Определение теоретически необходимого количества воздуха

Горение – это реакция соединения горючих элементов топлива (H, C, S) с окислителем.

Горение называют химически полным, если в результате процесса горения образуются продукты полного окисления.

При отсутствии избыточного кислорода состав продуктов сгорания при полном горении выражается уравнением:

Если в процессе горения образуются газообразные продукты неполного окисления (CO, H и др.), то горение называется химически неполным.

Теоретически необходимым количеством воздуха (V⁰) называется объем воздуха при нормальных условиях, который требуется для полного сгорания единицы топлива или .

Для определения данной величины V⁰ запишем стехиометрические химические реакции горения.

Для твердого и жидкого топлива, состав которых выражается в процентах веса, эти реакции (стехиометрические соотношения) имеют вид:

12кг+32кг=44кг 4кг+32кг=36кг 32кг+32кг=64кг или

1кг+ кг= кг 1кг+8кг=9кг 1кг+1кг=2кг

Согласно закону сохранения масс (где 12, 32, 44 и т.д. – атомарные и молекулярные веса реагирующих веществ и продуктов реакций.

На основании вышеприведенных реакций и учитывая, что воздух содержит 21% кислорода по объёму, получим:

, где - вес О₂ для окисления 1кг топлива

- плотность кислорода при нормальных условиях ( - молекулярный вес О₂, - объём 1 кмоля идеального газа при н.у.)

.

Для газообразного топлива состав выражается в процентах объема. Запишем стехиометрические соотношения процесса окисления горючих компонентов газообразного топлива, учитывая, что 1 кмоль любого газа при нормальных условиях занимает один и тот же объем (22,41 нм³/кмоль). Закона сохранения объёма не существует.

 

2H +O =2H O; 2CO + O = 2CO ; CH +2O =CO +2H O

2м 1м³ 2м³ 2м³ 1м³ 2м³ 1м³ 2м³ 1м³ 2м³

1м³ 0.5м³ 1м³ 1м³ 2м³ 1м³

 

2H S+3O =2H O+2SO

2м³ 3м³ 2м³ 2м³

1м³ 1.5м³ 1м³ 1м³

Таким образом, теоретически необходимый объем воздуха для сжигания газ. топлива

,

где H , CO … - в процентах объема.

Коэффициент избытка воздуха

Поскольку процесс перемешивания топлива с воздухом неидеален, то для обеспечения полного сгорания топлива, необходимо подавать воздуха в топку больше .

Коэффициентом избытка воздуха (α) называется отношение действительного количества воздуха ( ) к теоретически необходимому ( ).

- для твердого топлива;

- для газа и мазута (топка под разрежением);

- для газа и мазута (топка “под наддувом”).

Определение объёмов продуктов сгорания

 

При полном сгорании топлива и α=1 объем газа состоит из объема трехатомных газов, объема азота и объема водяных паров.

, где

= + - объем трехатомных газов

- объем сухих газов

Для определения объема указанных составляющих, снова используем вышеприведенные реакции горения.

При сжигании твердого и жидкого топлива (состав в % веса)

Объем трехатомных газов

Объем азота состоит из азота воздуха () и азота топлива (), где = 28/22,41 - плотность азота.

Объем водяных паров. Водяные пары в продуктах сгорания появляются за счет: окисления водорода (), влаги топлива (), влагосодержания воздуха ( или 13 ) и пара при распыле мазута в паровых мазутных форсунках(, кг/кг).

- плотность водяных паров.

При сжигании топлива с α>1 объем газов () будет равен:

При химически неполном горении и α>1 объем газов равен:

и т.д.

При этом объем сухих газов:

и т.д.

При сжигании газообразного топлива ( состав топлива в % объема ), из вышеприведенных реакций окисления горючих газов, имеем

, где

При изменении балласта топлива () объемы теоретически необходимого количества воздуха и газов , , пересчитываются по тем же коэффициентам пересчета, что и состав топлива.

Объемы сухих газов можно определить, зная состав топлива и объемы составляющих продукты сгорания, из соотношения:

(1)

Для твердого и жидкого топлива:

(2)

Для газового топлива:

(3)

Из данных выражений можно получить, что равен:

(4)

где и - содержание компонентов в топливе.

- процентное содержание этих газов в продуктах сгорания.

(5)

Контроль избытка и присосов воздуха

Эффективность процесса горения и экономичность работы парового котла в значительной степени определяется величиной коэффициента избытка воздуха в топке (α_т)

и присосов воздуха по газовому тракту (∆α).

Снижение коэффициента избытка воздуха в топке и присосов воздуха ведет к снижению расхода электроэнергии на тягу и дутье. Снижается потеря тепла с уходящими газами, но чрезмерное снижение коэффициента избытка воздуха в топке (α_т) может привести к потерям, связанным с недожогом топлива. Поэтому контроль коэффициента избытка воздуха в топке (α_т) и присосов в газоходы (∆α) имеет важное значение при эксплуатации котла

Рассмотрим газовый тракт парового котла.

 

 

 

 

- присос воздуха в i-ый газоход.

,

где , -коэффициенты избытка воздуха до и за i-ым газоходом

;

.