Розрахункові характеристики палива

Під теплотою згорання палива розуміють кількість тепла, яке утворюється при спалюванні 1 кг твердого або рідкого палива чи 1 м³ газу.

Оскільки в продуктах згорання палива міститься водяна пара, яка має певну ентальпію, уводяться поняття вищої і нижчої теплоти згорання.

Вищою теплотою згорання робочого палива називають теп­лоту, яка виділяється при повному згоранні одиниці палива (1 кг, 1 м³ ). При цьому вважають, що водяна пара, яка утворю­ється при згоранні, конденсується.

Нижчою теплотою згорання робочого палива називають теплоту, яка виділяється при повному згоранні одиниці палива (1 кг, 1 м³), за винятком тепла, яке витрачається на випарову­вання як вологи, яка міститься в паливі, так і вологи, яка утворюється при згоранні водню. Значення і для різних видів палива наводяться в довідковій літературі.

Конденсація пари вологи, яка міститься в продуктах згорання палива, небажана, тому що призводить до корозії металевих елементів газового тракту. Тому температура продуктів згоран­ня не повинна бути нижчою за 180…200 °С.

При заданому складі палива на підставі законів горіння виз­начають теоретично необхідну кількість повітря для повного спалювання 1 кг чи 1 м³ палива за умови, що вся кількість кисню повітря буде використана для горіння. Кількість сухого повітря, теоретично необхідного для повного спалювання 1 м³ сухого газу, визначають залежно від складу газу за таким рівнянням, м³/м³:

V_т = 0,0476 (0,5Н₂ + 0,5СО + 1,5Н₂S + 2СН₄ + 3С₂Н₄ + 3,5С₂Н₆ +

+ 4,5С₃Н₆ + 5С₃Н₈ + 6С₄Н₈ + 6,5С₄Н₁₀ + 8С₅Н₁₂ – О₂),

де Н₂, СО, СН₄, С₂Н₄, …, С_mН_n – компоненти газу у відсотках до об’єму.

Практично паливо спалюється при витратах повітря, які пере­вищують теоретично необхідні, тому що важко забезпечити повне змішування палива з повітрям і, відповідно, повноту його згорання. Такі витрати повітря називають дійсними ( ).

Залежно від виду палива, способу його спалювання і типу камери згорання дійсна кількість повітря перевищує теоретичну на 10–60 %.

Відношення кількості повітря, яке дійсно надійшло в топку , до теоретично необхідного називається коефіцієнтом надлишку повітря:

Мінімальні коефіцієнти надлишку повітря для теплогенерую­чих пристроїв апаратів підприємств харчування такі:

Вид палива	Коефіцієнт над­лишку повітря,
Деревина	1,3–1,4
Торф	1,35–1,48
Кам’яне й буре вугілля	1,4–1,5
Антрацит	1,4–1,5
Природний газ при спалюванні в пальниках:	1,03–1,05
- безполум’яних	1,20–1,30
- факельних інжекційних	1,10–1,20
Мазут

Кількість повітря, яке витрачається для горіння, приблизно пропорційна теплу згорання палива й може бути визначена за наближеними формулами:

при МДж/м³;

при МДж/м³.

Температура займання – це мінімальна температура в місці спалювання суміші газу й повітря, достатня для забезпечення горіння газоповітряної суміші. При цій температурі швидкість реакції окислення горючих компонентів різко збільшується, у результаті чого починається процес спонтанного горіння, який не потребує притоку тепла ззовні.

Температура займання залежить не тільки від виду газу, але й від умісту горючого газу в газоповітряній суміші, ступеню пере­мішування молекул газу й повітря, форми та розмірів топочного простору, швидкості й способу нагрівання суміші.

Температура займання суміші горючих газів змінюється в межах між температурами займання горючих компонентів. Най­вищу температуру займання в повітрі при атмосферному тиску має метан (645 °С), найнижчу – сірководень (290 °С).

Газова суміш займається тільки при певних співвідношеннях між горючим газом і повітрям або киснем. Існують мінімальні (нижні) і максимальні (верхні) межі займання горючих газів у повітрі. Нижньою межею займання газу вважають мінімально об’ємний вміст горючого газу в суміші з повітрям, при якому ця суміш займається, а верхнім – максимальний об’ємний вміст горючого газу в суміші з повітрям, при якому займання не відбувається.

З підвищенням температури газоповітряної суміші межі зай­мання розширюються, а при температурах, які перевищують тем­пературу займання, суміші газу й повітря горять при будь-якому об’ємному співвідношенні.

Швидкість поширення полум’я – це швидкість, з якою прогрівається ламінарно-текуча газоповітряна суміш до темпе­ратури займання. Прогрівання суміші здійснюється головним чином за рахунок дифузійного переносу й теплопровідності про­дуктів згорання, які мають високу температуру й дотикаються до холодної газоповітряної суміші.

Нормальна швидкість поширення полум’я має розмірність лінійної швидкості (м/с), тому що являє собою кількість суміші (м³), яка займається за одиницю часу (с) на площі поверхні полум’я в 1 м². При горінні у вільному струмені однорідної газоповітряної суміші, який витікає з пальника, при ламінар­ному режимі руху, виділяють три зони за довжиною факела полум’я (рис. 7.1): зона А – від щілини вихідного отвору до фронту займання струменю (горіння не відбувається); зона В – між поверхнями внутрішнього і зовнішнього конусів, яка характеризується яскравим світінням, що зумовлене браком кисню (у цій зоні згорає основна маса газу); зона О – якій завершується процес горіння за рахунок притоку вторинного атмосферного повітря.

Рис. 7.1. Схема факела інжекційного пальника

Розподіл температур у різних частинах полум’я залежить від складу газу, співвідношення його та повітря, конструкції пальника й інших факторів. Приблизний розподіл температур у різних зонах полум’я таке: 1 – 300 °С, 2 – 350 °С, 3 – 1 450 °С, 4 – 1 560 °С, 5 – 1 540 °С, 6 – 1 550 °С. Внутрішній конус В – стійкий і різко виділений. Його поверхня приймається як фронт полум’я.

Швидкість поширення полум’я визначається діленням витрат газоповітряної суміші через пальник (м³/с) на величину площі поверхні конуса горіння.

При турбулентному режимі руху швидкість поширення полум’я газоповітряної суміші значно більша за швидкість поширення полум’я в ламінар­ному потоці. Іноді швидкість поширення полум’я в ламінарному потоці називають швидкістю займання.

Найбільшу швидкість поширення полум’я серед моногазів, що горять, має водень (4,83 м/с), найменшу – метан (0,67 м/с).

Швидкість поширення полум’я суміші газів тим більша, чим більший вміст водню в цій суміші. Суттєвий вплив на швидкість поширення полум’я має співвідношення в суміші газу й кисню, склад горючої частини газу, кількість інертних домішок, тем­пература суміші, діаметр трубки й характер витікання газової суміші.

У зв’язку з тим, що газоповітряна суміш витікає з отворів насадки пальника внутрішнього змішування при турбулентному русі, на практиці завжди маємо справу зі швидкостями поши­рення полум’я, які перевищують швидкість займання.

Чим вища швидкість поширення полум’я, тим коротший фа­кел полум’я за однакових умов спалювання газу.

Висота факела полум’я є важливим фактором, який визначає відстань між дном наплитної посудини або жарочної шафи й газовим пальником. Зменшення цієї відстані знижує приплив вторинного повітря, у результаті чого відбувається неповне згорання газу, що може призвести до зниження ККД апарата і виникнення хімічного недоспалювання палива.

Залежно від умов спалювання газу і конструкції пальникових пристроїв швидкість поширення полум’я може змінюватись у значних межах.

На роботу пальників суттєво впливають швидкості поширен­ня полум’я і витікання газоповітряної суміші. Порушення їхнього взаємозв’язку може призвести до відриву або проскоку полум’я.

Відрив полум’я (відділення полум’я від вогневих отворів пальника) відбувається при підвищенні швидкості витікання газоповітряної суміші над швидкістю поширення полум’я.

Проскок – це проникнення полум’я всередину пальника в результаті зниження швидкості витікання газоповітряної суміші відносно швидкості поширення полум’я.

При згоранні палива утворюються продукти згорання, викид яких разом із димовими газами в атмосферу є шкідливим для рослинного й тваринного світу. До таких продуктів належать: летюча зола, окиси сірки й азоту, окис вуглецю.

Гранично допустимий вміст шкідливих газоподібних продук­тів згорання в атмосфері такий, мг/м³: окис вуглецю – 3, окиси сірки – 0,5, азоту – 0,085.

Об’єм газоподібних продуктів згорання палива ( ) можна представити як суму об’ємів сухих продуктів згорання і водяної пари м³:

Водяна пара утворюється при спалюванні палива й випаро­вуванні вологи, яка утворюється в результаті горіння водню, а також вологи, яка знаходиться в паливі. Крім того, у продукти згорання переходить водяна пара, яка вноситься в топку разом із повітрям.

Об’єм сухих продуктів згорання складається із об’ємів триатомних RO ₂ і двоатомних N ₂ газів:

Загальний дійсний об’єм сухих продуктів ( ) згорання при зростає за рахунок азоту й кисню повітря:

Розрахунковий об’єм димових газів для деяких видів палива наведений у додатку В.

Результати газових розрахунків використовують перш за все для визначення ентальпій (тепловмісту) продуктів згорання па­лива, Дж:

де С_р – теплоємність продуктів згорання палива;

t – температура їх згорання, ° С.

Знаючи склад продуктів згорання палива, їхню ентальпію ви­значають як суму ентальпій три- й двоатомних газів і ентальпії водяної пари:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: