Состав и объемы продуктов сгорания топлив. 
Диаграмма It

В общем случае (горение неполное) продукты сгорания представляют собой смесь следующих газов: углекислого газа С0₂, сернистого ангидрида S0₂, водяных паров Н₂0, азота N₂, не использованного при горении (избыточного и не участвовавшего в процессе полного окисления углерода) кислорода 0₂, оксида углерода СО и других продуктов неполного сгорания, которыми мы пренебрегаем. Объем продуктов при полном сгорании топлива V_v будет меньше, чем при неполном сгорании, на величину объема кислорода, который затрачивается на дожигание СО. Эта разница ничтожно мала в сравнении с величиной V_r, поэтому объем продуктов сгорания определяют в предположении, что горение полное. При этом с достаточной для практических расчетов точностью можно пренебречь также азотом топлива, так как в жидких топливах его содержится очень мало.

Таким образом, объем продуктов полного сгорания 1 кг топлива V_v можно найти и как сумму объемов следующих газов:

Полный объем продуктов сгорания может быть условно разделен на объем сухих газов и объем водяных паров:

Теоретически при, а = 1 (отсутствует избыточный воздух, а следовательно, и избыточный кислород) объем сухих газов.

гдеТ^₂ — теоретический объем азота при, а = 1.

На основании соотношений, полученных из расчетных реакций горения (см. табл. 14.5), определяют объемы, м³/кг, СО, и SQ₂:

При химическом анализе продуктов сгорания процентное содержание углекислого газа С0₂ и сернистого газа S0₂ определяют в совокупности, поэтому их суммарное содержание, м³/кг, обозначают через 1Ю₂. Объем этих газов принято определять так же вместе, т. е.

После подстановки в формулу (14.26) выражений (14.25) получим расчетную формулу.

где K^v = С^р + 0,375S^P — приведенный углерод топлива.

Объем водяных паров определяют по выражению.

где С_ф — удельный расход распыливающего пара, кг/кг топлива; d — влагосодержание атмосферного воздуха, кг/кг сухого воздуха; в расчетах принимается d = 0,01 кг/кг; коэффициент 1,24 — это удельный объем водяных паров, м³/кг.

Первое слагаемое в (14.28) представляет собой количество влаги, образующейся при сгорания водорода; второе — количество влаги, содержащейся в топливе; третье — количество влаги, вносимой паром, используемым для распыливания топлива в котлах; четвертое — количество влаги атмосферного воздуха.

После преобразований (14.28) примет вид.

При, а = 1 теоретический объем водяных паров.

Объем, м³/кг, азота и избыточного кислорода можно легко определить на основании расчета необходимого количества воздуха и приведенного ранее его процентного состава:

Если потребуется учесть азот топлива, то в (14.31) следует ввести поправку в виде второго слагаемого 0,008N^P.

Теоретический объем (а = 1) продуктов сгорания, м³/кг, на основании (14.26) будет равен.

При, а > 1 объемы продуктов сгорания будут больше за счет избытка воздуха. В этом случае объем водяных паров, м³/кг, рассчитывают по формуле.

полный объем продуктов сгорания.

Соответствующие объемы, м³/м³, для газообразных топлив при, а = 1 рассчитывают следующим образом:

• теоретический объем азота.

где N₂ — содержание азота в топливе, %;

• объем сухих трехатомных газов, рассчитанный по уравнениям горения,.

• теоретический объем водяных паров, рассчитанный по уравнениям горения,.

где d_rT — влагосодержание газового топлива, г/м³.

При, а > 1 объемы водяных паров и полный объем продуктов сгорания газового топлива вычисляют по формулам (14.34) и (14.35).

Для контроля процесса горения топлив и определения степени полноты его сгорания и избытка воздуха осуществляется анализ продуктов сгорания топлива с помощью приборов — газоанализаторов.

Для случая полного сгорания топлива.

В процентном выражении уравнение (14.39) имеет вид.

где RO, = (V_RQ2/V_cs)-m%-, N₂ = (V_NyVJ-100% и т.н.

Соответственно, при неполном сгорании

Основным элементом неполного сгорания является оксид углерода СО. Простейшие газоанализаторы дают возможность определить процентное содержание трехатомных газов R0₂ и кислорода 0₂. С помощью этих данных и элементарного состава топлива можно рассчитать процентное содержание СО:

где Р — характеристический коэффициент топлива, определяемый по формуле.

Из уравнения (14.42) можно найти максимальное содержание R0₂ при теоретическом количестве воздуха (0₉ = 0) и отсутствии СО:

Величины р и (i?0₂)_max являются постоянными для каждого вида топлива.

Коэффициент избытка воздуха.

Энтальпия продуктов сгорания. Для выполнения тепловых расчетов топливоиспользующего оборудования необходимо знать энтальпию продуктов сгорания, отнесенную к 1 кг твердого или жидкого топлива, кДж/кг, или к 1 м³ газообразного топлива, кДж/м³, в виде суммы энтальпий газов /_г° при, а = 1 и энтальпии избыточного воздуха /_в° так, что.

Энтальпия газов при, а = 1 и температуре газов t_Y

а энтальпия теоретически необходимого количества воздуха (а = 1) при температуре t_r

Объемы V°, V_RO)} VjJ}₂ и V_H20 определяются по уравнениям, полученным выше. Средние изобарные объемные теплоемкости или энтальпии 1 м³ углекислоты с'_рС02, азота с_рщ, водяных паров с'_рН)0 и влажного воздуха с_рв берутся из справочных таблиц либо рассчитываются при температуре t_v.

При значениях, а > 1 в составе продуктов сгорания будет присутствовать избыточный кислород (см. формулу (14.26)).

В ходе выполнения теплового расчета котлов часто используется диаграмма It (рис. 14.1), расчеты для построения которой удобно выполнять в табличной форме. Диаграмма позволяет в значительной степени упростить определение энтальпии газов по их температуре и выполнение обратной операции — определение температуры газов по известному значению энтальпии.

Очевидно, что при увеличении объема продуктов сгорания (при одинаковом значении их температуры) наблюдается рост энтальпии. В первую очередь это происходит в результате увеличения объема азота и избыточного кислорода, не участвующего в процессе горения топлива.

Рис. 14.1. Диаграмма It.

Поскольку объем данных компонентов в первую очередь зависит от коэффициента избытка воздуха, очевидно, что на рис. 14.1 оц > а₂ > а₃, так как с увеличением значения а, вследствие роста объема продуктов сгорания, растет их энтальпия.

Использование диаграммы It удобно при выполнении ручного расчета теплоэнергетического оборудования. В случае использования персонального компьютера рациональнее применять функциональные зависимости /=/(*) и t =/(/).