Шрифт:
Скорость горения, как и скорость других химических реакций, зависит, в частности, от концентрации реагирующих веществ. Поэтому теоретически необходимого количества воздуха оказывается недостаточно для полного сгорания топлива: на последней стадии горения скорость реакций станет недопустимо малой – топливо не успеет сгореть в зоне высоких температур. Именно поэтому в топку подают количество воздуха, превышающее теоретически необходимое. Отношение первого ко второму называют коэффициентом избытка воздуха и традиционно обозначают первой буквой греческого алфавита – . Следовательно,
= VB / VBO, (4.6)
где VB и VBO – фактический и теоретически необходимый расходы воздуха (м3/кг или м3/м3).
В некоторых странах используют не «коэффициент» (отношение), а «избыток» воздуха в процентах, то есть 100 (VB – VBO) / VBO. Понятно, что = 1,15, например, соответствует избытку воздуха 15 %, = 1,2–20 %, и т. д.
После завершения топочного процесса в котле образуются продукты сгорания, состав и количество которых имеют большое значение как для процессов теплообмена и аэродинамики в конвективных поверхностях нагрева, так и для анализа проблемы загрязнения атмосферного воздуха.
Если пренебречь ничтожно малым объемом монооксида углерода Vco, то можно считать, что газообразные продукты сгорания – это трехатомные газы: (Vco2+ Vso2), азот VN2 и водяные пары VH2O. Объем трехатомных газов VRO2 (м3/кг) удобно выразить в виде одного члена:
Объем азота при сжигании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха будет равен сумме азота воздуха и молекулярного азота, образовавшегося из азотсодержащих компонентов топлива:
Объем водяных паров в продуктах сгорания складывается из нескольких составляющих: водяного пара, образовавшегося при сгорании водорода топлива, испарившейся влаги топлива и, наконец, влаги, внесенной в топку вместе с теоретически необходимым количеством воздуха:
В этом уравнении принято, что влагосодержание воздуха в = 10 г/кг. В тех случаях, когда в котле сжигается мазут с использованием форсунок парового распыливания, необходимо добавить еще один член – 1,24 GФ, где GФ – расход пара, кг/кг.
Объем водяных паров при фактическом расходе воздуха (>1) будет несколько больше за счет водяных паров, содержащихся в дополнительном воздухе (-1):
Таким образом, окончательное выражение для подсчета объема продуктов сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива К (м3/кг) имеет вид:
При сжигании газообразного топлива теоретический объем азота, как и в случае с углем, состоит из азота воздуха и молекулярного азота, присутствующего в топливе:
Объем трехатомных газов VRO2 (м3/м3) при сжигании газа равен:
Теоретический объем водяных паров также рассчитывается по формуле, отличающейся от аналогичной зависимости для угля:
Здесь dг.тл – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, г/м3. Теперь, для определения объема водяных паров и общего объема дымовых газов при сжигании газообразного топлива с >1,0 можно воспользоваться уравнениями (4.10) и (4.11).
В некоторых случаях требуется определить плотность сухого газа dг.тл (кг/м3). Зная состав газа, легко рассчитать dг.тл при нормальных условиях:
dг.тл = 0,01[1,96CO2 + 1,52H2S + 1,25N2 + 1,43О2+ 1,25СО + 0,0899Н2 + (0,536m + 0,045n)СmНn]. (4.15)
После этого можно определить массу дымовых газов (кг/м3) при сжигании природного газа: