Объем воздуха, объем и масса продуктов сгорания определяются на 1 кг твердого, жидкого или на 1 м³ сухого газообразного топлива при нормальных условиях.

Объем воздуха, необходимый для сгорания топлива. Теоретический (при коэффициенте избытка воздуха в топке a _т = 1) объем сухого воздуха (м³/кг), необходимый для полного) сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива, определяется по формуле :

V^о = 0,089С^р + 0,267H^р + 0,033(S^р_л - О^р). (3.27)

Теоретический объем воздуха (м³/м³ необходимый для полного сгорания 1 м³ сухого газообразного топлива, определяется по формуле :

V^о = 0,0478[0,5(СО + Н₂) + 1,5H₂S +2СH₂ + S (m + n/4)С_vH_n - O₂] . (3.28)

В формуле (3.27) содержание элементов топлива выражается в процентах на 1 кг массы топлива, а в (3.28) содержание горючих газов СО, Н₂, Н₂S, СН₄ и т. д. - в процентах по объему.

где b₁ - массовая доля одного из топлив в смеси.

Действительный объем воздуха (м³/кг, м³/м³), поступивший в топку, определяется по формуле :

V_д = a _т V^o, (3.30)

где a _т - коэффициент избытка воздуха в топке.

Состав и объем продуктов сгорания топлива. При полном сгорании топлива продукты сгорания содержат газы: СО₂, S₂O, N₂, О₂ и пары воды Н₂О, т. е.

СО₂ + S₂O + N₂ + О₂ + Н₂О = 100 %.

Полный объем продуктов сгорания V_г (м³/кг) представляет собой сумму объемов сухих газов V_с.г. и водяных паров V_Н2О :

V_г = V_с.г. + V_Н2О , (3.31) при этом V_с.г. = V_RO2 + V_N2 + V_O2 ,

где V_R2O = V_CO2 + V_SO2 - объем трехатомных газов, м³/кг ;

V_N2 + V_O2 - объем двухатомных газов, м³/кг.

A. При a _т = 1

1. Для твердых (кроме сланцев) и жидких топлив теоретические объемы м³/кг) продуктов полного сгорания определяются по формулам:

V_RO2 = 0,0187(С^р + 0,375 S^р_л) ; (3.33)

V^o_с.г. = V_RO2 + V^o_N2 =

= 0,0187 (С^р + 0,3753 S^р_л) + 0,79V^o + 0,8N^o/100; (3.34)

V^o_Н2О = 0,0124(9Н^р + W^р) + 0,0161V^o ; (3.35)

V^o_г = V^o_с.г. + V^o_Н2О = 0,0187 (С^р + 0,3753 S^р_л) + 0,79V^o +

+ 0,8N^o/100 +0,0124(9Н^р + W^р) + 0,0161V^o ; (3.36)

2. Для сланцев объем трехатомных газов определяется по формуле :

V_RO2К = V_RO2 + [0,509(СО₂)^р_к / 100] К =

= 0,0187(С^р + 0,375 S^р_л) [0,509(СО₂)^р_к / 100] К , (3.37)

3. Для газообразного топлива теоретические объемы продуктов сгорания (м³/м³) определяются по формулам:

V_RO2 = 0,01[СO₂ + СО + Н₂S + S mC_mH_n] ; (3.39)

V^o_с.г. = V_RO2 + V^o_N2 ; (3.40)

V^o_H2O = 0,01[Н₂S + Н₂ + S (n/2)C_mH_n + 0,124d_г + 0,0161V^o , (3.41)

где d_г - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м³ сухого газа, г/м³;

V^o_г = V^o_с.г. + V^o_Н2О . (3.42)

Б. При a _т > 1

1. Для твердых (кроме сланцев), жидких к газообразных топлив объемы продуктов полного сгорания (мД/кг) определяются по формулам:

V_с.г. = V^o_с.г. + (a _т - 1)V^o = V_RO2 + V^o_N2 + (a _т - 1)V^o ; (3.43)

V_H2O = V^o_H2O + 0,0161(a _т - 1)V^o ; (3.44)

2. Для сланцев полный объем продуктов сгорания (м³/кг) :

V_г.к. = V_RO2к + V^o_N2 + V_H2O =

= V_RO2к + V^o_N2 + 0,0124(9Н^р + W^р) + 0,0161a _тV^o _. (3.45)

Содержание СО₂, S₂O и RO₂ в сухих газах при полном сгорании топлива определяется по формулам:

СО₂ = (V_CO2 / V_с.г.) ; (3.46)

S₂O = (V_SO2 / V_с.г.) ; (3.47)

RO₂ = (V_RO2 / V_с.г.) . (3.48)

Максимальное содержание (%) трехатомных газов RO₂^max в сухих газах при полном сгорании топлива :

RO₂^max = 21 / (1 + b ), (3.49)

b - характеристика топлива;

b = 2,35 (Н^р - 0,126О^р + 0,04N^р) / (С^р + 0,375S^р_л) ; (3.50 )

b = 0,21 (0,01N₂ + 0,79V^o) / V_RO2 - 0,79 . (3.51)

Содержание (%) азота N₂, и кислорода, в сухих газах и полном сгорании топлива :

O₂ = 21 - b RO₂ - RO₂ . (3.53)

Масса продуктов сгорания.

М_г = 1 - 0,01А^р + 1,306a _тV^o ; (3.54)

б). для газообразного топлива (кг/м³) :

М_г = r ^с_г.т. + 0,001d _г.т. + 1.306a _тV^o , (3.55)

r ^с_г.т. - плотность сухого газа, кг/м³ ;

d _г.т. - содержание влаги в топливе, кг/м³ ;

М_г.к. = 1- 0,01А^р_к + 1,306a _тV^o + 0,01(СО₂) ^р_кК , (3.56)

А^р_к = А^р +(1 - К) (СО₂) ^р_к . (3.57)

h _зл = А^р а_ун / (100 М_г) , (3.58)

a _т = 21 / (21 - 79 O₂ / N₂) , (3.59)

где O₂ и N₂ - содержание кислорода и азота в газах, (%).

Пример 3.5. Определить объем продуктов полного сгорания на выходе из топки, а также теоретический и действительный объемы воздуха, необходимые для сгорания 1 м³ природного газа Ставропольского место-рождения состава: СO₂ = 0,2%; СН ₄ = 98,2%; С₂H₆ = 0,4%; С₃H₈ = 0,1%; С₄H₁₀ =0,1%; N₂ = 1,0%. Коэффициент избытка воздуха в топке a _т = 1,2.

Р е ш е н и е: Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м³ топлива, определяем по формуле (1.28):

V^о = 0,0478[0,5(СО + Н₂) + 1,5H₂S +2СH₂ + S (m + n/4)С_vH_n - O₂] =

= 0,0478 (2· 98,2 + 3,5· 0,4 + 5· 0,1 + 6,5· 0,1) = 9,51 м³/м³.

V_д = a _т V^o = 1,2· 9,51 = 11,41 м³/м³.

Объем сухих газов при a _т = 1,2 определяем по формуле (3.43):

V_с.г. = V^o_с.г. + (a _т - 1)V^o = 0,01 (СO₂ + СО + Н₂S + СН ₄ + 2 С₂H₆ +

+ 3 С₃H₈ + 4 С₄H₁₀) + 0,79V^o + N₂/100 + (a _т - 1)V^o =

= 0,01 (0,2 + 98,2 + 2· 0,4 + 3· 0,1 + 4· 0,1) + 0,79· 9,51 +

+ 1,0/100 + (1,2 - 1) 9,51 = 10,42 м³/м³.

Объем водяных паров при a _т = 1,2 находим по формуле (3.44):

V_H2O = 0,01(H₂S + Н₂ + 2СН₄ + 3С₂H₆ + 4С₃H₈ + 5С₄H₁₀ + 0,124d_г) +

+ 0,0161a _т V^o = 0,01 (2· 98,2 + 3· 0,4 + 4· 0,1 + 5· 0,1) +

+ 0,0161· 1,2· 9,51 = 2,17 м³/м³.

V_г = V_с.г. + V_Н2О = 10,42 + 2,17 = 12,59 м³/м³ .

Пример 3.6. Определить на выходе из топки объем продуктов полного сгорания 1 кг карагандинского угля марки К состава: С^р =54.7%, Н^р =3,3%; S^р_л =0,8%; N^р = 0,8%; O^р = 4,8%; A^р = 27,6%: W^р = 8,0%. Коэффициент избытка воздуха в топке a _т = 1,3.

V^о = 0,089С^р + 0,267H^р + 0,033(S^р_л - О^р) =

= 0,089· 54,7 + 0,266· 3,3 + 0,033(0,8 - 4,8) = 5,61 м³/кг.

Объем сухих газов при a _т = 1,3 находим по формуле (3.43):

V_с.г. = V_RO2 + V^o_N2 + (a _т - 1)V^o = 0,0187 Н (С^р + 0,375S^р_л) + 0,79V^o +

+ 0,8N^р/100 + (a _т - 1)V^o = 0,0187(54,7 + 0,375· 0,8) +

+ 0,79· 5,61 + 0,8· 0,8/100 + (1,3 - 1)· 5,61 =7,15 м³/кг.

Объем водяных паров при a _т = 1,3 определяем по формуле (3.44);

V_Н2О = 0,0124 (9Н^р + W^р) + 0,161a _тV^o =

= 0,0124· (9· 3,3 + 8) + 0,0161· 1,3· 5,61 = 0,58 м³/кг.

V_г = V_с.г. + V_Н2О = 7,15 + 0,58 = 7,73 м³/кг.