Расчет объемов продуктов сгорания топлива
Рассчитаем объемы продуктов сгорания для случая, когда полное сгорание топлива осуществляется при минимально возможном количестве воздуха, то есть теоретически необходимом количестве или . Образующийся в этом случае объем газов называют теоретическим объемом продуктов сгорания.
Возьмем 1 кг топлива, состав которого задан рабочей массой Ср, Нр, Sp, Np, Ор, Ар и Wр в процентах. В случае полного сгорания 1 кг топлива при теоретически необходимом количестве воздуха в продуктах сгорания за счет полного сгорания горючих элементов Ср, Sp, Hp и испарения влаги топлива Wp и воздуха образуются трехатомные газы СО2 , SO2 , H2O и азот N2 .
Последний поступает в продукты сгорания из воздуха и топлива (кислорода О2 в продуктах сгорания нет, так как он полностью израсходован на окисление горючих элементов). Рассчитаем теоретические объемы СО2 , SO2 , Н2О и N2 .
Расчет теоретического объема углекислого газа . Для этого воспользуемся формулой горения углерода (2.5). Из нее следует, что при сгорании 12 кг углерода образуется 44 кг углекислого газа. Следовательно, при сгорании 1 кг углерода образуется 44/12=11/3 кг СО2. В 1 кг топлива содержится Ср/100 кг углерода; поэтому при их сжигании углекислого газа образуется, кг/кг,
. |
Объем СО2 равен его массе, деленной на его плотность = 1,97 кг/м3. Теоретический объем будет равен, м3/кг,
. | (2.12) |
Расчет теоретического объема сернистого ангидрида . Для этого воспользуемся формулой горения серы (2.9). Из нее следует, что при горении 32 кг серы образуется 64 кг сернистого ангидрида SO2. Таким образом, при сгорании 1 кг серы образуется 64/32 = 2 кг SO2. В 1 кг топлива содержится /100 кг серы, следовательно, при сгорании образуется SO2 , кг/кг,
. |
Теоретический объем , м3/кг, будет равен
, | (2.13) |
где | – | плотность SO2 при нормальных условиях. |
Сумму газов СО2 и SO2 называют сухим трехатомным газом и обозначают RO2 , то есть RO2 = СО2 + SO2 . Тогда теоретический объем сухих трехатомных газов, м3/кг, будет составлять
. | (2.14) |
Теоретический объем не зависит от количества подаваемого для горения воздуха, поэтому здесь индекс «0» можно опустить.
Расчет теоретического объема водяных паров . Водяные пары образуются в продуктах сгорания за счет горения водорода топлива за счет испарения влаги, содержащейся в топливе и влаги, вносимой влажным воздухом , а также за счет использования пара при распиливании топлива паромеханическими форсунками . Следовательно, для теоретического объема водяного пара можно записать
. | (2.15) |
Рассчитаем величины, входящие в правую часть формулы (2.15). Из формулы горения водорода (2.7) следует, что при сгорании 1 кг водорода образуется 18/2 или 9 кг водяных паров. В топливе массой 1 кг содержится Нр/100 кг водорода, поэтому при его сгорании образуется 9Нр/100 кг водяных паров, а их объем будет равен, м3/кг,
, | (2.16) |
где | – | условная плотность водяного пара при нормальных условиях; величина Нр выражена в процентах по массе. |
Объем водяного пара за счет испарения влаги топлива Wp, %, составит, м3/кг,
. | (2.17) |
Расчет объема водяного пара . Водяной пар поступает в продукты сгорания с влажным воздухом. Пусть влажность атмосферного воздуха равна d = 10 г/кг или 0,01 кг/кг. Следовательно, количество влаги, вносимой в продукты сгорания влажным воздухом, будет равно , кг/кг, где – теоретически необходимое количество сухого воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг/кг. Объем водяного пара, образовавшегося из этой влаги, будет равен, м3/кг,
. | (2.18) |
Поскольку , то окончательно получаем объем водяных паров, вносимых воздухом, м3/кг,
. | (2.19) |
Объем водяного пара, вносимого паромеханическими форсунками, распыливающими топливо, равен, м3/кг,
, | (2.20) |
где | – | расход пара на распыливание топлива в паромеханических форсунках; обычно = 0,01 ÷ 0,05 кг/кг. |
Окончательно теоретический объем водяных паров при сгорании 1 кг топлива будет равен сумме значений, определяемых формулами (2.16), (2.17), (2.19) и (2.20), м3/кг,
, | (2.21) |
Здесь величины | и | – в процентах по массе; |
– в м3/кг; | ||
– кг/кг. |
Расчет теоретического объема азота . Азот поступает в продукты сгорания из воздуха и топлива. В воздухе находится азота 79% по объему, значит, его объем составит 0,79 m3. В топливе азота содержится Np %. Объем этого азота равен Np/(100∙ ), где кг/м3 – плотность азота при нормальных условиях.
Полный теоретический объем азота равен, м3/кг,
. | (2.22) |
Суммарный теоретический объем продуктов сгорания, полученных при сжигании 1 кг топлива, равен, м3/кг,
. | (2.23) |
Расчет действительного объема продуктов сгорания. В реальных условиях топливо сжигают не при теоретически необходимом количестве воздуха, а при действительно подаваемом количестве, которое больше теоретического.
Отношение действительного количества воздуха , подводимого в топку для сгорания 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству называется коэффициентом избытка воздуха , то есть
или . | (2.24) |
Коэффициент избытка воздуха выбирают в зависимости от вида и свойств топлива, способа его сжигания, режима работы топки и других показателей. Для судовых паровых котлов на мазутном топливе при работе на полной нагрузке коэффициент избытка воздуха составляет 1,05–1,25.
При сжигании топлива при > 1 действительный объем продуктов сгорания будет больше теоретического на величину объема избыточного количества сухого воздуха ( – 1) и объема водяных паров 0,0161 ( – 1) , содержащихся в избыточном воздухе. С учетом этого действительный объем продуктов сгорания при нормальных условиях будет равен, м3/кг,
. | (2.25) |
Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 901;