q – поток теплоты;
Т – температура: Т' – на поверхности частицы или капли, Т" – в окружающей среде.
Горение твердой частицы происходит на её поверхности. О2 проникает к поверхности через граничный застойный слой газов за счет диффузии, удаление продуктов сгорания во внешнюю среду – так же (рис.2а).
Горение капли (рис.2б): воспламенение и горение происходит не на поверхности капли, а в пространстве вокруг капли.
Горение твердого топлива с высоким выходом летучих по механизму занимает промежуточное положение между гомогенным и гетерогенным.
В топке парового котла происходят гетерогенные реакции горения углерода и серы и гомогенные реакции горения водорода, окиси углерода, углеводородов.
В упрощенном виде, достаточном для практических целей, горение углерода происходит в соответствии со стехиометрическим уравнением:
С + О2 = СО2
1 моль + 1 моль = 1 моль
32 массовые части + 32 массовые части = 64 массовые части
Саморазгоняющийся характер цепных реакций горения водорода, окиси углерода и углеводородов, приводящий к почти мгновенному завершению их, позволяет для практических расчетов пользоваться стехиометрическими уравнениями этих реакций:
2Н2 + О2 = 2Н2О
2 моля + 1 моль = 2 моля
4 массовые части + 32 массовые части = 36 массовых частей
2СО + О2 = 2СО2
2 моля + 1 моль = 2 моля
56 массовых частей + 32 массовые части = 88 массовых частей
СmHn + (m+n/4)О2 = mСО2 + n/2 Н2О
1 моль + (m+n/4) молей = m молей + n/2 молей
(12m+n) массовых частей + 32(m+n/4) массовых частей = 44m массовых частей + 9n массовых частей
Скорость реакции горения зависит от температуры, концентрации кислорода в воздухе и от концентрации горючего газа в горючей смеси.
3. Объемы воздуха и дымовых газов.
В процессе горения участвуют углерод, водород и сера. После сжигания образуются дымовые газы и очаговые остатки. По закону сохранения материи масса продуктов сгорания равна массе топлива и воздуха для горения.
Продукты горения углекислота и сернистый ангидрид объединяют под названием сухие трехатомные газы RO2:
RO2 = CO2 + SO2,
отдельно SO2 в расчетах не учитывают.
Количество С можно заменить количеством S. Тогда
12
Сэкв = Sл = 0,375Sл, %
32
Поэтому суммарное содержание углерода и серы в топливе:
R = C + Сэкв = C + 0,375Sл, %
и реакции горения серы и углерода записать
R + O2 = RO2
Количество воздуха, необходимое для горения, а также состав дымовых газов вычисляют в м3 при нормальных условиях (0°С и 760 мм.рт.ст.) для 1кг твердого и жидкого топлива и для 1м3 газообразного топлива.
Из приведенных уравнений горения следует, что для полного сгорания 1кг твердого или жидкого топлива, имеющего элементарный состав Ср, Нр, Ор, Nр, Sрл, Ар и Wр, теоретически требуется массовое количество кислорода, кг/кг:
32 Ср Нр Sрл Ор
М0O2 = + 8 + - , кг/кг
12 100 100 100 100
или объемные, м3/кг
М0O2 1
V0O2 = ρO2 = 1,428∙100 (2,67Ср
+ 8Нр + Sрл - Ор)
где ρO2 = 1,428 кг/м3 – плотность О2 при нормальных условиях.
Т.к. содержание О2 в воздухе равно 21%, то теоретически необходимый для полного сжигания 1кг твердого или жидкого топлива объем воздуха, м3/кг:
V0O2
V0в
= 0,21
V0в = 0,0889 (Ср + 0,375Sрл) + 0,265Нр – 0,0333Ор
Объемное количество углекислоты, содержащейся в дымовых газах, определяют из уравнения горения, м3/кг:
М0СO2 44 Ср
VСO2 = ρСO2 = 12 ∙ ρСO2∙100 =
0,0187Ср
где М0 СO2 – масса углекислоты, получившейся в результате сгорания 1кг топлива
ρСO2 = 1,964 кг/м2 – плотность углекислоты.
Аналогично объем сернистого ангидрида, м3/кг
М0SO2
VSO2 = ρSO2 = 0,0069Sрл
VRO2 = 0,0186 (Ср + 0,375Sрл)
V0N2 = V0 + 0,008Nр
V0H2O = 0,111Нр + 0,0124Wр +0,0161V0
Итого теоретический объем газов, м3/кг
V0г = V0RO2 + V0N2 + V0H2O
Расчет теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания при сжигании природного газа производится по следующим формулам, м3/м3:
теоретический объем воздуха
V0в = 0,0476 [∑(m+n/4) СmHn + 0,5(СО + Н2) + 1,5H2S – О2]
продуктов сгорания
V0N2 = 0,79V0 + 0,01N2
VRO2 = 0,01 (∑mСmHn + СО2 + СО + Н2S)
V0H2O = 0,01 (∑n/2∙СmHn + Н2S + Н2 + dг + 1,61V0
где dг – влагосодержание газообразного топлива, при расчетной температуре 10°С dг≈10г/м3.
Для обеспечения полного сгорания топлива в топку приходится подавать некоторое избыточное против необходимого теоретически количество воздуха. Отношение действительного количества воздуха, поданного в топку VДв к теоретически необходимому V0в называют коэффициентом избытка воздуха α.
VДв = αV0в, м3/кг (α = 1,01÷1,6)
Избыточный воздух в горении не участвует, но увеличивает количество дымовых газов.
При этом объем компонентов и дымовых газов в целом определяются из выражений, м3/кг
VN2= V0N2 + 0,79 (α – 1) V0в
VH2O = V0H2O + 0,0161 (α – 1) V0в
Vг = (VRO2 + V0N2+ V0H2O) + 1,0161 (α – 1) V0в
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.