Ентальпія продуктів спалювання.

1. Горіння вуглеводневих газів типу СН в кисні можна виразити в загальному вигляді таким рівнянням:

Але як відомо, спалювання газів відбувається не в чистому кисні, а в кисні повітря. В об’ємному відношенні в повітрі на 21 об'єм кисню приходиться 79 об'ємів азоту (якщо знехтувати іншими компонентами повітря – вуглекислим газом та інертними газами).

Якщо брати вагові відношення, то на 23,2 вагових частини кисню в повітрі приходиться 76,8 вагових частин азоту. Значить на 1 м³ кисню в повітрі приходиться 79/21=3,76 м³ азоту, або 1 м³ кисню знаходиться в 100/21=4,76 м³ повітря. Тому рівняння горіння газу в повітрі буде мати такий вигляд:

Таблиця 3.1 – Рівняння реакцій горіння горючих газів в кисні

Газ	Реакції горіння
Метан
Етилен
Етан
Пропілен
Пропан
Бутилен
Бутан
Пентан
Гідроген
Оксид вуглецю
Сірководень

Таблиця 3.2 – Рівняння реакцій горіння горючих газів в повітрі

Газ	Реакції горіння
Метан
Етилен
Етан
Пропілен
Пропан
Бутилен
Бутан
Пентан
Гідроген
Оксид вуглецю
Сірководень

Таблиця 3.3 – Витрата кисню і повітря при спалюванні 1 м³ газу, м³.

2.В більшості сучасних котлів топки частково або повністю екрановані і основну роль в процесі теплообміну відіграє випромінююча здатність факелів. Із покращенням попереднього змішування газу із повітрям зменшується світимість факелу, але одночасно підвищується його температура і скорочується його довжина. підвищення температури факелу не тільки компенсує зменшення тепловіддачі за рахунок змінення світимості факелу, а і збільшує її, що особливо важливо в топках обмежених розмірів.

Якщо ступінь екранування топки невелика, і є небезпека зниження надійності футеровки внаслідок її місцевого перегріву, переносять закінчення процесу перемішування газу із повітрям в топку, поруч із обрізом амбразури, що дозволяє дещо знизити температуру факелу, що не світиться.

Для теплообміну в топці мають значення вторинні випромінювачі, роль яких частіше за все виконують неекрановані стінки топки, керамічні горкі і розсікачі, а також под топки, який покритий вогнетривкою цеглою. Вторинні випромінювачі тим ефективніше, чим більша їх температура і випромінююча поверхня. Максимальний теплообмін проходить, якщо поверхні екранів і випромінювачів паралельні, а товщина шару продуктів горіння між ними мінімальна. Вторинний випромінювач повинен як умога менше перекривати поверхні нагріву від випроміненя факелу і не заважати омиванню їх продуктами горіння. Влаштування вторинних випромінювачів в топці не повинно заважати переходу із одного виду палива на інший.

Вплив променистого теплообміну в топці на температуру виходячих газів сглажується, якщо котел має достатньо розвинуту конвективну поверхню. Збільшення температури газів за топкою збільшує температурний перепад і швидкість їх руху (за рахунок збільшення об’єму) в газоходах, збільшуючи конвективний теплообмін. З іншого боку, зменшення a (в порівнянні із роботою на рідкому або твердому паливі) призводить до зниження швидкості газів і конвективного теплообміну. Вплив цих факторів при переході із одного виду палива на інший може сильно відобразитися на роботі пароперегрівача і може вимагати спеціальних міроприємств для підтримання температури перегріву пари в допустимих межах.

В ряді випадків навіть при відсутності сажистих часток в продуктах горіння зовнішні поверхні екранів покриваються сірим або жовтим нальотом, який погіршує умови теплопередачі в топці. Тому при роботі на газу також рекомендується регулярно очищувати ці поверхні. Але взагалі при роботі на газу різко зменшується забруднення поверхні нагріву, що покращує теплопередачу від продуктів горіння до води, що циркулює. Це дозволяє підвищувати теплопродуктивність котлів на 20 – 30 і навіть 50 %. В свою чергу зменшення забруднень і a знижує гідравлічний опір газоходів. В ряді випадків, особливо на малих навантаженнях, це дозволяє працювати без димососу, необхідного при спалюванні твердого або рідкого палива, а при неможливості працювати без нього – знизити витрату електроенергії. Використання інжекційних пальників дозволяє відмовитися від дуттьових вентиляторів і, відповідно, також веде до зниження витрати електроенергії.

Переведення котлів на спалювання газового палива відображається і на роботі димової труби: відображається зменшення об’ємів продуктів спалювання, збільшення вмісту в них водяної пари і змінення температури.

При спалюванні газового палива з’являється можливість виводити котли на розрахунковий режим значно бистріше, ніж на твердому паливі, що може викликати додаткові напруження в поверхнях нагріву, особливо в секціях чавунних котлів. тому вірний вибір пальників і їх розташування в топці визначають безпеку і довготривалість роботи котла. Особливе значення в цих умовах набуває підготовка живильної води. Досить часто котли, які довгий час працювали на рідкому або твердому паливі, виходять з ладу в перші дні роботи на природному газі. Спостерігаються розриви екранних труб у водотрубних котлах, з’являються віддулини на барабанах, тріщини на секціях чавунних котлів. Основною причиною цього крім більш важких умов роботи теплосприймаючих поверхонь при спалюванні газового палива є наявність на їх внутрішніх поверхнях навіть невеликого шару накипу, який зменшує тепловіддачу від стінок труб або секцій до води. При спалюванні твердого і рідкого палив зовнішні поверхні нагріву швидко покриваються шаром золи і сажі. Цей шар зменшує кількість теплоти, сприймаємою поверхнями нагріву від розжарених продуктів горіння і випромінювачів, і служить ніби то природним захистом цих поверхонь від перегріву. Для прикладу можна вказати, що термічний опір сталевої стінкитруби товщиною 10 мм еквівалентно опору шару накипу товщиною 0,25 мм або шару сажі товщиною 0,025 мм. Як видно, термічний опір сажі в 10 разів вище опору накипу і в 400 разів вище опору сталевої стінки. При переводі котла на спалювання газового палива поверхні нагріву ретельно очищують від нальоту сажі і золи, і при подальшій експлуатації на газовому паливі вони залишаються практично чистими. Тому навіть тонкий шар накипу на внутрішніх поверхнях призводить до більш сильного нагріву стінок труб або секцій, ніж при роботі на твердому або рідкому паливі.

Крім застосування докотлової обробки живильної води і забезпечення безнакипного стану поверхні нагріву при спалюванні газу необхідно додержуватися наступних основних загальних умов:

- Ретельне очищення котлів від шламу і накипу, золи і сажі;

- Виключення ударного впливу факелу на поверхню нагріву;

- Забезпечення в топці максимально можливої рівномірності розподілення теплових потоків;

- Застосування газопальникових пристроїв, розміри факелу яких при будь яких режимах роботи менш відповідних габаритів тпки;

- В неекранованих або частково екранованих топках підтримання таких температур, які не призводять до швидкого руйнування не захищених екранами частин топки;

- Забезпечення надійного розпалу газопальникових пристроїв і стійкості факелу у всьому діапазоні регулювання їх теплової потужності;

- Захист від перегріву із сторони топки тих елементів котла, де можливе порушення циркуляції, відкладення шламу і накипу, а також ділянок, які більше виступають в топку і піддають небезпеці місцевого перегріву, особливо при спалюванні резервного рідкого палива.

3.Ентальпія продуктів згорянні при спалюванні палива із надлишком повітря α > 1 є сумою мінімальної ентальпії продуктів спалювання (при α = 1) і ентальпії надлишкового повітря, при температурі продуктів спалювання:

де: - ентальпія продуктів згоряння, кДж/кг;

- температура продуктів горіння, ⁰С;

- підраховуємо за формулою:

де: - мінімальний об’єм сухих газів;

- середні ізобарні об’ємні теплоємності відповідно газів і водяних парів;

Друге сумарне в формулі являє собою ентальпію надлишкового повітря; тут - теоретичний об’єм повітря, необхідний для горіння палива, а - об’ємна теплоємність вологого повітря.