1.2. Расчет процессов горения

Основные цели расчета процесса горения сводятся к определению следующих величин:

1. определение потребного количества окислителя для полного сжигания 1кг горючего;

2. определение количества и состава продуктов сгорания;

3. определение температуры конца сгорания продуктов сгорания;

4. определение теплосодержания (энтальпии) продуктов сгорания.

1.2.1. Определение потребного количества окислителя для полного сжигания 1кг горючего

Расчет ведут обычно на 1 кг рабочей массы сжигаемого топлива. В основу положены уравнения баланса, использование которых можно понять на примере окисления горючих элементов, входящих в состав рабочей массы топлива.

Рассмотрим стехиометрические реакции окисления горючих веществ, входящих в состав горючего.

Окисление водорода рабочей массы топлива:

2H₂ + O₂ = 2H₂O (1.1)

4кг H₂ +32кг O₂ = 36кгH₂O

1кг H₂+ 8кг O₂ = 9кгH₂O

Из этого уравнения следует, что каждый килограмм сжигаемого водорода требует 8 кг кислорода, при этом образуется 9 кг воды. Если в рабочей массе сжигаемого топлива содержится H_p % водорода, то для окисления водорода, входящего в 1 кг такого топлива, необходимо иметь массу кислорода (в кг), равную .

Аналогично можно определить потребное количество кислорода для окисления углерода и серы:

С + O₂ = СO₂ (1.2)

12кг С + 32кг O₂ = 44кг СО₂

1кг С + 8/3кгO₂ = 11/3кгСО₂

S + O₂ = SO₂ (1.3)

32кг S + 32кгO₂ = 64кг SО₂

1кг S + 1кг O₂ = 2кг SО₂

Если вычесть уже содержащийся в топливе кислород, то его потребность (в кг) на каждый килограмм сжигаемого топлива выразится соотношением:

кг_{кислорода}/кг_{топлива}.

В этом соотношении сумма величин, стоящих в числителе, показывает потребное количество кислорода, необходимое для полного окисления рабочей массы горючих элементов топлива. Рабочая масса кислорода О_р горючего входит в состав горючего в виде соединений и участвует в реакции окисления, поэтому она вычитается.

1.2.2. Определение массы воздуха для сжигания 1кг топлива

Массовая доля кислорода в воздухе составляет 0,23. Поэтому количество воздуха, теоретически необходимое для сжигания 1 кг топлива, будет равно

, кг_{воздуха}/кг_{топлива}.

1.2.3. Коэффициент избытка воздуха

В действительности подаваемое количество воздуха отличается от теоретически необходимого. Из-за несовершенства процессов смесеобразования в энергетических установках, где стремятся максимально полно использовать энергию топлива, приходится подавать воздух в количествах, превышающих теоретически необходимое. В печах безокислительного нагрева металла, чтобы поддержать восстановительную атмосферу печи, воздуха подают меньше, то есть сознательно идут на недожег топлива.

Отношение действительно поданного воздуха ( ) к его теоретически необходимому количеству ( ) представляет собой коэффициент избытка воздуха ( ):

.

При сжигании древесины ; углей - ; при сжигании газа и мазута ; в дизелях минимальные значения близки к 1,3; карбюраторные двигатели работают в диапазоне значений от 0,8 до 1,2 (в зависимости от режима работы и конструкции двигателя).

Различают три вида топливных смесей, в зависимости от значения .

При смеси называются бедными (окислителя в зону реакции подается больше, чем требуется для полного сгорания горючего). В продуктах сгорания таких смесей содержатся следующие элементы: Н₂О, СО₂, SO₂, N₂, О₂.

При смеси называются стехиометрическими (окислителя в зону реакции подается столько, сколько требуется для полного сгорания горючего). В продуктах сгорания таких смесей содержатся следующие элементы: Н₂О, СО₂, SO₂, N₂.

При смеси называются богатыми (окислителя в зону реакции подается меньше, чем требуется для полного сгорания горючего). В продуктах сгорания таких смесей содержатся следующие элементы: Н₂О, СО₂, СО, С, N₂.