Расчеты показателей процесса сжигания

Топлива по результатам газового анализа продуктов

Сгорания

На основании анализа продуктов сгорания можно определить важные показатели процесса сжигания топлива, основными из которых являются: коэффициент расхода воздуха для горения (n), объем сухих продуктов сгорания при сжигании единицы топлива V^с.г. (м³/м³); величина химического недожога (Q_х.н., кДж/м³). В ряде случаев для подсчета указанных величин, кроме анализа продуктов сгорания, требуется произвести также и анализ сжигаемого топлива. Рассмотрим кратко методику расчетов по результатам газового анализа. Подробное изложение теории тепловых расчетов по анализу газов приведено в специальной литературе.

Определение коэффициента расхода воздуха

Коэффициент расхода воздуха n представляет собой отношение действительного и теоретического расхода воздуха, т. е.

n = .

Заменив отношение объемных расходов воздуха отношением объемов азота, получим

n = ,

где V - объем азота при действительном расходе воздуха L ;

V - то же, при теоретическом расходе воздуха.

При определении коэффициента расхода воздуха по этой формуле следует различать случаи полного и неполного сгорания топлива, причем в каждом из этих случаем нужно еще учитывать содержание азота в топливе. К топливу с малым содержанием азота относится, в первую очередь, жидкое топливо, где количество азота составляет десятые доли процента, затем твердое топливо, где содержание азота в горючей массе не превышает 2,5 –

- 3%. К этой группе топлив можно отнести также большинство природных газов, содержание азота в которых составляет 0,5 – 3 %.

К топливам с большим содержанием азота относятся воздушный и смешанный генераторный газы, а также доменный газ, где содержание азота составляет 50 – 60%, промежуточное положение занимают водяной, парокислородный и коксовый газы, где содержание азота может доходить до 10%. Применение той или иной формулы для этих топлив будет зависеть от необходимой точности расчета.

О п р е д е л е н и е к о э ф ф и ц и е н т а р а с х о д а в о з д у х а п р и п о л н о м с г о р а н и и т о п л и в а. При полном сгорании топлива с действительным расходом воздуха в состав продуктов сгорания будут входить углекислый газ, водяной пар, азот, сернистый газ, кислород (внесенный с избыточным воздухом). Содержание азота в продуктах сгорания (дымовых газах) будет складываться из объема азота, вносимого с действительным расходом воздуха, а также объема азота, перешедшего из топлива. Следовательно,

V .

Теоретический расход кислорода пойдет на химические реакции с горючими составляющими топлива, а в продукты сгорания перейдет кислород, внесенный с избыточным воздухом.

1. Т о п л и в о с м а л ы м с о д е р ж а н и е м а з о т а (N₂<3%). Для твердого и жидкого топлива, а также природных газов, содержащих незначительное количество азота, можно считать, что азот в продуктах сгорания перешел только лишь из воздуха, т. е. N . Объем азота, внесенный с теоретическим расходом воздуха, может быть определен по разности между объемами азота, вошедшими с действительным и избыточным расходами воздуха, т. е. V . Следовательно, формула для определения коэффициента расхода воздуха примет вид:

n = .

В свою очередь

V = [(1 - k ] V , (35)

k_O - объемная доля кислорода в воздухе;

δ - объем азота, приходящийся на 1 м³ кислорода воздуха.

В сухом атмосферном воздухе k_O =0,21, δ= В обогащенном воздухе, где k_O >0.21, значение δ уменьшается. Например, при k_O =0,25, δ= . Подтвердив значение V из формулы (35) в формулу для определения коэффициента расхода воздуха, получим

n= , (36)

, - объем азота и кислорода в сухих дымовых газах.

Заменив объемы и в формуле (36) процентным содержанием соответствующих компонентов в сухом дымовом газе по следующим выражениям:

N = , O = . (37)

После подстановки и из формулы (37) в выражение (36) и сокращения всех членов на /100 формула (36) примет вид

n (38)

Формула (38) носит название азотной, так как для определения коэффициента расхода воздуха по этой формуле нужно на ряду с процентным содержанием избыточного кислорода () знать процентное содержание азота в сухих продуктах сгорания (). Формула (38) является довольно простой так как требует определения только двух компонентов в продуктах сгорания – азота и кислорода, однако для некоторых видов топлива эта формула может быть упрощена еще большей степени. Если в продуктах сгорания содержится мало водяных паров, то содержание азота в сухих продуктах сгорания идет близко к содержанию азота в атмосферном воздухе и составляет примерно 79 – 80%. В этом случае можно принять = и формула (38) примет вид

n= (39)

Эта формула носит название кислородной, так как дает возможность определить коэффициент расхода воздуха только лишь по процентному содержанию кислорода в продуктах сгорания. Формула (39) дает хорошую точность расчета для антрацита и каменных углей.

2. Топливо со значительным содержанием азота (N₂ 10%). К этому виду топлива относят, в основном, доменный и генераторный газы (N₂= 50 60%). В коксовом газе также может содержаться азот в количестве, доходящим до 10%. Для этих топлив уже нельзя пренебречь содержанием азота в топливе, и для определения процентного содержания азота, перешедшего в дымовые газы из воздуха, нужно пользоваться формулой

N = - ( ·V ), (40)

где - содержание азота в сухом топливе,%;

Подставив значение N из формулы (40) в (38) получим

n= (41)

Следовательно, для определения коэффициента расхода воздуха в данном случае нужно производить анализ не только продуктов сгорания, но и анализ газообразного топлива с целью определения в нем процентного содержания азота N .

Определение коэффициента расхода воздуха при неполном сгорании топлива.

При неполном сгорании топлива наличие кислорода в дымовых газах обусловлено не только внесением его с избыточным воздухом, как это было при полном сгорании, но также и присутствием исходного кислорода, который по тем или иным причинам не был израсходован на реакции горения. Так, если в сухих дымовых газах будет иметь место какой-то процент СО , то содержание кислорода, который должен быть израсходован на ее сгорание, составит по реакции горения 0,5 СО . Объем кислорода, внесенного избыточным воздухом, будет равен разности между кислородом, определяемым анализом продуктов сгорания, и кислородом, который должен быть израсходован на догорание горючих газов, обнаруженных в продуктах сгорания, т.е.

О = О - 0,5СО^с.г. – 0,5Н - 2СН (42)

Подставив значение О из формулы (42) в (36), получим следующие формулы для определения коэффициента расхода воздуха при неполном сгорании:

для топлива с малым содержанием азота (N₂<3%)

n= ; (43)

для топлива с малым содержанием азота и водорода при сжигании в обычном атмосферном воздухе

n= ; (44)

для топлива со значительным содержанием содержанием азота (N₂>3%)

n= . (45)

Когда в дымовых газах нет окиси углерода, водорода и метана, формулы (43) – (45) превращаются в формулы полного сгорания (38) – (41).