Теплота “сгорания” воздуха

Каким бы сложным ни был состав углеводородного топлива, при его пол­ном сгорании углерод окисляется до СO₂, водород — до Н₂O, сера — до SO₂. Формально полное окисление серы соответ­ствует образованию SO₃, однако при то­почных температурах SO₃ практически не образуется. Окислителем обычно слу­жит воздух. Количество его должно быть, естественно, достаточным для пол­ного сгорания всех горючих элементов. Балансовые уравнения, показываю­щие исходные и конечные состояния участвующих в реакциях компонентов, называются стехиометрическим и.

В соответствии со стехиометрическим уравнением реакции горения водорода

Н₂ + 0,5О₂ = Н₂О

на 2 кг, т. е. на 1 кмоль водорода, необхо­димо затратить 16 кг (0,5 кмоль) кисло­рода, при этом образуется 18 кг водяного пара. Аналогично из реакций

C + O₂ = CO₂

S + O₂ = SO₂

следует, что на 12 кг углерода и 32 кг серы нужно затратить по 32 кг кислоро­да, при этом получается соответственно 44 кг CO₂ и 64 кг SO₂. Следовательно, для полного сгорания 1 кг углерода тео­ретически требуется затратить 2,67 кг кислорода, а 1 кг серы и водорода со­ответственно 1 и 8 кг кислорода. Часть необходимого кислорода, равная 0,01 О^r кг/кг, содержится в топливе, остальное в количестве нужно подать с воздухом. Плотность кислорода в нор­мальных условиях равна 1,43 кг/м³ (мо­лекулярная масса, деленная на объем 1 киломоля, т.е. 32/22,4), содержание кислорода в сухом воздухе составляет по объему 0,21. Следовательно, объем воз­духа (приведенный к нормальным усло­виям), теоретически необходимого для полного сжигания 1 кг топлива, равен, в м³/кг,

V° =

Выше указывалось, что теплоту, вы­деляющуюся в реакции горения, принято относить к единице массы топлива, на­зывая теплотой его сгорания. Поскольку в реакции в равной мере участвуют и го­рючие элементы (топливо), и кислород (воздух), эту теплоту можно отнести и к единице массы воздуха. Расчеты по­казывают, что отнесенная к единице пол­ностью прореагировавшего воздуха теп­лота сгорания различных топлив не­сколько различается, однако в среднем ее можно принять равной 3,8 МДж на 1 м (в нормальных условиях) действи­тельно прореагировавшего воздуха. Эта цифра удобна для приближенных расче­тов, обеспечивающих точность в преде­лах 10—15 %. Поэтому для оценочных расчетов можно принять V°= /3,8.

Поскольку равномерно перемешать воздух с топливом трудно, в топку при­ходится подавать больше воздуха, чем необходимо теоретически. Отношение ко­личества воздуха V_B, действительно по­данного в топку, к теоретически необхо­димому называется коэффициен­том избытка воздуха:

При нормальной организации топоч­ного процесса , причем чем совер­шеннее топка и лучше горелочные устройства, тем меньше приходится по­давать «лишнего» воздуха. В лучших то­почных устройствах , в плохих — до 1,3…1,5.