Газоснабжение. Горение газов: Учебное пособие (Разделы 1-9. Газообразное топливо. Расчеты эффективности использования топлива), страница 7

 (0,5H₂ + 0,5CO + 2CH₄ + 3,5C₂H₆ + 5C₃H₈ +

+ 6,5C₄H₁₀ + 3C₂H₄ + 4,5C₃H₆ + 6C₄H₈ – O₂),                      (3.4)

где H₂, CO, CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₂H₄, C₃H₆, C₄H₈ — содержание в газе горючих компонентов, % об. Слагаемые Н₂ и СО не входят в состав природного газа, они приведены для того случая, когда используется смесь природного и искусственного газа; О₂ — содержание кислорода в газе. Согласно ГОСТ 5542—87^* содержание кислорода в природном газе должно быть не более 1 %. Кислород в формуле (3.4) участвует как отрицательная величина, поскольку его содержание в топливе уменьшает потребность доставки окислителя с воздухом.

Теоретический объем влажного воздуха для горения всегда больше, чем теоретический объем сухого воздуха, приведенный в табл. 3.1 или определенный по формуле (3.4), на величину объема содержащегося в воздухе водяного пара. Объем 1 кг водяных паров при нормальных условиях составляет 1,24 м³. Таким образом, если абсолютная влажность воздуха равна d_в, кг/м³, то искомый объем влажного воздуха для горения , м³/м³ газа, можно определить по выражению

.                      (3.5)

Если состав топлива неизвестен, однако известна его низшая теплота сгорания Q_н, МДж/м³, то теоретический объем воздуха для горения можно ориентировочно определить по выражению

.                                               (3.6)

3.2. Коэффициент избытка воздуха

Если воздух или кислород доставлять до зоны горения в теоретически необходимом (стехиометрическом) количестве, то полное сгорание  топлива обеспечить невозможно. В конечной фазе горения молекулы топлива и окислителя будут настолько разделены массой балласта и уже образовавшихся продуктов сгорания, что не смогут войти в контакт и прореагировать, несмотря на то, что их общее количество соответствует стехиометрическому балансу. Так возникает явление химического недожога.

Для обеспечения полного сгорания горючих компонентов действительное количество влажного воздуха, доставляемого в зону горения , должно быть несколько больше, чем теоретическое:

.                                               (3.7)

Безразмерная величина  называется коэффициентом избытка воздуха (избытка окислителя). Значение  зависит от вида топлива, конструкции горелки и топки, которые определяют качество смешения топлива  и воздуха в реакционной зоне.

Как следует из вышеизложенного, залогом совершенного сжигания топлива в большинстве технологических процессов является условие , поскольку в противном случае неизбежен химический недожог. С другой стороны, избыток воздуха снижает эффективность использования топлива, поскольку увеличивает потери теплоты с отходящими газами (см. разд. 9). Поэтому усилия конструкторов горелок направлены на обеспечение полного сгорания топлива при как можно меньшем значении .

Для распространенных конструкций газовых горелок коэффициент избытка воздуха колеблется в пределах 1,05…1,15. Исключением являются промышленные процессы сжигания топлива, в которых технологической задачей является создание в рабочих камерах теплотехнических устройств нейтральной или слабоокислительной среды. К ним относятся металлургические процессы и высокотемпературная обработка металлов.

Определенным парадоксом является факт, что, будучи совершенно необходимым, избыток воздуха не используется в пламени, а только обеспечивает условия полного сгорания топлива. Весь избыток воздуха полностью переходит в состав отходящих газов.

**********************************************************

Пример3.1

Определить теоретический и действительный объем воздуха для сжигания природного газа, имеющего состав, приведенный в прим. 2.1. Температура воздуха составляет 20 , а относительная влажность  = 60 %. Используемая горелка работает с коэффициентом избытка воздуха =1,1.

Решение

1. Предварительно определяем абсолютную влажность воздуха. По i—d-диаграмме влажного воздуха для t = 20 и  = 60 % определяем влагосодержание x = 8,8 г/кг сухого воздуха и плотность воздуха  = 1,2 кг/м³. Отсюда можно вычислить абсолютную влажность воздуха: