Расчет процессов горения жидкого (твердого) топлива

Лекция 11 Расчет процессов горения жидкого (твердого) топлива Для определения количества окислителя и продуктов сгорания используют элементарные реакции горения. Так как в жидком (твердом) топливе основными элементами, участвующими в процессе горения, являются углерод С, водород Н и сера S, то запишем элементарные реакции горения для этих элементов. Масса кислорода, необходимая для окисления горючих элементов топлива: Плотность кислорода , состав воздуха 21 % О2 + 79 % N2 = 100 % Теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания 1 кг твердого (жидкого) топлива, при условии, что весь кислород реагирует с горючими элементами топлива: В топочной камере невозможно идеальное смешение взаимодействующих горючих компонентов и кислорода. Поэтому при подачетолько теоретического объема воздуха в условиях неэффективного смесеобразования не удается обеспечить полное сгорание вещества. Для повышения полноты сгорания топлива воздух в топку подается с избытком, т.е. действительный объем воздуха Vв=V0 + Vв. Отношение действительного объемы воздуха к теоретическому необходимому называется коэффициентом избытка воздуха и обозначается . Коэффициент избытка воздуха Коэффициент избытка воздуха зависит от: - вида и марки топлива; - способа сжигания; - условий предпламенной подготовки топлива; - конструкции горелочного устройства. При факельном сжигании углей α=1,15 – 1,25. При сжигании природного газа и мазута α=1,03 – 1,1. Расчет продуктов сгорания твердого (жидкого) топлива При полном сгорании топлива состав газов можно определить как: 1. Теоретические объемы газов при α=1 CO2 + SO2 + N2 + H2O = 100 % CO2 + SO2 + N2 – сухие газы, CO2 + SO2  RO2 – трехатомные газы. 2. Действительные объемы газов при α1 CO2 + SO2 + N2 + О2 + H2O = 100 % CO2 + SO2 + N2 + О2 – сухие газы, CO2 + SO2  RO2 – трехатомные газы. Теоретические объемы газов при α=1.Теоретический объем газов а) Объем трехатомных газов, м3/кг б) Объем азота в) Объем водяных паров Таким образом, теоретический объем водяных паров будет равен: Действительные объемы газов при α1. а) Объем трехатомных газов б) Объм азота ; в) Объем водяных паров ; г) Объем кислорода избыточного воздуха ; Действительный объем уходящих газов Объем сухих газов При эксплуатации парового котла состав продуктов сгорания контролируют с помощью газового анализатора. Результаты анализа оценивают по отношению к сухим газам. Если неполнота сгорания топлива представлена в виде СО, то объем сухих газов определяют по формулам: а) для твердого и жидкого топлива, м3/кг ; б) для природного газа, м3/кг ; где RO2, CO – содержание трехатомных газов и СО в продуктах сгорания по результатам газового анализа в %. Основное уравнение горения (уравнение Бунте) Основное уравнение горения (уравнение Бунте) характеризует материальный баланс кислорода в ходе топочного процесса и представляет собой расход окислителя на образование соответствующих продуктов сгорания с учетом избыточного кислорода в топочных газах . Если химический недожег топлива представлен в виде только СО, то основное уравнение горения определяют по формуле: RO2(1+) + CO(0.605+) + O2 =21 % RO2(1+) – показывает сколько % О2 расходуется на образование RO2, CO(0.605+) – показывает сколько % О2 расходуется на образование СO, O2 - показывает сколько % О2 в свободном виде переходит в газы.  - топливный коэффициент, определяемый по формулам: а) для твердого и жидкого топлива ; б) для природного газа . Значения топливного коэффициента  для некоторых топлив представлены в таблицах. Основное уравнение горения имеет следующие частные решения: 1. При отсутствии химического недожега (СО=0) 2. При полном сгорании с коэффициентом избытка воздуха =1 в продуктах сгорания свободного кислорода нет (О2=0) и содержание RO2 достигает максимальной величины: если с помощью газоанализатора известно содержание RO2 и О2, то концентрация СО в газах может быть определена расчетным путем на основании неполного газового анализа, % . Содержание азота в сухих газах определяется как остаточный член материального баланса газов, % N2=100 – (RO2 + O2 +CO). Контроль процесса горения Важным показателем топочного процесса является коэффициент избытка воздуха, который при проектировании парового котла принимают по нормируемым значениям, а при эксплуатации котельной установки рассчитывают по составу продуктов сгорания с использованием следующих формул. 1. Углекислотная формула При полном сгорании топлива и =1 состав сухих газов определяется RO2+N22=100 %, Максимальное содержание трехатомных газов в продуктах сгорания RO2max зависит от состава топлива и определяется величиной топливного коэффициента , т.е. RO2max = 21/(1+). Поэтому в реальных условиях RO2max < 21 %. При полном сгорании топлива и >1 состав сухих газов определяется RO2+N2+O2=100 %, т.е. RO2max>RO2 2. Кислородная формула а) При полном сгорании топлива где О2, СО, Н2, СН4 – концентрации компонентов продуктов сгорания по результатам газового анализа, %. При отсутствии недожега, пренебрегая содержанием азота топлива коэффициент избытка воздуха можно определить по формуле: . 3. Азотная формула При умеренном содержании в топлива азота N2топл.< 3 % коэффициент избытка воздуха можно определить как . N2 = 100 - (RO2 + CO + O2 + H2 + CH4) – содержание азота в газах по результатам газового анализа, %. O2изб.=O2 - (0,5CO + 0,5H2 + 2CH4) – избыточный кислород в газах, %.