Общие сведения о горении топлива

Горением называется химический процесс соединения топ­лива с окислителем, сопровождающийся выделением большого количества теплоты и резким повышением температуры реаги­рующих веществ. В процессе горения горючие элементы топлива углерод С, водород Н и сера S соединяются с окислителем, то есть окисляются. Окислителем служит кислород воздуха О. В про­цессе окисления образуются конечные газообразные продукты окисления СО₂, Н₂О и SO₂. При этом химически связанная энер­гия переходит в тепловую.

Горение может быть полным, когда горючие элементы топ­лива окисляются полностью до конечных продуктов окисления, и неполным, когда часть углерода топлива окисляется не пол­ностью, и в продуктах сгорания дополнительно появляется про­дукт неполного окисления углерода – окись углерода СО. Явле­ние химической неполноты горения топлива называется хими­ческим недожогом.

Расчет процесса горения сводится к определению объема воздуха, необходимого для окисления горючих элементов топ­лива, и образующихся объемов газообразных продуктов сгора­ния – дымовых газов.

Теоретически необходимое количество воздуха

Для горения топлива

Подсчитаем количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, пользуясь уравнениями химических реакций окисления горючих элементов топлива кислородом воздуха.

Пусть в 1 кг рабочей массы топлива содержится %, % и % горючих элементов. Рассчитаем количество кислорода, необходимое для их сжигания. Исходная формула для опреде­ления количества кислорода, требуемого для сжигания углерода с образованием углекислого газа, имеет вид

.

(2.4)

Поскольку атомная масса углерода равна 12, а молекуляр­ные массы кислорода и углекислого газа соответственно равны 32 и 44, то равенство (2.4) можно переписать так

12 кг (С) + 32 кг (О2) = 44 кг (СО2).

(2.5)

Следовательно, для сгорания 1 кг углерода необходимо 32/12 или 2,67 кг кислорода. В нашем случае в 1 кг топлива содержится /100 кг углерода. Поэтому для его сжигания по­требуется кислорода, кг/кг,

.

Аналогичный расчет по уравнениям горения водорода

;

(2.6)

2 кг ( ) + 16 кг (О) = 18 кг ( )

(2.7)

показывает, что для сжигания 1 кг водорода требуется 16/2 или 8 кг кислорода, а для сжигания Н^р/100 кг водорода, содержа­щихся в 1 кг топлива, требуется кислорода, кг/кг,

.

Расчет по уравнениям горения серы

;

(2.8)

32 кг ( S) + 32 кг ( ) = 64 кг ( )

(2.9)

показывает, что для сжигания 1 кг серы требуется 32/32 или 1 кг кислорода, а для сжигания кг серы требуется кис­лорода, кг/кг,

.

Для полного сжигания 1 кг рабочей массы топлива количе­ство теоретически необходимого кислорода можно определить как сумму за вычетом кислорода , содержащегося в самом топливе, а именно, кг/кг,

.

В сухом воздухе содержание кислорода по массе составляет 23,2%. Поэтому масса сухого воздуха, теоретически необходи­мого для сжигания 1 кг топлива, равна, кг/кг,

или

.

(2.10)

Если величину разделить на плотность сухого воздуха при нормальных условиях р, кг/м³, то получим теоретически необходимое количество воздуха в м³/кг

.

(2.11)

Здесь = 1,293 кг/м³ – плотность сухого воздуха при нормальных условиях, то есть при давлении 0,1012 МПа (760 мм рт. ст.) и температуре 0°С.

В формулах (2.10) и (2.11) элементы С^р, S^p и Н^р выражены в процентах по массе топлива. Для мазута = 10,6 м³/кг, то есть для полного сжигания 1 кг мазута требуется 10,6 м³ сухого воздуха.