teplotekhnika (852911), страница 57
Текст из файла (страница 57)
І9) подсказывает пути интенсификации процесса сгорания жидкого топлива. Очевидно, что время горения будет тем меньше,чем выше будут температура окружающей среды и начальная температура топлива. Однако в наибольшей степени время сгорания зависит от начального радиуса капли, так как т пропорционально Щ). В связи с этим вдвигателях внутреннего сгорания (дизелях), котлах, газовых турбинахстремятся к возможно более тонкому распылу топлива при подаче в камеру сгорания. Тонкий распыл достигается применением специальныхустройств - форсунок, работающих по принципу механического распыливания, или с помошью распыливаюшей среды.
В любом случае тонкосгьраспыла зависит от вязкости топлива, в связи с чем топлива с большой вязкостью, например мазуты, перед подачей к форсунке подогревают.14.4. Определение расхода воздуха на горение топливаСтехиометрические соотношения. Носителями тепловой энергии, выделившейся при сгорании топлива, являются продукты сгорания. От количества и состава продуктов сгорания зависит их температура, а следовательно, и пригодность топлива для того или иного технологическогопроцесса. В задачу расчета процесса горения входит определение количества необходимого для горения воздуха и объемов продуктов сгоранияпри заданных условиях горения.Количество воздуха необходимо знать для расчетов устройств подачивоздуха в зону горения и площадей сечения каналов для его подвода. Пообъемам продуктов сгорания рассчитывают устройства для удаления газов из топок и производят другие теплотехнические расчеты.Для расчета количества воздуха, необходимого для горения, а таюкесостава и объема продуктов сгорания требуется знать элементарный состав топлива на рабочую или сухую (для газов) массу топлива.
Все расчеты ведутся из условия полного сгорания топлива и образования конечных молекулярных продуктов. За исходную массу компонентов, участву309ющих в реакции горения, принимается 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях. Поэтому все объемы воздухаи продуктов сгорания будут исчисляться на 1 кг полностью сгоревшеготвердого (жидкого) или на 1 м3 газообразного топлива.Отправными уравнениями для расчетов служат материальные уравнения реакции окисления горючих компонентов.В расчетах за единицу измерения принимают 1 киломоль (кило-грамм-молекула).
Эта единица удобна для перехода к 1 кг и 1 м3 (объемупри нормальных условиях, т.е. при температуре і = 0 °С и давлениир = 0,1013 МПа). Объем 1 кмоля при нормальных условиях принимаетсяравным 22,4 м3.Реакции горения для определения количества необходимого при горении воздуха, состава и количества образующихся продуктов сгоранияследующие:С + 02 = С021 кмоль С + 1 кмоль 02 = 1 кмоль С0212 кг С + 32 кг (22,4 м3) 02 = 44 кг (22,4 м3) С021 кг С + 2,67 кг (1,87 м3) 02 = 3,67 кг (22,4 м3) С022С + 02 = 2С02 кмоля С + 1 кмоль 02 = 2 кмоля С02 × 12 кг С + 32 кг (22,4 м3) 02 = 2 × 28 кг (22,4 м3) СОІкг С + 1,33 кг (0,935 м3) 02 = 2,33 кг (1,87 м3) С02С0 + 02 = 2С022 кмоль С0 + 1 кмоль 02 = 2 кмоль С022 × 28 кг С0 + 32 кг (22,4 м3) 02 = 2 × 44 кг (2 × 22,4 м3) С021 кг С0 + 0,572 кг (0,4 м3) 02 = 1,572 кг (0,8 м3) С022Н2 + 02 = 2 Н202 кмоль Н2 + 1 кмоль 02 = 2 кмоль Н202 × 2 кг Н2 + 32 кг (22,4 м3) 02 = 2 × 18 кг (2 × 22,4 м3) Н201 кг Н2 + 8 кг(5,6 м3) 02 = 9 кг (1 1,2 м3) Н205 + 02 = 5021 кмоль 5 + 1 кмоль 02 = 1 кмоль 50232 кг 5 +32 кг (22,4 м3) 02 = 64 кг (22,4 м3) 5021 кг 5 +1 кг (0,7 м3) 02 = 2 кг (0,7 м3) 502Последняя реакция горения относится к горению органической серы50.
Колчеданная сера ЅК соединяется с кислородом по другому уравнению; однако для упрощения расчетов будем считать, что горение 5К происходит так же, как и горение Ѕо. Полученные на основании этих реакЦий данные сведены в табл. 14.5, из которой видно, что при полном и неполном сгораниях одинакового количества углерода объем образующих- ся продуктов сгорания одинаков, хотя расход кислорода при полном сгорании в два раза больше.
При полном сгорании углерода и серы объем310Таблица 14.5Количество необходимого для горения кислорода и образующихся продуктовсгорания в расчете на І кг горючего элемента топливаГорючие эле-Конечный продуктменты топливаУглерод СВодород Н2Сера ЅгоренияКоличество кислорода Количество проши-кг/кгУглекислый газ СО2Окись углерода СОВодяные пары Н2ОСернистый ангидрид5022,671,3381м3/кг1,870,9355,60,7тов сгораниякг/кгм3/кг3,672,33921,871,8711,20,7израсходованного кислорода равен объему полученного соответственноуглекислого и сернистого газов.Определение количества воздуха, необходимого для полного сгораниятоплива. На основании соотношений, полученных из реакций горения(см.
табл. 14.5), можно составить формулу для определения количествакислорода, кг/кг, теоретически необходимого для полного сгорания содержащихся в 1 кг топлива горючих элементов углерода СР/100 кг, водорода НР/100 кг и серы ЅР/100 кг,р ЅрСр2,67_ +8Н-+_.100100 100(14.20)Так как в горении участвует кислород самого топлива в количествеОР/100 кг, то необходимое количество кислорода, кг/кг, которое следуетподвести к топливу, будет меньше:Ср +8Нр2,67_100100ЅрОр100100.(14.21)Полученное по (14.21) количество кислорода будет минимальным,его называют теоретическим. В действительности для горения подаетсябольше кислорода.Так как горение топлива происходит за счет кислорода атмосферноговоздуха, то для определения количества воздуха необходимо знать процентное содержание кислорода в воздухе. Для технических расчетов принимают следующий состав сухого воздуха: объемная доля О2 - 21%, массовая доля - 23,2%, объемная доля М2 - 79%, массовая доля - 76,8%. Тогда количество сухого воздуха, кг/кг, теоретически необходимого дляполного сгорания 1 кг топлива,311ЬО_ 2,67Ср +8Нр +Ѕр -Ор ІООили после преобразованийЬ° = 0,115(Ср + 0,37555'1) + 0,345Нр - 0,0430р.(14.23)В расчетах обычно пользуются объемным количеством воздуха.
Приняв плотность сухого воздуха при нормальных условиях рВ = 1,293 кг/м3,получим расчетную формулу, по которой определим объем сухого воздуха, м3/кг, теоретически необходимого для полного сгорания І кг топли-ва, УО = 1.0/р9З илиУО = 0,0889(0 + 0,375521) + 0,267Нр - 0,03330р.(14.24)Указанного количества сухого воздуха было бы достаточно для полного сгорания І кг топлива, если бы горение происходило в идеальныхусловиях, т.е. в предположении, что каждая частица кислорода обязательно вступит в реакцию с соответствующей частицей топлива. В реал ьных условиях из-за несовершенства смесеобразования вероятнее всегоожидать некоторую неравномерность в распределении кислорода: в одних частях зоны сгорания топлива его будет избыток, в других - недостаток.
При недостатке кислорода происходит неполное сгорание топл ива. Во избежание этого воздух подают в количестве, превышающем теоретически необходимое.Отношение количества воздуха, действительно поступающего в топку, к теоретически необходимому для сгорания данного количества топлива называется коэффициентом избытка воздуха (х.Если действительное количество воздуха, подаваемого в топку в расчете на І кг топлива, обозначить буквой Уд, тоа = уд/І/О.(14.25)Коэффициент избытка воздуха - одна из важнейших характеристик про-цесса сжигания топлив. Величина а зависит от рода топлива, способа егосжигания, режима работы топливоиспользуюшего оборудования и т.п.
Значение а устанавливается опытным путем. Для газообразных топлив он составляет І,05-І,2, для жидких - І,І-2,5, для твердых - І,ІЅ-І,7.Во время эксплуатации топливоиспользуюшего оборудования коэффициент избытка воздуха поддерживается на уровне установленных(паспортных) значений, причем всегда стремятся обеспечить полноесгорание топлива при наименьших значениях а. Значение коэффициента а определяют с помошью газового анализа продуктов сгорания, выполняемого специальными приборами - газоанализаторами.31214.5.
Состав и объемы продуктов сгорания топлив.Диаграмма Іг - ігВ общем случае (горение неполное) продукты сгорания представляютсобой смесь следующих газов: углекислого газа СО2, сернистого ангид-рида 502; водяных паров Н2О; азота Н2; неиспользованного при горении(избыточного) кислорода 02; окиси углерода СО и других продуктов неполного сгорания, которыми мы пренебрегаем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
