Состав продуктов сгорания, %

Vг= VCO2 VH2O VSO2 VO2 VN2

СО2=(VCO2/ Vг)100 и т.д.

Таблица 1.9. Эмпирические формулы для определения V0и Vг, м3/кг или м3/м3 при нормальных условиях

Топливо

Теоретически необходимое количество воздуха

Действительное количество продуктов сгорания

Дрова

Уголь

Жидкое топливо

Газообразное топливо с Qнр< 12 МДж/м3

То же с Qнр> 12 МДж/м3

Коксодоменная печь

V0= 4,66 (1 – Wp/1000)

V0 = 0,24 Qнр 0,5

V0= 0,2 Qнр 2

V0= 0,21 Qнр

V0 = 0,26 Qнр– 0,25

V0 = 0,24 Qнр– 0,2

Vг= 5,3 – 4,055Wp/1000 (a – 1)V0

Vг= 0,21Qнр 1,65 (a – 1)V0

Vг= 0,265 Qнр (-1)V0

Vг= 0,17 Qнр 1 (a – 1)V0

Vг= 0,27 Qнр 0,25 (- 1)V0

Vг= 0,225 × 0,765 (a – 1)V0

Примечание: Qнр – в МДж/кг или МДж/м3 при нормальных условиях (1 ккал = 4,187 кДж).

Энтальпия продуктов сгорания вычисляется как произведение их объема при нормальных условиях на объемную теплоемкость при постоянном давлении и на температуру, кДж/кг или кДж/м3:

Iг = Vгсгt, (1.13)

где t – температура, оС; Vг -полный объем продуктов сгорания, м3/кг или м3/м3, на единицу топлива; сг – средняя в диапазоне температур 0 – t оС теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кг× оС) или кДж/(м3× оС).

Расчет энтальпии продуктов сгорания, кДж/кг или кДж/м3, производится по формуле

Iг= VCO2(cϑ)CO2 VSO2(cϑ)SO2 VH2O(cϑ)H2O VN2(cϑ)N2 VO2, (1.14)

где VCO2, VSO2, VH2O, VN2, VO2— объемы продуктов полного сгорания, определяемые по табл. 1.8; (cϑ)CO2, (cϑ)

Таблица 1.10. Энтальпия газов и воздуха при различных температурах и постоянном давлении 101 кН/м2 (760 мм рт. ст.), кДж/м3

Температура,°С

(cϑ)CO2

(cϑ)H2O

Сухой воздух

(cϑ)N2

(cϑ)O2

(cϑ)H2

(cϑ)CO

(cϑ)SO2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

100

171

150

130

130

132,3

129,2

130,2

182

200

360,6

302,4

261,9

261,6

267,2

259,6

261,5

379,4

300

563,9

418,7

395,7

394,6

409,4

390,6

395,7

589,5

400

777,1

623,4

533

530,1

551,4

521,7

532,2

810,2

500

1001,1

600,2

672,4

667,8

699,6

654

671

1037,9

600

1236,4

964,3

814,7

389,4

850,8

785,9

802,2

1272,4

700

1475,1

1143

959

950,9

1004,5

919,5

960,7

1510,7

800

1718,8

1328,9

1106,9

1098,7

1160,5

1086,9

1110,3

1751,8

900

1967,5

1526,8

1259,4

1247,7

1320,2

1245,3

1261,1

1997,6

1000

2219,5

1721

1412,3

1399,3

1479,7

1330,2

1414,4

2243,8

Энтальпию Iгопределяют для нескольких значений ϑ и a. На основании этих подсчетов строят кривые зависимости Iгот ϑ для нескольких a, по которым можно определить объемную энтальпию дымовых газов при заданных температуре и коэффициенте избытка воздуха.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
MoskvaTeplo.ru