При техническом расчете процесса горения определяют необходимое количество окислителя (воздуха), состав и объемы продуктов сгорания, их энтальпию, количество выделившейся в ходе процесса тепловой энергии и температуру продуктов сгорания. Все расчеты производятся на основе стехиометрических уравнений.
Горение может быть полным и неполным. При полном горении продукты сгорания состоят из СОг, Н20 и SO2. Это происходит при достаточном количестве окислителя, а горючие элементы окисляются вплоть до конечных продуктов реакции. Если же в зоне горения окислителя не хватает, то происходит неполное горение углерода с образованием оксида углерода.
|
(15.11) |
|
(15.12) |
При полном сгорании углерода из соотношения С+О2 = СО2 получаем:
1 кмоль С +1 кмоль 02 = 1 кмоль С02.
Учитывая молярные массы, выражение (15.11) можно представить в виде:
12кгС + 2 16кг02 = 44кгС02. Перепишем уравнение (15.12) для 1 килограмма углерода:
|
1 кг С + 2.67 кг 02 = 3.67 кг С02. |
(15.13)
Таким образом, для полного окисления (сгорания) 1 килограмма углерода требуется 2.67 килограмма кислорода, при этом образуется 3.67 килограмма углекислого газа С02.
Учитывая плотность веществ, которая при нормальных условиях определяется по формуле
Последнее выражение (15.13) можно представить в виде:
1 кг С +1.866 м3 02 = 1.866 м3 С02. (15.15)
Таким образом, для сгорания 1 килограмма углерода требуется 1.866 кубических метров кислорода.
Аналогично ведется расчет для водорода:
2Н2 + 02 = 2Н20; 2 кмоль Н2 +1 кмоль 02 = 2 кмоль Н20; 2 -2 • 1 кг Н2 +1 • 16 • 2 кг 02 = 2 • (2 • 1 +16 • 1) кг Н20; 4 кг Н2 + 32 кг 02 = 36 кг Н20;
4 32 ^ 36 ^
-кгН2 + —кг02 = —кг Н20; 4 4 4
1 кг Н2 + 8 кг 02 = 9 кг Н20; 1 кг Н2 + 5.56 м3 02 = 11.12 м3 Н20.
Таким образом, для окисления 1 кг водорода требуется 8 кг или 5.56 м3 кислорода, при этом образуется 9 кг водяных паров. Реакция окисления серы:
S^02 = S02;
1.32 кг Эл +1 • 16 • 2 кг 02 = 64 кг S02;
32 кг Эл + 32 кг 02 = 64 кг S02;
32 л 32 л 64 ^ — кг Эл + — кг 02 = — кг S02;
1кг8л + 1кг02 = 2кг S02;
1 кг Бл + 0.7 м3 02 = 0.7 м3 S02.
Таким образом, для окисления 1 кг серы требуется 1 кг или 0.7 м3 кислорода, при этом образуется 2 кг сернистого ангидрида S02.
Суммируя затраты кислорода на сжигание горючих элементов, содержащихся в 1 кг топлива и вычитая кислород топлива, получим теоретически необходимый объем кислорода для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива Vo2 (м3/кг) при нормальных условиях:
Рр Tip cp г)р
=1.866 — +5.56 — + 0.7-^——————————————— , (15.16)
°2 100 100 100 100 • Po2
Где Cp, ifp, 5P, Op — массовое содержание горючих элементов в топливе (в %), которое берут на основании лабораторных анализов или из таблиц топлив; ро2 — плотность кислорода при нормальных физических условиях, равная 1.428 кг/м3.
Для сгорания 1 м3 газового топлива теоретически необходимый объем кислорода (м3/м3) рассчитывается аналогично:
= 0.01 [о.5СО + 0.5Н2 + 1.5H2S + ]Г (т + СтНп — 02]. (15.17)
В атмосферном воздухе содержится 21% кислорода по объему. Так как в большинстве случаев для окисления (сгорания) топлива используется кислород, находящийся в воздухе, то на практике определяют теоретически необходимое количество (объем) воздуха для полного сгорания единицы массы топлива:
= Г м3вОЗДуха 1. (15.18)
0.21 LHa 1 кг топлива J
Представим выражение (15.16) в виде:
Vq2 = 0.01866СР + 0.0556НР + 0.007SS — ^^ Ор. (15.19)
Подставляя выражение (15.19) в выражение (15.18), получим теоретически необходимое количество (объем) воздуха:
0.01866СР + 0.0556IP + 0.007S* к —
Ут _ ______________________________________ °р+к 1.428 _
VT = 0.0889(СР + 0.375SP) + 0.265НР — О. ОЗЗЗОр . (15.20)
Для полного сгорания 1 м3 сухого газообразного топлива необходимый объем воздуха (м3 воздуха/1 м3 топлива) равен:
VT = 0.0476 [0.5(00 + Н2) + 1.5H2S + (rn+ J) CmHn — 02]. (15.21)
Теоретически необходимое количество воздуха VT — это минимальное количество воздуха, обеспечивающее полное сгорание единицы массы (1 кг; 1 г) топлива.
В реальных условиях полное сгорание топлива при теоретическом количестве воздуха обеспечить не удается, что объясняется недостаточным смешением топлива с воздухом, неравномерной подачей воздуха в объем топочного устройства, несовершенством конструкций сжигающих устройств. Поэтому для достижения гарантированной полноты сгорания топлива воздуха подают больше, чем его теоретически необходимо VT. Величина, численно равная отношению действительного количества воздуха V* к теоретически необходимому количеству воздуха VT называется Коэффициентом избытка воздуха:
А = Р>1. (15.22)
Коэффициент избытка воздуха а зависит от выхода летучих веществ, конструкции топки, эффективности перемешивания топлива с воздухом и других факторов. В современных энергетических котельных, сжигающих твердое топливо, а = 1.2… 1.25, жидкое или газообразное — а = 1.05… 1.1. Чем благоприятнее условия для смешения топлива с воздухом и чем оптимальнее организован процесс горения, тем меньшим может быть значение а.