Теоретические основы теплотехники. Ляшков В.И. - 137 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

О
сновой технических расчетов горения являются материальные балансы итоговых реакций горения всех горючих
компонентов топлива, ибо каким бы сложным ни был состав топлива, углерод в конечном счете сгорает до СО
2
, водород – до
Н
2
О, сера – до SO
2
. Окислителем обычно служит воздух. Количество его должно быть, естественно, достаточным для
полного сгорания всех горючих элементов. Эти реакции запишем в виде следующих стехиометрических уравнений
С + О
2
= СО
2
, 2С + О
2
= 2СО,
2Н
2
+ О
2
= 2Н
2
О, S + O
2
= SO
2
,
2СО + О
2
= 2СО
2
и др.
Для первой реакции, где на один моль углерода нужно затратить два моля кислорода, чтобы получился один моль
углекислого газа, материальный баланс запишется так:
12 кг С + 32 кг О
2
= 44 кг СО
2
.
Такие балансы позволяют определять (составлением пропорций) как необходимое для сгорания количество кислорода,
так и количество продуктов реакции. Учитывая, что атмосферный воздух содержит 23 % по массе кислорода, можно
определить теоретически необходимое для полного сгорания количество воздуха на каждый из горючих элементов, и, зная
элементарный состав топлива – для сгорания одного килограмма топлива.
Именно таким путем получена следующая формула для расчета теоретически необходимого количества воздуха для
полного сгорания одного килограмма топлива (в кг
возд
/кг
топл
):
L
0
= 0,115(C
р
+ 0,375 S
р
ор + к
) + 0,342Н
р
– 0,0431О
р
.
Если разделить это выражение на плотность воздуха при нормальных физических условиях (ρ
0
= 1,293 кг/м
3
), то
получим объемное теоретически необходимое количество воздуха (в нм
3
возд
/кг
топл
):
V
0
= 0,0899 (C
p
+ 0,375S
p
ор + к
) + 0,265Н
р
– 0,0333О
р
.
Эти формулы применимы для твердого и жидкого топлив. Для газообразного топлива теоретически необходимый
объем воздуха относят к одному нм
3
газа.
На практике невозможно обеспечить идеальное перешивание топлива и воздуха и поэтому, чтобы обеспечить полное
сгорание всегда подается воздуха несколько больше, чем это теоретически необходимо. Отношение действительного
объемного количества воздуха
V
д
, подаваемого для сгорания, к теоретически необходимому V
0
называют коэффициентом
избытка воздуха
α
α = V
д
/ V
0
.
При нормальной организации топочного процесса α > 1, причем чем совершеннее топка и лучше горелочные
устройства, тем меньше приходится подавать "лишнего" воздуха
∆V = (α – 1) V
0
. В лучших топочных устройствах α
составляет 1,05 … 1,1, в плохих – до 1,3 … 1,5. Однако бывает и
α < 1 (при газификации) и даже α = 0 (при сухой перегонке
топлив). Увеличение
α приводит к понижению температуры горения, увеличению потерь и снижению КПД тепловых
устройств.
При проектировании теплогенерирующих агрегатов нужно знать количество образующихся при сгорании топлива газов,
чтобы правильно рассчитать газоходы, дымовую трубу, выбрать устройство (дымосос) для удаления этих газов и т.д. Как
правило, количества продуктов сгорания (как и подаваемого воздуха) относят к единице массы топлива (на один килограмм для
твердого и жидкого и на один кубический метр в нормальных условиях для газа). Продукты сгорания представляют собою
смесь газообразных продуктов: СО
2
, SO
2
, H
2
O, N
2
, избыточный кислород О
2
. При организации топочных процессов стремятся
обеспечить полное сгорание топлива, т.е. окислить углерод до СО
2
, а водород – до Н
2
О. Обычно количество продуктов
неполного горения (СО, Н
2
), а также оксида азота NО столь мало, что их наличие не оказывает существенного влияния на
суммарный объем газов. Принято объем продуктов сгорания (в нм
3
/кг
топл
делить на две части: сухие газы и водяные
пары:
ОНсгпс
2
VVV
+
=
,
где
2222
ONSOCOсг
VVVVV
+
+
+
=
.
В процентах это выглядит так:
CO
2
+ SО
2
+ N
2
+ O
2
= 100 %.
Объем сухих газов находится как сумма теоретического объема сухих газов и объема избыточного воздуха:
V
сг
= V
0сг
+ (α – 1) V
0
.
При α > 1 объем газов рассчитывают по формуле, полученной составлением соответствующих пропорций для реакций
горения:
V
сг
= 0,0186(С
р
+ 0,375S
р
ор + к
) + 0,79αV
0
+ 0,21(α – 1)V
0
, нм
3
/кг
топл
.
(3.1)
Здесь 0,21(α – 1)V
0
– избыточный кислород воздуха, "транзитом" проходящий в продукты сгорания; 0,79αV
0
– азот воздуха,
также проходящий "транзитом" через топку (азотом топлива пренебрегаем). Если в формулу (3.1) поставить
α = 1, то
получим теоретическое объемное количество сухих газов, получающихся при сжигании одного килограмма топлива:

Страницы