Расчет процесса горения топлива в греющей камере

Температура сгорания топлива определяется из уравнения теплового баланса реакции горения, имеющего в общей форме вид:

, (5.9)

где , и – теплоемкости соответственно горючего, окислителя и продуктов сгорания; , , и – температуры соответственно горючего, окислителя, начальная (принята одинаковой для окислителя и горючего) и температура горения топлива.

Уравнение (5.9) решается обычно итерационным методом, то есть задаются каким-либо значением и проверяют условие выполнения теплового баланса.

Энтальпия уходящих газов ( ) равна:

, (5.10)

где и – соответственно средняя теплоемкость и температура уходящих газов.

Суммарная теплоемкость продуктов горения определяется уравнением:

, (5.11)

где и – теплоемкости при температуре горения и объемные доли составляющих продуктов горения, n – число продуктов, индекс i характеризует конкретный продукт.

В состав жидких и твердых топлив входят горючие элементы и негорючие примеси (балласт). К горючим относятся углерод (C), водород (H) и горючая (летучая) сера (S_Л). Часть серы образует в топливе сложные соединения с внутренним балластом (кислородом и азотом) и не участвует в реакции горения. Кроме того, в топливе присутствует внешние примеси: зола (А) и влага (W). Поэтому для топлив различают органическую, горючую, сухую и рабочую массу топлив. Органическая масса включает в себя углерод, водород, кислород и азот (соответствующий массовый состав обозначают , , и ). Горючая масса в дополнение к органической включает горючую серу (соответствующий состав обозначают , , , и ). Сухая масса помимо горючей включает в себя золу (состав обозначают как , , , , и ). Рабочая масса характеризует полный состав горючего ( , , , , , и ). Соотношения между рассматриваемыми составами сведены в табл. 8.

Зная состав горючего, можно теоретически определить теплоту его сгорания. Для твердых и жидких топлив при этом используется формула Д.И. Менделеева:

(5.12)

Для газообразных горючих расчет проводится по составу сухого горючего. Теплота сгорания может быть приближенно определена как сумма произведений теплот сгорания отдельных горючих газов (уменьшенных в 100 раз) на объемное содержание этих газов в смеси, выраженное в процентах:

(5.13)

Для газов характерных газовых месторождений эти данные сведены в таблицы (см. например, табл. 3, 7).

Табл. 8

Соотношения между различными способами представления состава горючего

Заданная масса	Искомая масса:
органическая	горючая	сухая	рабочая
Органическая	–
Горючая		–
Сухая			–
Рабочая				–

Для известного состава горючего легко рассчитывается и количество кислорода или воздуха, теоретически необходимого для обеспечения полного сгорания горючего. Расчет проводится с использованием стехиометрических уравнений, описывающих процессы горения отдельных компонентов газовой смеси, представленных в табл. 9.

Табл. 9

Характеристики основных реакций, протекающих при горении газообразного топлива

Газ	Реакция	Тепловой эффект реакции при 0 оС, кДж/м3
Водород	H2+0,5O2=H2O	12 760	12 760
Окись углерода	CO+0,5O2=CO2	12 680	12 680
Метан	CH4+2O2= CO2+2H2O	39 792	39 792
Ацетилен	C2H2+2,5O2= 2CO2+H2O	58 052	58 052
Этилен	C2H4+3O2= 2CO2+2H2O	63 047	63 047
Этан	C2H6+3,5O2= 2CO2+3H2O	69 713	69 713
Пропан	C3H8+5O2= 3CO2+4H2O	99 219	99 219
Бутан	C4H10+6,5O2=4CO2+5H2O	128 608	128 608
Сероводород	H2S+1,5O2= SO2+H2O	25 425	25 425