При полном сгорании топлива топочные газы содержат продукты полного окисления элементов горючей массы топлива, т. е. С02 и Н20. Поэтому состав сухих газов в процентах по объему может быть представлен суммой:
С02 + S02 + 02 + N2 = 100 [%]. (15.23)
Обозначая объем трехатомных газов R02 = С02 + S02, выражение (15.23) представим в виде:
R02 + 02 + N2 = 100. (15.24)
Полный объем топочных газов представляет собой сумму сухих газов Vcr [м3] и водяных паров Vm [м3]:
К. = УСГ + 14П. (15.25)
Величины, входящие в выражение (15.25), можно определить по формулам:
Vcr = Vro2 + VO2 +VN2; = =
Для твердых и жидких топлив (кроме сланцев) объем трехатомных газов определяется, как и расход кислорода, на основании расчета уравнения реакции соответствующей реакции. Для углерода расчет ведется на основании уравнений (15.13) или (15.15):
Vco, = 5iIiL^ = L866CO! Й (15.26)
1.964 1 — 1 LlcrJ
Аналогично определяются Vso2 и Vh2o-
Суммарный объем трехатомных газов определяется по формуле:
(15.27)
[К9 = Ср + 0.375SJ].
Теоретический объем азота топлива и воздуха в продуктах горения определяется по формуле:
Или
= 0.79F* + 0.008JVP, (15.28)
Где Pn2 = 1.251 кг/м3 плотность азота при нормальных условиях.
Водяной пар в топочных газах получается в результате окисления (сгорания) водорода в количестве:
9ЯР Wр = 9 Яр W*
Уи2о — 100 + 100 в — 1(Ю e 0 804 + 1Ш . 0 804
= 0.111ЯР + 0.0124WP, (15.29)
Где рн2о — 0.804 кг/м3 —плотность водяного пара при нормальных условиях.
Кроме того, влага в топку поступает с воздухом, идущим на горение. При влагосодержании воздуха, поступающего в топку для сгорания топлива da = 10 г пара/1 кг воздуха (13 г пара/1 м3 воздуха) объем водяного пара при испарении влаги воздуха составит:
TOC \o "1-3" \h \z 13 1 ^ I з
= = — Г 1 = 0.0161V" Г—1. (15.30)
Й2° 1000-0.804 804 Jj^J LKTJ V ‘
При наличии парового (форсуночного) дутья С? ф [кг пара/кг топлива] в продуктах горения будет содержаться этот пар в объеме:
V* = = 1.24СФ [-1. (15.31)
2° Рн2о 0.804 ф LKtJ V ‘
Таким образом, теоретический объем водяного пара в продуктах горения топлива определяется путем суммирования определенных выше величин:
V2 о = 0.111ЯР + 0.0124Wp + 0.0161УТ + 1.24СФ Г———— ——- 1. (15.32)
HaU ф L кг топлива J
Аналогичной определяется объем продуктов сгорания газового топлива. Расчетные зависимости в этом случае имеют следующий вид [м3/м3]:
Vro2 = 0.01(С02 + CO + H2S + ^ тСтНп); (15.33)
VЈ3 = 0.79VT + 0.0Ш2; (15.34)
Ч2о = 0.01 (Н2 + H2S + 5 °тНп + 0.124 — rfp. + 0.124dB. ) , (15.35)
Где dr. — влагосодержание газового топлива, г/м3.
Так как в реальных условиях для сгорания топлива в топочные устройства подают больше воздуха (а > 1), т. е. с избытком, то продукты сгорания топлива содержат дополнительный объем влаги, вносимый избыточным воздухом. Поэтому для твердого, жидкого и газового топлив расчет объема продуктов сгорания ведется по формулам [м3/кг; м3/м3]:
Vcr = Fro, + VS, + (а +1) • (15.36)
Vh, o = + 0.0161(а — 1) • (15.37)
Vr. = VCT + VH20. (15.38)
При испытании действующих агрегатов для определения состава дымовых газов пользуются различными газоанализаторами, из которых наибольшее распространение получил газоанализатор Орса, основанный на избирательном поглощении продуктов сгорания соответствующими реактивами.
Водяные пары конденсируются, и полученные результаты анализа относятся только к сухим продуктам сгорания топлива. При полном сгорании топлива:
Vcr = VRQ2 + VN2 + Vo2, Или в процентах по объему:
R02+N2 + 02 = 100.
Так как Vcr = (Vro2/R02) • 100, то, подставив Vro2 из (15.27), получим:
Кр
Уст = 1.866 Щ-. (15.39)
Зная состав продуктов горения по данным анализа состава газов, можно определить коэффициент избытка воздуха при полном горении:
V* V* 1 1
V* ~ VA — VЙ36 ~~ I VЙ36 ~~ ! _ О.7902 Vд 0.2LN2
__________ 1_________
« _ 079_______ Oj 1
|
А = |
|
(15.40) |
0.21 * 100-(RO2 + O2)
Где Vй36 — избыточный объем воздуха.
При расчетах топочных устройств, печей и парогенераторов необходимы данные о парциальном давлении трехатомных газов и водяных паров, обладающих излучательной способностью. В этом случае парциальные давления определяются по объемным долям компонентов по формулам для газовых смесей:
PRO,=P^; (15.41)
РНз0=рЩ°, (15.42)
Где р — общее давление продуктов сгорания топлива, равное при отсутствии наддува атмосферному давлению.