Состав продуктов сгорания. Недожог топлива
При сжигании любого топлива с теоретическим количеством воздуха (n =1, a =0) продукты сгорания будут состоять из СО2 и Н2О, образовавшихся в результате реакции полного горения, и азота, перешедшего из воздуха и топлива. Содержание азота в продуктах сгорания различных топлив колеблется в довольно узких пределах (65¸75%) и для большинства топлив составляет в среднем 70%. На долю СО2 и Н2О приходится в сумме примерно 30%. Если суммарное количество СО2 и Н2О составляет примерно одну и ту же величину, то содержание их в отдельности колеблется в более широких пределах. Так, например, в продукты сгорания антрацита, содержащего 86,3% С, входит 21% СО2 и 3% Н2О; в продуктах сгорания доменного газа содержится 23% СО2 и 3% Н2О; в продуктах сгорания коксового газа, в состав которого входит 50% Н2 и 25% СН4 содержится 8% СО2 и 22% Н2О; в продуктах сгорания природного газа, состоящего, в основном, из углеводородов содержание водяного пара составляет 20%, а на долю углекислого газа приходится 10%. В продуктах сгорания может также присутствовать небольшое количество сернистого газа.
Плотность продуктов сгорания (дымовых газов) при сжигании различных топлив колеблется в пределах 1,2¸1,4 кг/м3 и составляет в среднем 1,3 кг/м3, т.е. примерно равна плотности воздуха. Т.к. водяные пары легче углекислого газа, то наименьшей плотностью из технических топлив обладают продукты сгорания коксового газа (1,21 кг/м3), а наибольшей - продукты сгорания доменного газа (1,4 кг/м3).
При взятии пробы для анализа вода конденсируется и практически определяется состав сухих продуктов сгорания.
Состав сухих продуктов горения при сжигании доменного и коксового газов значительно отличается, что вполне естественно, т.к. при сжигании водорода сухие продукты сгорания будут состоять из 100% N2, а при сжигании окиси углерода - из 65,3% N2 и 34,7% CO2.
При неполном горении в продуктах сгорания будут присутствовать горючие газы - СО, Н2 и др.
Определение количества и состава продуктов сгорания при полном сгорании топлива.
Для определения количества и состава продуктов сгорания, так же как и для определения расхода воздуха, существуют аналитический, приближенный и графический способы расчета.
Аналитический метод расчета. При полном сгорании твердого и жидкого топлива объем продуктов сгорания определяют по приведенным ниже формулам:
1. Объем углекислого газа
Vco2 = 0,01·1,867·Cp м3/кг,
где 1,867 - объем СО2, полученный при полном сгорании 1 кг углерода.
2. Объем водяных паров
Vн2о = 0,01[11,2Hp +1,242(Wp + Wф)]+0,00124fLn м3/кг,
где 11,2=22,4/2 - удельный объем водяных паров, образовавшихся от сгорания 1 кмоля водорода, м3/кмоль;
1,242 - удельный объем водяного пара (м3/кг);
Wф - количество пара (кг), расходуемое в форсунках для распыления 100 кг топлива.
3. При наличии серы в продуктах сгорания будет присутствовать сернистый газ. Из 1 кг S получится 22,4/32=0,7 м3 SO2
Vso2 = 0,01·0,7Sp м3/кг.
4. Объем азота
VN2 = 0,01·0,8Np + (1 - ko2)Ln м3/кг,
где 0,8=22,4/28 - удельный объем азота, м3/кг.
5. Объем избыточного кислорода воздуха
Vо2 = ko2(n-1)L0 м3/кг,
При сжигании газообразного топлива объем продуктов сгорания определяют по следующим формулам:
1. Объем углекислого газа
Vco2 = 0,01(CO2т + CO т + CН4т +åmCmHnт ) м3/м3,
где CO2т, CO т и т.д. - составляющие топлива, % (объемн.)
2. Объем водяных паров
Vн2о = 0,01[H2т + Н2От +å
CmHnт]+0,00124fLn м3/м3,
3. Объем SO2
Vso2 = 0,01Н2S т м3/м3.
4. Объем азота
VN2 = 0,01N2т + (1 - ko2)Ln м3/м3.
5. Объем избыточного кислорода воздуха
Vо2 = ko2(n-1)L0 м3/м3.
Приближенный метод расчета объема продуктов сгорания, так же как и расхода воздуха, основан на прямой зависимости объема продуктов сгорания от теплоты сгорания топлива. Для подсчета состава продуктов сгорания общий объем продуктов сгорания принимают за 100% и находят процентное содержание каждого составляющего.