СОСТАВ, ОБЪЕМ, ВЕС И ТЕПЛОСОДЕРЖАНИЕ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ
Состав продуктов горения (дымовых газов) зависит от полноты сгорания топлива.
При полном сгорании продукты горения содержат: 1) углекислоту как результат полного окисления углерода; 2) водяные пары от сгорания водорода; 3) сернистый газ от сгорания летучей серы; 4) водяной пар, полученный при испарении влаги топлива, а также вносимый в топку с воздухом и паровым дутьем; 5) азот топлива и поступившего в топку воздуха и 6) неиспользованный кислород воздуха.
При неполном сгорании к вышеперечисленным составляющим дымовых газов прибавляются горючие газы — окись углерода, водород, метан и другие углеводороды.
При нормально протекающем топочном процессе в продуктах горения всегда находится небольшое количество окиси углерода СО. Водород и углеводороды в дымовых газах встречаются только при неудовлетворительной конструкции топки и при неправильном ее обслуживании.
Продукты горения разделяются на сухие, т. е. все газы за исключением водяных паров, и водяные пары.
Полный объем газов, полученных при горении 1 кг топлива,
Уг = Ve.,+ VHto нм3/кг. (37)
Объем сухих продуктов горения выражается следующей суммой:
Ус. г = кс0а+ Ksoa + Ксо + Vo, + нм3/кг. (38)
Если обозначить через С02, SQ2, СО, 02, N2, Н2, СН4 объемное процентное содержание составных частей сухих газов, то можно написать ряд соотношений:
со2 = ^ юо°/0; S02= юоо/0
*с. г ‘с. г
и т. д.
Сухие газы делятся на трехатомные С02 и S02, сумма которых обозначается R02, т. е.
С02 —S02= ro2,
и двухатомные СО, 02, N2 и Н2.
Зная элементарный состав топлива, уравнения реакций горения и задаваясь по нормам теплового расчета величиной коэфициента а, найдем объем продуктов горения и его составных частей.
Формула (20) показывает, что при полном сгорании 1 кг углерода получается 8,89 нм3 сухих газов, в составе которых 1,86 нм3 углекислоты. По формулам (28) и (29) 1 кг водорода дает при своем сгорании 8,95^9 кг водяных паров и 20,9 нм3 сухих газов. Из формулы (33) видно, что при сгорании 1 кг летучей серы образуется 3,3 нм3 сухих газов, из которых 0,683 нм3 составляет сернистый газ.
Для более удобного подсчета объемов трехатомных газов производится следующее преобразование. При сгорании 1 кг летучей серы получается такой объем трехатомных газов, какой дают 0,368 кг углерода. Так как нам нужно знать общее количество трехатомных газов, то мы заменяем летучую серу эквивалентным количеством углерода и
С
будем считать, что в 1 кг топлива содержится не кг углерода и
S* Cp-bO,368Sg
кг летучей серы, а только углерод в количестве————— ^—£
Пользуясь этими данными, можно согласно нормам теплового рас чета котельного агрегата[5] определить теоретический объем сухих про дуктов горения при СО=0 и а=Т:
V3 = [о,0889 (C„+0,368Sp + 0,209 (н„- %-) +
+ 0,008NPJ (l — нм3/кг. (39)
и полный объем сухих газов при полном сгорании, т. е. при СО=0 Ve. V°c г+ (а — 1) К0 нм3/кг. (40)
Чтобы при таком методе расчета учесть возможную потерю тепла от химической неполноты горения углерода, задаются ее величиной по нормам и прибавляют к потере от механического недожога, так что принятая для расчетов величина должна учитывать потери тепла сразу от механической и от химической неполноты горения.
Отдельные составные части объема сухих газов (при СО = 0) определяются по формулам, которые получаются на основе тех же данных, что и формулы (35) и (39):
lW=0,0186(Cp + 0,368Sp (l —j^) нм3/кг; (41)
Vn, =0,791 К* + 0,008Np (l — — gj) нм3/кг; (42)
V0a= 0,209 V0 (a — 1) нм3/кг. (43)
После этих подсчетов всегда необходимо произвести проверку по формуле (38), что при СО=0 составляет
Vc. г = V’ro, + Vn2 + Vo3 нм3/кг.
На основании тех же исходных данных находим объем водяных паров по формуле
VHao = 0,0124 [(9Н„+ Wp) (і — + 0,lrfe +
-blOOlF*] нм3/кг, (44)
где de — влагосодержание воздуха в г/нм3;
W<p—расход пара на дутье или распыливание жидкого топлива в кг/кг топлива.
При расчетах обычно принимают, что влагосодержание воздуха de = 8 г/нм3.
Полный объем продуктов горения находится по формуле (37).
После определения объема продуктов горения и его составных частей необходимо определить парциальные давления трехатомных газов и водяных паров. Парциальное давление в ата равно отношению объема данных газов к общему объему газов:
Рт = -Т73 ата> (45)
Вес продуктов горения 1 кг топлива составляется из веса самого топлива за вычетом золы и веса поступившего в топку воздуха с уче — том его влагосодержания:
Qz =(l-0,01Al,)(l—jgr) + 1,293К. + 0,001de К* кг/кг, (47)
где 1,293 — удельный вес сухого воздуха при нормальных условиях (при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 0° С) в кгінм3.
Отнесенный к нормальным условиям удельный вес продуктов горения
G 0- 0.0‘ Ар)(- — jgj-) + l,293Fa + 0,00 Ыв 12.
Ъ =-Г=———————————— у——————————— кгінм3. (48)
Если на пути дымовых газов нет присоса воздуха, как в котлах паровозного типа и цилиндрических, то на всем пути газов коэфициент избытка воздуха а, вес Ог и удельный вес ~[г их остаются постоянными. При наличии присоса происходит их постепенное увеличение.
Теплосодержание составляющих продуктов горения1
|
Таблица 10
19491 ®нциклопедически” справочник „Машиностроение” т. 13, стр. 4, Машгиз, |
Суммарное теплосодержание продуктов горения, отнесенное к 1 кг топлива, подсчитывается по количеству, составу и температуре их в данном месте газового тракта котла по формуле
h = 2 Vet = Kro,(c£)rOi + [ V’n, + ^O, + VrCo](cON,0,CO +
+ VHso (cOhso ккал/кг, (49)
где (c^)ro2, (cOn2o2co и (c/)h, o ~ теплосодержания составляющих газов при соответствующей температуре в жалі нм3) с — удельная теплоемкость газов в жал/нм30 С; t — температура продуктов горения в 0 С.
Значения теплосодержания для газов, составляющих продукты горения, и воздуха приведены в табл. 10,
Подсчеты теплосодержания составляющих газов удобнее всего свести в табличную форму.
Для облегчения интерполяции, т. е„ нахождения теплоемкостей газов для промежуточных значений температур, желательно построение по данным табл. 10 диаграммы / — t.