Расход воздуха на сжигание 1 кг топлива

Объем воздуха, необходимый для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива, определяется на основе расчета стехиометрических уравнений реакции горения.

Ниже приведены реакции полного горения топлива:

 

.

 

Относя эти уравнения к 1 кг топлива и выражая расход кислорода в объемных единицах, получим необходимый объем (м³) кислорода на 1 кг каждой составляющей горючей массы топлива:

– для углерода

 

12,01 кг С+32 кг О₂=44,01 кг СО₂;

 

– для дожигания 1 кг углерода до СО₂ требуется кислорода

 

1 кг С+1,866 м³ О₂=1,866 м³ СО₂.

 

Аналогично ведется расчет для водорода:

 

4 кг Н₂+32 кг О₂=36 кг Н₂О;

 

1 кг Н₂+5,56 м³ О₂=11,12 м³ Н₂О.

 

Для серы:

 

32 кг S_ор+к+32 кг О₂=64 кг SO₂;

 

1 кг S_ор+к+0,7 м³ О₂=0,7 м³ SO₂.

 

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 , м³/кг при нормальных условиях:

 

, (1.22)

 

где С^р, Н^р, S^р, О^р – массовое содержание горючих элементов в топливе, %, которое берут на основании лабораторных анализов или из таблиц топлив;

– 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:

 

. (1.23)

 

В атмосферном воздухе содержится 21% кислорода по объему, поэтому теоретический его расход на горение составляет , м³/м³:

 

. (1.24)

 

Объем теоретически необходимого воздуха для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива , м³/кг, выразится формулой

 

. (1.25)

 

При сжигании сухого газового топлива расчет ведется по формуле:

 

(1.26)

 

В практических условиях работы топочных устройств не удается осуществить полное горение топлива с теоретическим количеством воздуха. Причинами этого могут быть неравномерная подача воздуха, плохое перемешивание воздуха с топливом, несовершенства топочных устройств и др. Для достижения полноты горения топлива воздух в топочную камеру подают с некоторым избытком V_д>V⁰. Отношение действительного объема воздуха V_д, м³/м³, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха:

 

, (1.27)

 

откуда действительный объем воздуха

 

. (1.28)

 

Избыточный объем воздуха V_изб, м³/м³

 

. (1.29)

 

Коэффициент избытка воздуха в зависимости от вида топлива и способа его сжигания колеблется в пределах 1,01…1,5 и выше. Чем благоприятнее условия для смешивания воздуха с топливом, тем избыток воздуха может быть меньшим.

Задание на самостоятельную работу:

1. Вывод уравнения состояния идеального газа.

2. Состав и объем продуктов сгорания 1 кг топлива.

3. Энтальпия продуктов сгорания.

 

Вопросы для самопроверки.

1. Каков физический смысл газовой постоянной и универсальной газовой постоянной?

2. Как записать закон Гей-Люссака и Бойля-Мариотта?

3. Какие свойства имеет 1 кмоль любого идеального газа?

4. Почему газовая постоянная киломоля газа называется универсальной?

5. Что называют рабочим топливом?

6. Какая связь между высшей и низшей теплотой горения топлива?

7. Что такое условное топливо?

8. Напишите реакции полного горения топлива?

9. Как определить теоретически необходимый объем кислорода для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива , м³/кг при нормальных условиях?

10. Как определить теоретически необходимый объем кислорода , м³/м³, для сгорания 1 м³ газового топлива?

11. Каков состав продуктов сгорания топлива?

12. Как определить полный объем топочных газов?

13. Как определить объем продуктов сгорания газового топлива?

14. Как определить коэффициент избытка воздуха при полном сгорании

a. топлива?

15. Как определить энтальпию продуктов сгорания топлива?

Лекция 2

Тема. Смеси идеальных газов

 

План лекции

 

2.1. Закон Дальтона

2.2. Закон Бойля–Мариотта для смеси газов

2.3. Уравнение состояния смеси газов

2.4. Формулы для расчета газовых смесей.

 

Закон Дальтона.

 

Для исследования свойств смесей газов большое значение имеет закон, открытый Дальтоном. Закон формулируется следующим образом: если смесь состоит из газов, которые не вступают между собой в химические реакции, то каждый газ ведет себя так, как будто он один занимает весь объем, в котором находится смесь.

Из этого закона следует, что каждый газ, находящийся в смеси, оказывает на стенки сосуда, в котором заключена смесь, такое давление, какое он оказывал бы, занимая сам весь объем сосуда. Такое давление называют парциальным.

Давление смеси Р_см, Па, равно сумме парциальных давлений компонентов:

 

(2.1)

 

где р_i, – парциальные давления отдельных компонентов смеси, Па.

Состав смеси может быть задан массовыми g или объемными r долями, а также числом молей каждого компонента.

Массовую долю i-того компонента g_i определяют по отношению

 

(2.2)

 

где m_i – масса i-того компонента, кг;

m_см – масса смеси газов, кг;

Объемную долю i-того компонента r_i определяют по отношению

 

(2.3)

 

где v_i – парциальный объем i-того компонента газа, входящего в смесь, м³;

V_см – объем смеси газов м³.