Воздух, необходимый для горения веществ и материалов

Индивидуальные химические вещества

Расчет производится по следующей формуле:

V_в^о = 4,76×b [м³/м³] или [кмоль/кмоль],

где (4,76 = 1 + 3,76) - это количество воздуха, в котором содержится 1 кмоль О₂;

b - отношение количества молекул окислителя к количеству молекул горючего в уравнении реакции горения:

b = n_o2 / n_г

Например, для метана b_сн4 = 2/1 = 2.

Уравнение (17.4) в основном используется для газообразных горючих веществ.

Для твердых и жидких горючих веществ применяется уравнение:

V_в^о = 4,76b×V_о/М_г [м³/кг]

Для заданных условий имеем:

V_в^т,р = 4,76b×V_о^т,р/М_г [м³/кг]

В этом случае предварительно рассчитывается по уравнению состояния идеальных газов объем 1 кмоля газов для заданных условий.

М_г - молярная масса горючего вещества.

Вещество сложного состава

Общий объем воздуха, необходимый для горения единицы массы вещества, будет складываться из объемов воздуха, необходимых для горения каждого из элементов, входящих в состав вещества, за вычетом объема воздуха, соответствующего количеству кислорода, содержащегося в веществе:

где V_в^о_(с), V_в^о_(н), V_в^о_(s) - количество воздуха, необходимое для горения единицы массы соответствующего элемента (м³/кг);

V_в^о_(о) - количество воздуха, в котором содержится 1 кг кислорода (м³/кг);

C, H, S, O - содержание соответствующего элемента в горючем веществе (% вес.).

Определим значения V_в^о_(с), V_в^о_(н), V_в^о_(s)

С + О₂ = СО₂

n_c = 1; n_o2 = 1; b_(с) = 1;

V_в^о_(с) = (4,76×1×V_o)/12;

Н₂ + 0,5О₂ = Н₂О

n_н = 1; n_o2 = 0,5; b_(н) = 0,5;

V_в^о_(н) = (4,76×0,5×V_o)/2;

S + О₂ = SО₂

n_s = 1; n_o2 = 1; b_(s) = 1;

V_в^о_(с) = (4,76×1×V_o)/32.

Находим значение V_в^о_(о) 1 кмоль О₂ (32 кг) занимает объем при нормальных условиях V_o. Так как в воздухе на каждый объем кислорода приходится 3,76 объема азота, то 32 кг кислорода будет содержаться в 4,76×V_o м³ воздуха. Тогда V_в^о_(о) = (4,76V_o)/32.

Подставляя полученные значения в уравнение и принимая, что V_o = 22,4 м³/кмоль, получаем:

V_в^о = 0,267 (С/3 + Н + (S-О)/8) [м³/кг]

Смесь газов

Для расчетов V_в^о необходимо провести расчеты для каждого газа, входящего в смесь, и полученные результаты сложить. Когда газовая смесь и воздух находятся в одних и тех же условиях, то объем воздуха, необходимый для полного сгорания смеси газов, можно определить по формуле:

, [м³/м³]

где j_о2 - содержание кислорода в газовой смеси (% об.);

j_i - содержание i-го компонента в газовой смеси (% об.).

Избыток воздуха

Разность между количеством воздуха, присутствующим при горении, и теоретически необходимым количеством воздуха называется избытком воздуха:

DV_в^о = V_в^о_(пр) - V_в^о

Отношение количества воздуха, практически участвующего в процессе горения, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха:

a_в = V_в^о_(пр)/V_в^о

Если известно количество кислорода, которое содержится в продуктах горения после сгорания горючего вещества, a_в можно определить следующим образом:

a_в = 21/(21-j_о2 ^пг)

где j_о2 ^пг - количество О₂, содержащееся в продуктах горения (% об.).

В случае кинетического горения при V_в^о_(пр) = V_в^о a_в = 1. Смесь горючего с воздухом является стехиометрической.

При a_в < 1 смесь богатая. Характерной чертой процесса горения является образование продуктов неполного горения.

При a_в > 1 смесь бедная. Часть воздуха не расходуется на горение (избыток воздуха) и переходит в продукты горения.

DV_в^о = V_в^о_(пр) - V_в^о = V_в^о(a_в - 1);

V_в^о_(a) = V_в^о + DV_в^о