7. Цель и ограничения расчета процесса горения

Целью расчета горения топлива является определение следующих количественных характеристик:

• теплота сгорания топлива ( , кДж/кг или кДж/м³ );

• теоретический и действительный расходы атмосферного воздуха, необходимого для полного сжигания единицы топлива (L, м³/кг или м³/м³);

• выход (V , м³/кг или м³/м³) и состав продуктов полного сгорания;

• проверка материального баланса и расчет неувязки (в процентах).

Расчет указанных характеристик будем осуществлять на основе предоставленного химического состава топлива (точные расчеты).

В процессе расчета будут действовать следующие допущения:

1. все расчеты ведутся на единицу топлива (1 кг для твердых и жидких и 1 м³ для газообразных топлив);

2. все газовые объемы рассчитываются при нормальных условиях, т.е. при 0°С и давлении 760 мм рт.ст.;

3. объем одного кмоля газов в этих условиях принимается равным 22,4 м³;

4. в качестве окислителя используется атмосферный воздух, состав которого считается постоянным: в единице объема воздуха – 21% кислорода и 79% азота. Соотношение азота и кислорода воздуха представляется в виде константы

. (3.10)

5. связь между количеством продуктов реакции и количеством реагирующих веществ устанавливается на основании следующих положений:

   1. все химические соединения состоят из атомов отдельных элементов, связанных в определенных численных соотношениях;

   2. атомы при химических реакциях сохраняют свою индивидуальность, т. е. при реакции происходит только перегруппировка атомов.

Для расчетов будем использовать балансовые уравнения, показывающие исходные и конечные состояния компонентов, участвующих в реакциях. Такие уравнения называются стехиометрическими, а характеристикам, полученным на основе стехиометрических соотношений, присваивают индекс "ноль". Так, количество воздуха, теоретически необходимое для сжигания единицы топлива, будет обозначаться L₀, а теоретический выход продуктов сгорания от сжигания единицы топлива будет обозначаться V₀.

Однако на практике для полного сгорания топлива теоретически необходимого количества воздуха бывает недостаточно. Причинами этого могут быть неравномерная подача воздуха, плохое перемешивание воздуха с топливом, несовершенство сжигающих устройств и др. Поэтому в реальных условиях для обеспечения полного окисления горючих составляющих топлива воздух подают с некоторым избытком. Это действительное (практическое) количество введенного воздуха, необходимое для сжигания единицы топлива, обозначают L_ (м³/кг или м³/м³).

Отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха ():

.

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида топлива, способа его сжигания и т.д. Для газообразного топлива обычно  = 1,05 ÷ 1,1; жидкого  = 1,1 ÷ 1,3; твердого  = 1,2 ÷ 1,7. Чем совершеннее топка и лучше горелочные устройства, тем меньше приходится подавать «лишнего» воздуха.

Действительный (практический) выход продуктов сгорания, который образуется при конкретном коэффициенте, обозначается V_.

Для составления стехиометрических уравнений необходимо знать соотношение масс. Каждый атом определенного элемента в любом химическом соединении имеет одну и ту же массу. По уравнению химической реакции можно найти массы реагентов и продуктов реакции.

Атомные и молекулярные веса веществ, обычно образующихся при сгорании топлива, приведены в таблице D.4 приложения. Десятичными знаками обычно пренебрегают.

Рассмотрим точные расчеты горения топлив, основанные на стехиометрических соотношениях горючих составляющих и окислителя. Такие расчеты принято называть аналитическими.