Расход кислорода и воздуха для горения топлива

Лекция № 4 Расход кислорода и воздуха для горения топлива.

Состав воздуха.

В теплотехнических расчетах принимают следующий состав сухого атмосферного воздуха: 79% N₂ и 21% О₂. С целью упрощения инертные газы, а также углекислый газ, содержащийся в небольших количествах (» 1%), объединяют с азотом. На одну объемную единицу кислорода, поступающего для горения из воздуха, вводят 79/21 = 3,762 объемных единиц азота.

Расход кислорода для горения топлива.

Количество кислорода, которое необходимо израсходовать для полного сгорания единицы топлива, согласно стехиометрическому соотношению, в химической реакции горения называется удельным теоретическим расходом кислорода. Это стехиометрическое число w_o зависит:

1) от природы горючих элементов топлива;

2) от концентрации горючих элементов в техническом топливе (чем больше балласта, тем меньше стехиометрическое число).

При наличии многих горючих составляющих в топливе стехиометрическое число для твердого и жидкого топлива подсчитывается по формуле

w_o = 0,01·åw_x·c_x кг/кг,

Рекомендуемые материалы

где w_x - cтехиометрическое число соответствующего горючего, кг/кг;

      с_x - концентрация горючего элемента в топливе в % по массе.

Теоретический объемный расход О₂, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива, определиться из выражения

 м³/кг,

гдеплотность кислорода, равная 1,43 кг/м³.

Теоретический объемный расход кислорода, необходимого для полного сгорания 1 м³ газообразного топлива определяется по формуле

 м³/м³,

где Vo₂ - теоретический объемный расход кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м³ соответствующего горючего.

Стехиометрические объемные соотношения в реакции горения равны отношению молей.

Расход воздуха для горения топлива. Коэффициент расхода воздуха.

Расход воздуха, отвечающий стехиометрическому, также называется теоретическим. Объемный расход воздуха обозначают L₀, а расход по массе G₀. Для расчета расхода воздуха на горение существуют три метода: аналитический, приближенный, по графикам.

Аналитический метод расчета. Теоретический расход воздуха определяют по теоретическому расходу кислорода и объемной доле кислорода в воздухе ko₂.

Если для горения используют влажный воздух, в котором на 1 м³ сухой части содержится  f , г, влаги или 0,00124f, м³, водяного пара, то расход влажного воздуха составит

L₀ = (1+0,00124f)·L_{0 c.в} м³/ед.топл.

Чтобы обеспечить более быстрое и полное сгорание топлива, вводят избыточный воздух в некотором количестве сверх теоретического L_изб, зависящее от вида топлива и организации процесса его сжигания. Отношение объема избыточного воздуха к теоретическому объемному расходу воздуха носит название коэффициента избытка воздуха, и обозначают буквой a.

Воздух в количестве, которое практически вводят для полного сгорания единицы топлива, называют действительным расходом воздуха (L_n). Отношение действительного расхода воздуха к теоретически необходимому носит название коэффициента расхода воздуха. Этот коэффициент обозначают буквой “n”.

Приближенный метод расчета. Нужно отметить следующую закономерность: чем больше теплота сгорания топлива, тем больше воздуха необходимо для сгорания единицы топлива. На использовании этой прямой пропорциональной зависимости между теплотой сгорания и расходом воздуха основан приближенный метод для расчета расхода атмосферного воздуха

L₀ = kQ_н/1000 м³/кг или м³/м³,

где k - поправочный коэффициент, значение которого близко к единице: для углерода его значение максимально k = 1,1; для окиси углерода - минимально k = 0,788; для водорода k = 0,93

В формуле Q_н  выражено в ккал.

Для быстрого и ориентировочного определения расхода воздуха можно исходить из положения, что на 1000 ккал теплоты сгорания топлива требуется приблизительно 1 м³ воздуха.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 4 Система шихтоподачи.

Воздух, обогащенный техническим кислородом.

В современной практике для сжигания топлива часто используется не атмосферный воздух, а воздух, обогащенный техническим кислородом, или даже чистый технический кислород.

При смешивании технического кислорода с воздухом объемный процент кислорода в смеси возрастает прямо пропорционально увеличению доли технического кислорода. Если обозначить объемную долю технического кислорода в смеси с воздухом через k₁, то процент кислорода в смеси может быть найден по следующему уравнению

%О₂^см = 21 + 79k₁.

Если объемная доля технического кислорода в смеси с воздухом k₁ = 0, то О₂^см = 21%, т.е. смесь представляет собой обычный воздух. Если же k₁ = 1, то О₂^см = 100%, т.е. вся смесь состоит из технического кислорода.

Естественно, что объемный расход обогащенного воздуха меньше объемного расхода обычного атмосферного воздуха вследствие уменьшения содержания азота.