1.2. Аналитический метод расчета процесса горения жидкого и твердого топлива

Для расчета процесса горения жидких и твердых видов топлива, в первую очередь, необходимо определить состав рабочего топлива, используя для этого сведения об анализе топлива и формулы пересчета (см. табл. 3.4). В результате определения рабочий состав будет представлен в виде

Полное горение жидких и твердых видов топлива предполагает окисление горючих компонентов по следующим реакциям:

(1.16)

При составлении материального баланса процесса окисления отдельных горючих компонентов следует иметь в виду различие физического состояния веществ, участвующих в горении: содержания углерода, водорода, серы, азота, кислорода и влаги для жидкого и твердого состояния топлива обычно характеризуются процентами по массе, а окислитель (кислород), находящийся в газообразном состоянии, - процентами по объему. Анализ реакций горения позволяет это различие учесть.

В соответствии с реакцией полного горения углерода для окисления одного моля углерода массой 12 кг следует затратить один моль кислорода, имеющий объем 22,4 м³. Таким образом, на окисление 1 кг углерода расход кислорода составит 22,4 : 12 = 1,867 м³ С. Для окисления углерода в количестве, которое соответствует содержанию этого компонента в жидком и твердом топливе, потребуется кислорода:

(1.17)

Поступая аналогичным образом, можно определить, что для окисления двух молей водорода массой 4 кг необходимо подвести для полного горения один моль кислорода, а для сжигания 1 кг водорода 22,4 : 4 = 5,6 м³ при этом для окисления водорода в соответствии с его содержанием в топливе Н^р потребуется кислорода:

(1.18)

Для окисления серы аналогично 22,4 : 32= 0,7 м³ Здесь 32 масса одного моля серы в кг. В итоге:

(1.19)

Необходимо учесть, что кислород топлива О^р может либо участвовать в реакциях окисления, либо уже связан с горючими компонентами. При массе одного моля О₂, равной 32 кг, объем 1 кг О₂ составит 22,4 : 32 = 0,7 О или при содержании кислорода в топливе в количестве О^р:

(1.20)

Это количество кислорода должно быть вычтено из общего количества, необходимого для окисления углерода, водорода и серы.

Используя полученные сведения, можно составить уравнение материального баланса процесса горения и определить количество кислорода, необходимого для полного окисления горючих компонентов жидкого и твердого топлива –

Таким уравнением является:

(1.21)

С учетом выражений (1.17) – (1.21) получим:

(1.22)

Далее могут быть рассчитаны расходы сухого и влажного воздуха, обеспечивающих полное сжигание жидкого и твердого топлива в теоретических условиях, когда по выражениям (1.3) и (1.4), а также и в практических условиях, т.е. при α > 1,0, по выражениям (1.5) и (1.6).

В общем случае горения жидкого и твердого топлива в теоретических условиях, когда , выход продуктов горения – V₀ представляет собой сумму объемов оксидов , водяного пара, источниками которого являются продукты горения водорода, влага топлива и влага воздуха (дутья). Кроме того, в случае сжигания жидкого топлива его предварительно распыляют с помощью форсунок, используя для этой цели либо сжатый воздух, то после распыления его кислород участвует в процессах окисления горючих составляющих топлива. Если же для распыления, он смешивается с продуктами горения, увеличивая в них содержание водяного пара. При распылении жидкого топлива паром его расход характеризуется величиной равной массе водяного пара – М_пар, отнесенной к 100 кг жидкого топлива и выраженной в процентах. Таким образом:

Азот в продукты полного горения жидкого и твердого топлива поступает и с топливом, и с кислородом воздуха.

Следовательно, суммарный объем продуктов полного горения будет равен:

(1.23)

Отдельные слагаемые уравнения (1.23) будут:

из реакции окисления углерода следует, что из одного моля углерода массой 12 кг образуется один моль объемом 22,4 м³, т.е. в результате окисления 1 кг углерода образуется 22,4 : 12 = 1,867 м³ диоксида углерода, а объем будет равен:

(1.24)

Объем диоксида серы – может быть рассчитан аналогичным образом. Тогда:

(1.25)

Объем водяных паров – , может быть найден из анализа реакции окисления водорода и поступления паров воды с воздушным дутьем, а также из топлива и с распылителем.

Так, при окислении одного моля водорода массой 2 кг образуется один моль водяных паров объемом 22,4 м³. Тогда в результате окисления 1 кг водорода образуется 22,4 : 2 = 11,2 м³ водяного пара:

(1.26)

При испарении влаги топлива и распылителя из одного моля воды массой 18 кг образуется один моль пара объемом 22,4 м³. Тогда объем 1 кг влаги составит 22,4/18 = 1,244 м³ влаги, а объем влаги от указанных источников будет равен:

(1.27)

Объем водяных паров, вносимых воздушным дутьем, составит:

(1.28)

Общий объем водяных паров в продуктах полного горения равен:

(1.29)

Объем азота – в продуктах полного горения твердых и жидких видов топлива складывается из двух источников: азота, содержащегося в топливе и азота, поступающего с атмосферным воздухом или обогащенным кислородом дутьем. Объем 1 кг азота может быть найден по массе его моля (28 кг) и объему моля (22,4 м³), т.е. 22,4 : 28 = 0,8 тогда для азота топлива:

(1.30)

Общий объем азота в продуктах горения с учетом азота, содержащегося в атмосферном воздухе (второе слагаемое), составит:

(1.31)

Для расчета выхода продуктов горения при α > 1,0 следует воспользоваться формулой (1.13), слагаемые которой определяются по выражениям (1.24), (1.25) либо с помощью (1.14) для

Составы продуктов полного горения при теоретических условиях (α = 1,0) и практических условиях горения могут быть найдены с использованием формулы (1.15).