ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ГОРЕНИЯ

Основной качественной характеристикой процесса горения в топках является химическая его полнота при минимальном избытке воздуха, которому соответствует наибольшая температура горения. Поэтому при ведении процесса горения необходимо систематически контролировать состав продуктов сгорания и определять коэффициент избытка воздуха и химическую неполноту горения. Для этого применяется газовый ана­лиз, выполняемый с помощью газоанализаторов различных систем и основанный на расчетной методике, базирующейся на основном урав­нении горения.

Рассмотрим уравнение полного горения. Вывод этого уравнения на основе баланса кислорода в продуктах сгорания дан Д. М. Хзмаляном [Л. 4].

При полном сгорании кислород, содержащийся в воздухе, подавае­мом в качестве окислителя, расходуется на горение углерода, серы и свободного водорода топлива с образованием углекислоты, сернистого газа, водяного пара, а избыточная часть остается в свободном виде, т. е.:

К. =0.2»/. = С + С + С, О + ^о,- (2-42)

В формуле:

Ув и У®а — количество воздуха, подаваемого для сжигания 1 кг топ­лива, и количество кислорода, содержащегося в нем, м3/кг;

С. Уд*0 — соответственно расход кислорода на образование углекислоты, сернистого газа и на горение свободного водорода при сго­рании 1 кг топлива, м*/кг;

У0а — количество свободного кислорода, м3/кг.

Согласно стехиометрическим уравнениям (2-1) и (2-2) при полном сгорании топлива расход кислорода на горение углерода равняется объему образующейся углекислоты, а расход кислорода на горение серы равняется объему образующегося сернистого газа, т. е.

Ус°2 = V • У50* — V

ИОа уСОа» кОа

Поэтому расход кислорода на горение углерода и серы топлива равняется

С+С^аэ. + '^^о,- (2-43)

Подстановкой (2-43) преобразуем уравнение (2-42) к виду:

К. = 0.21V, = V + V™ + V (2-42а)

Азот воздуха переходит в продукты сгорания. Его количество опре­деляют суммой теоретического и избыточного количества азота У°Ма и

У£°, пренебрегая количеством азота, газифицированного из топлива, вви­ду его малого содержания в твердых и жидких топливах (менее

1,5—1,8%). Избыточный азот вместе со свободным кислородом У0а

Представляет собой избыточный воздух (а—1)У°. Сопоставляя общий расход воздуха по приведенным составляющим кислорода и азота с ко­личеством сухих газов, определяемым по формуле (2-12), приходим к выводу, что

^ = Ус. г + Уо;°- (2-44)

После подстановки (2-44) в уравнение (2-42а) получим:

0,21 (Кс. г +0 = ^о, + Ко;° + 1/о,- (2-45)

Выразив все члены, входящие в уравнение (2-45), в процентах от объема сухих газов и упростив его, получим:

Vй*0

21 = 1?02 + 02 + 79 . (2-46)

Выразив объем сухих газов через объем трехатомных газов Ус. г = = перепишем уравнение (2-46) в виде так называемого урав­

Нения полного горения:

21 = ИОг + Ог + рИОг, (2-47$

В котором через р обозначено

Т/НаО Т/НаО

Р = 0,79-^ = 0,79-^. (2-48)

V ЦОа V о.

Подставив в (2-48) согласно уравнению (2-3) значение для 1^*° счи~ тая при этом, что часть водорода окислена за счет кислорода топлива, и значение для по (2-7), выражение для р можно представить через элементарный состав топлива в виде:

Р = 2,35 <2-48а?

Физический смысл коэффициента р (2-48) заключается в том, что он показывает отношение расхода кислорода воздуха на окисление свободного водорода топлива (т. е. водорода топлива, за исключением его части, связанной с кислородом топлива) 0,01 (№—0,126 Ор) к рас­ходу кислорода на образование трехатомных газов.

По известному процентному содержанию Ог в продуктах сгорания и коэффициенту р, пользуясь уравнением (2-47), можно определить процентное содержание трехатомных газов:

КО»=-ТГГ"- <2-49>

При 02—0, т. е. при а—1, содержание И02 достигает своей макси­мальной величины

ВД“а“: = т|т. ' (2-50!

Если бы горючими составляющими топлива были углерод и сера, а кислород и водород в нем отсутствовали или водорода содержалось столько, что он мог окисляться за счет кислорода топлива, то прк полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха содержание трехатомных газов составляло бы 21%, так как в этом случае в (2-50) согласно (2-48а) р = 0.

В твердых и жидких топливах обычно кислорода содержится мень­ше, чем требуется для полного окисления водорода, в связи с этим при сжигании часть кислорода воздуха будет израсходована на окис­ление свободного водорода 0,01 (Нр—0,126 0р) топлива. Поэтому содер­жание И02 в сухих газах будет менее 21% и может быть определено по (2-49).

Как видно из выражений (2-48а) и (2-49), коэффициент р и вели - чина ИОг зависят только от элементарного химического состава топли­ва и поэтому являются важными характеристиками топлива. Значения Р и И02макс для некоторых топлив приведены в табл. 2-3.