Выход и состав продуктов полного сгорания топлива

В общем случае для всех видов топлива теоретический суммарный выход продуктов полного сгорания (м³/кг или м³/м³) можно представить в следующем виде:

(4.8)

где V_в - объем воздуха, использованного для сжигания 1 кг (м³) топлива;

- объемы отдельных газов в продуктах сгорания, м³/кг (м³/м³).

Под цифрой (1) в (4.8) объединены объемы продуктов полного окисления горючих элементов топлива, которые состоят из объема трехатомных сухих газов и объема водяных паров в результате окисления водорода топлива. В составе всегда , поскольку содержание серы в топливах мало.

Под цифрой (2) в (4.8) объединены объемы азота и кислорода, представляющие собой остаток воздуха после горения топлива, и водяные пары ( , т.к. кислород в значительной мере израсходован на окисление). Объем водяных паров V_вп включает в себя испарившуюся влагу топлива и влажность самого воздуха.

Под цифрой (3) в (4.8) объединены объемы продуктов неполного окисления горючих элементов топлива ( ). Соотношение между объемами V_CO и в среднем составляет 3:1.

Наличие в продуктах неполного сгорания объема CH₄ говорит о грубых отклонениях режима горения от нормы. Рассмотрим полное сгорание топлива в стехиометрических соотношениях и при условии, когда в продуктах сгорания V_CO=0; =0; =0 и = 0.

Теоретический объем продуктов сгорания определяется как:

. (4.9)

Теоретический объем сухих газов:

(4.10)

и полный объем газов

. (4.11)

Объем включает полный объем водяных паров в продуктах сгорания . В действительных условиях невозможно довести топливо до полного сгорания при теоретически необходимом объеме воздуха из-за несовершенства перемешивания топлива с воздухом в большом топочном объеме за короткое время пребывания газов в нем (2¸3 с). Поэтому для обеспечения полноты сгорания топлива, удовлетворяющего экономическим показателям работы парового котла, действительный объем воздуха в зоне горения всегда поддерживают несколько больше теоретического:

, (4.12)

где V_ух – действительный объем уходящих газов за последней поверхностью котла;

- объем продуктов полного сгорания топлива;

a_ух = a_т + Da_пе + Da_вт + Da_эк + Da_вп – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Объем избыточного воздуха определяется по формуле:

, (4.13)

где (a_т - 1) - избыток воздуха в зоне горения.

Первое слагаемое в формуле (4.13) характеризует организованный избыток воздуха, необходимый для обеспечения достаточно полного сжигания топлива. Второе слагаемое - вредные присосы холодного воздуха.

Первоначально определение избытка воздуха в потоке газов осуществлялось косвенным способом - путем определения процентного содержания RO₂ = CO₂ + SO₂ в сухих газах при известном для данного вида топлива максимально возможном . Максимальное содержание сухих трехатомных газов в продуктах сгорания (при a = 1 и O₂ = 0):

, (4.14)

где - топливная характеристика, зависящая при сжигании в воздухе от состава топлива:

. (4.15)

Для различных видов топлив составляет: для твердых топлив –
10 ¸ 20 %; для мазута – 16 ¸ 17 %; для природного газа – 11 ¸ 13 %.

Для определения избытка воздуха используется углекислотная формула:

. (4.16)

В составе газа RO₂ определяется ручным газоанализатором либо хроматографом. В реальных условиях в продуктах сгорания имеется избыточный кислород и возможен химический недожог топлива. Тогда значение становится переменным, и для его определения необходим полный химический анализ:

. (4.17)

При этом использование формулы (4.17), в которой получено только по составу топлива, ведет к дополнительной ошибке. Поэтому указанная углекислотная формула определения по (4.17) является приближенной. В последнее время наиболее широко применяется метод определения избыточного кислорода в потоке дымовых газов.

Контроль за избытком воздуха в газовом тракте котла обеспечивают с помощью кислородомера. При постоянном протоке через прибор небольшой доли дымовых газов из заданного места газового тракта из них выделяется кислород, обладающий специфическими магнитными свойствами. Прибор показывает количество O₂ в процентах от объема осушенных газов. Остаточный кислород в продуктах сгорания, в процентах от объема сухих газов, можно выразить следующим образом:

. (4.18)

С учетом ранее сказанного объем V_СГ = a* , тогда

(4.19)

и окончательно искомый избыток воздуха:

. (4.20)

Если в дымовых газах содержатся продукты неполного сгорания
(СО, Н₂), то нельзя весь оставшийся кислород считать избыточным, часть его должна быть израсходована на окисление этих продуктов.

Тогда формула (4.21) примет вид:

, (4.21)

где СО, Н₂ - % содержание в газах продуктов недожога. Их количество определяется методами газовой хроматографии. Кислородная формула (4.21) точна, когда теоретические объемы воздуха и сухих газов одинаковы.

Реально > и определение a будет иметь небольшую ошибку, но в допустимых пределах для технических измерений при эксплуатации.

Контроль за a на котле осуществляют в двух точках газового тракта - в поворотной камере и за воздухоподогревателем. Разность этих показателей характеризует долю присосов холодного воздуха в поверхностях конвективной шахты, а значение O₂ в поворотной камере показывает, выдерживаются ли условия оптимального избытка воздуха в топочной камере, поскольку присосы в горизонтальном газоходе стабильны и незначительны.

Лекция

Эффективность использования теплоты топлива. Тепловой баланс котельной установки. КПД котельной установки. Потери теплоты.