Состав продуктов сгорания

Лекция № 5 Состав продуктов сгорания. Недожог топлива.

Состав продуктов сгорания.

При сжигании любого топлива с теоретическим количеством воздуха (n=1, a =0) продукты сгорания будут состоять из СО₂ и Н₂О, образовавшихся в результате реакции полного горения, и азота, перешедшего из воздуха и топлива. Содержание азота в продуктах сгорания различных топлив колеблется в довольно узких пределах (65¸75%) и для большинства топлив составляет в среднем 70%. На долю СО₂ и Н₂О приходится в сумме примерно 30%. Если суммарное количество СО₂ и Н₂О составляет примерно одну и ту же величину, то содержание их в отдельности колеблется в более широких пределах. Так, например, в продукты сгорания антрацита, содержащего 86,3% С, входит 21% СО₂ и 3% Н₂О; в продуктах сгорания доменного газа содержится 23% СО₂ и 3% Н₂О; в продуктах сгорания коксового газа, в состав которого входит 50% Н₂ и 25% СН₄ содержится 8% СО₂ и 22% Н₂О; в продуктах сгорания природного газа, состоящего, в основном, из углеводородов содержание водяного пара составляет 20%, а на долю углекислого газа приходится 10%. В продуктах сгорания может также присутствовать небольшое количество сернистого газа.

Плотность продуктов сгорания (дымовых газов) при сжигании различных топлив колеблется в пределах 1,2¸1,4 кг/м³ и составляет в среднем 1,3 кг/м³, т.е. примерно равна плотности воздуха. Т.к. водяные пары легче углекислого газа, то наименьшей плотностью из технических топлив обладают продукты сгорания коксового газа (1,21 кг/м³), а наибольшей - продукты сгорания доменного газа (1,4 кг/м³).

При взятии пробы для анализа вода конденсируется и практически определяется состав сухих продуктов сгорания.

Состав сухих продуктов горения при сжигании доменного и коксового газов значительно отличается, что вполне естественно, т.к. при сжигании водорода сухие продукты сгорания будут состоять из 100% N₂, а при сжигании окиси углерода - из 65,3% N₂ и 34,7% CO₂.

При неполном горении в продуктах сгорания будут присутствовать горючие газы - СО, Н₂ и др.

Определение количества и состава продуктов сгорания при полном сгорании топлива.

Для определения количества и состава продуктов сгорания, так же как и для определения расхода воздуха, существуют аналитический, приближенный и графический способы расчета.

Рекомендуемые материалы

Аналитический метод расчета. При полном сгорании твердого и жидкого топлива объем продуктов сгорания определяют по приведенным ниже формулам:

1. Объем углекислого газа

Vco₂ = 0,01·1,867·C^p м³/кг,

где 1,867 - объем СО₂, полученный при полном сгорании 1 кг углерода.

2. Объем водяных паров

Vн₂о = 0,01[11,2H^p +1,242(W^p + W_ф)]+0,00124fL_n  м³/кг,

где 11,2=22,4/2 - удельный объем водяных паров, образовавшихся от сгорания 1 кмоля водорода, м³/кмоль;

       1,242 - удельный объем водяного пара (м³/кг);

        W_ф - количество пара (кг), расходуемое в форсунках для распыления 100 кг топлива.

3. При наличии серы в продуктах сгорания будет присутствовать сернистый газ. Из 1 кг S получится 22,4/32=0,7 м³ SO₂

Vso₂ = 0,01·0,7S^p м³/кг.

4. Объем азота

VN₂ = 0,01·0,8N^p + (1 - ko₂)L_n  м³/кг,

где 0,8=22,4/28 - удельный объем азота, м³/кг.

5. Объем избыточного кислорода воздуха

Vо₂ =  ko₂(n-1)L₀  м³/кг,

При сжигании газообразного топлива объем продуктов сгорания определяют по следующим формулам:

1. Объем углекислого газа

Vco₂ = 0,01(CO₂^т + CO ^т + CН₄^т +åmC_mH_n^т ) м³/м³,

где CO₂^т, CO ^т и т.д. - составляющие топлива, % (объемн.)

2. Объем водяных паров

Vн₂о = 0,01[H₂^т + Н₂О^т +åC_mH_n^т]+0,00124fL_n  м³/м³,

3. Объем SO₂

Vso₂ = 0,01Н₂S ^т м³/м³.

4. Объем азота

VN₂ = 0,01N₂^т + (1 - ko₂)L_n  м³/м³.

5. Объем избыточного кислорода воздуха

Vо₂ =  ko₂(n-1)L₀  м³/м³.

Приближенный метод расчета объема продуктов сгорания, так же как и расхода воздуха, основан на прямой зависимости объема продуктов сгорания от теплоты сгорания топлива. Для подсчета состава продуктов сгорания общий объем продуктов сгорания принимают за 100% и находят процентное содержание каждого составляющего.

Недожог топлива.

Различают химический, физический и механический недожог топлива.

Химический недожог. Если для полного сжигания топлива будет подано недостаточное количество воздуха, то в продуктах сгорания будут присутствовать горючие газы, т.е. получится недожог топлива. Этот недожог называется химическим, т.к. он обусловлен нехваткой воздуха для протекания химических реакций горения.

Физический недожог. Наличие в продуктах сгорания топлива кислорода и горючих газов говорит о другом виде недожога, который называют физическим. При сжигании топлива факельным способом физический недожог обнаруживают по чрезмерно большой длине пламени факела, когда она (длина факела) превышает длину рабочего пространства печи. Физический недожог повышает потери топлива еще в большей степени, чем химический и может быть устранен наладкой или модернизацией топливосжигающих устройств, которые должны обеспечить завершение перемешивания топлива с воздухом и сгорания его в пределах рабочего пространства печи.

Величина химического недожога может быть определена по формуле

Q_х.н = 0,01(12,77СО^с.г + 10,8Н₂^с.г +35,8СН₄^с.г)V^c.г Мдж/ед.топл,

где СО^с.г, Н₂^с.г и СН₄^с.г - объемное процентное содержание горючих компонентов в сухих дымовых газах;

Лекция "52 Понятие и состав земель природоохранного, оздоровительного, рекреационного и историко-культурного назначения" также может быть Вам полезна.

      V^c.г - объем сухих дымовых газов, полученный при сжигании единицы топлива с учетом химического недожога, м³/ед.топл.

Механический недожог имеет место при сжигании твердого топлива в слое вследствие провала горючего через зазоры колосниковой решетки, потерь со шлаком и уносом частиц топлива с продуктами сгорания.

Для приближенных расчетов механического недожога принимают, что топливо, провалившееся через колосниковую решетку, потерянное со шлаком и уносом, содержит только золу и углерод.

Если обозначить углерод, потерянный в результате механического недожога, через С_мех , то количество фактически сгоревшего углерода определяется по разности

С’ = C^p - C_мех .

При более точных расчетах такие же поправки необходимо вносить в содержание других составляющих, потерянных в результате механического недожога