Горіння палива. Особливості спалювання газового палива

Охтирський технікум СНУ

ЛЕКЦІЯ № 7

(Тематична)

Навчальна дисципліна – ГКА.

Тема лекції: Горіння палива. Особливості спалювання газового палива.

Для студентів ІІІ курсу, спеціальність 5. 092123.

Тривалість – 65 хв.

План

викладення  лекційного матеріалу

1. Процес горіння палива  та його складових.

2  Кількість повітря потрібного для горіння палива.

3 Продукти згорання палива.

4. Особливості спалювання газового палива.

Викладач: Пугачов О.О.

Розглянуто і схвалено на засіданні предметної циклової

 комісії спеціальних дисциплін (спеціальність 5. 092123)

протокол №від „     „                2004 р.

Голова циклової комісії                      Пугачов О.О.

1.  Процес горіння палива  та його складових.

Горінні палива – процес хімічного з’єднання його горючих елементів з киснем повітря, який супроводжується різким підвищенням температури і видаленням значної кількості теплоти. Під час горіння палива утворюються газоподібні продукти (димові гази) і іноді зола.

Для забезпечення горіння крім повітря паливо-повітряну суміш потрібно попередньо підігріти  до відповідної температури, яку називають температурою займання. Кожне паливо в залежності від хімічного складу має свою температуру займання, наприклад: дрова - 300°С; мазут - 500°С; метан – 650-700°С.

Процес горіння газоподібного палива складається з декількох послідовних стадій: змішування горючого газу з повітрям (утворення газоповітряної суміші), нагрівання її до температури займання і горіння.

Розрізняють нормальне горіння, коли швидкість розповсюдження полум’я дорівнює 15 – 25 м/с, і горіння з вибухом – швидкість розповсюдження полум’я  2000 – 3000 м/с.

При теплотехнічних розрахунках процесів горіння палива, які проводять під час проектування та контролю за роботою котлоагрегату, потрібно знати кількість повітря, потрібного для горіння, а також склад і кількість димових газів, які утворюються при спалюванні палива. Дані для розрахунків можливо отримати з елементарних рівнянь хімічних реакцій горіння (окислення) окремих горючих елементів палива.

Горіння карбону. Карбон є одною з основних  горючих складових палива. В залежності від умов спалювання палива в процесі з’єднання карбону з киснем повітря, утворюються вуглекислий газ СО₂ (при повному згоранні) або окис карбону СО (при неповному згоранні).

Рівняння хімічної реакції матиме вигляд:

С  + О₂ = СО₂,

при перерахунку на 1 кг С

1 кг С + 2,67 кг О₂ = 3,67 кг СО₂  + 33705 кДж/кг.

Тобто ми маємо що, для спалювання 1 кг карбону потрібно 2,67 кг кисню і при цьому виділяється 3,67 вуглекислого газу і 33705 кДж/ тепла.

При неповному згорянні карбону реакція його окислення матиме вигляд:

С + 0,5· О₂ = СО,

при перерахунку на 1 кг С

1 кг С + 1,33 кг О₂ = 2,33  СО + 9520 кДж/кг.

Така реакція горіння (окислення) карбону дає в 3,4 рази менше тепла, ніж реакція повного горіння, тай ще і шкідливий чадний газ. Тому, дуже важливо, при спалюванні палива не допускати утворювання чадного газу, тому що це призводить до втрат тепла, так званих втрат тепла від хімічної неповноти спалювання палива.

 Горіння водню.

При спалюванні водню виділяється значно більше тепла ніж при спалюванні карбону.

Процес горіння водню записується формулою:

Н₂  + 0,5·О₂  = Н₂О,

при перерахунку на 1 кг водню

1 кг Н₂+ 8 кг О₂ = 9 кг Н₂О = 142360 кДж/кг.

Горіння сірки.

При згоранні сірки утворюються сірчастий газ SO₂, а рівняння має такий вигляд:

S + O₂  = SO₂,

при перерахунку на 1 кг сірки

1 кг S + 1 кгО₂  = 2 кгSO₂  +9045 кДж/кг.

Горіння метану.

Метан – основна горюча речовина природних газів. Рівняння горіння метану можливо представити в такому вигляді:

СН₄ + 2О₂  = СО₂ + 2Н₂О,

або

1 кг СН₄ + 3,99 О₂  = 2,74 СО₂  + 2,25 Н₂О + 56100 кДж/кг.

Як що вуглеводні гази об означити С_m Нn то рівняння хімічної реакції горіння цих газів в кисні  матиме вигляд:

С_mH_n + (m + n/4)О₂ = mCO₂ + (n/2)Н₂О

Приведені реакції горіння відображають кінцеві результати горіння горючих складових палива і не відображають повного механізму горіння. В дійсності процеси горіння відбуваються значно складніше і супроводжуються рядом проміжних хімічних перетворень.

Основним параметром, який характеризує паливо з точки зору його енергетичної цінності є теплота згорання палива.

У теплотехнічних розрахунках теплоту згорання палива в МДж/кг (МДж/м³) визначають за формулою Мендєлєєва:

Q_Н = 339,5С^Р + 1256Н^Р – 109(О^Р – S^Р) – 25,14(9Н^Р + W^Р),

де  С^Р, Н^Р, О^Р, S^Р, W^Р – робочі складові палива в відсотках.

Для газоподібного палива теплота згорання визначається за формулою:

Q_Н = 0,01· [Q_СО·СО + Q_Н· Н₂ + ∑Q_{С Н}  ·C_mH_n + Q_{H S}·H₂S],

де  Q_СО, Q_Н, Q_{С Н} , Q_{H S} – теплотворна здатність відповідних складових палива, визначається з довідника;

       СО, Н₂, С_m Н_n, Н₂S – кількість складових палива у відсотках.

2  Кількість повітря потрібного для горіння палива.

Враховуючи те що, густина повітря в нормальних умовах дорівнює 1,43кг/м³ і те що вміст кисню в сухому повітрі по об’єму - 21%, то об’єм теоретично потрібного повітря для спалювання 1 кг палива можливо визначити формулою:

V^О = 0,0889 (C^P + 0,375 S^P) + 0,265 H^P – 0,0333 O^P м³/кг.

Для спалювання газоподібного палива, теоретично потрібна кількість повітря визначиться формулою: 

V^O = 0,047·[0,5 СО + 0,5Н₂ + 1,5Н₂S + ∑(m + n/4)·С_mH_n – О₂] м³/м³ газу.