Печник (Москва)
Кислород, необходимый для горения, подводится к топливу в виде составной части воздуха, в состав которого входит 23 части по весу кислорода, около 77 частей азота и незначительное количество углекислоты и паров воды; из этих составных частей воздуха для горения необходим только кислород, остальные составные части для горения бесполезны.
Для полноты горения топлива необходимо, чтобы сгорание его происходило при достаточно высокой температуре; воздух подводимый для горения, охлаждая продукты горения, способствует понижению этой температуры, следовательно частью ухудшает условия горения, поэтому количество воздуха должно быть строго согласовано с количеством топлива и его свойствами и не должно превышать определенного предела.
Количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания данного топлива, может быть определено совершенно точно, на основании нижеследующих соображений, если известен элементарный состав топлива.
Для получения одного килограмма кислорода из воздуха - последнего необходимо 100/23=4,35 кг
Углерод при полном сгорании дает углекислоту, которая состоит из 12 частей по весу углерода и 32 частей кислорода; следовательно для получения углекислоты на 1 килограмм углерода требуется 32/12=8/3 кг. кислорода; точно также при полном сгорании водорода в воду на 1 килограмм водорода требуется 8 килограммов кислорода; следовательно, если данное топливо состоит из С процентов углерода, Н процентов водорода и О процентов кислорода, то количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 килограмма такого топлива, должно быть:((8/3C+8(H-0/8)) * 3,37/100 куб. метров
Так, напр., в состав жирного каменного угля входят 82% по весу углерода, 5% водорода 6,5% кислорода, поэтому количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 килограмма такого угля, будет:
(8*82/3+(5-6,5/8)) * 0,0337 = 8,5 куб. метр.
Полученные по такому расчету количества будут представлять собою теоретически необходимые для горения топлива количества воздуха, достаточные лишь при существовании всех вполне благоприятных для горения условий, при которых весь кислород воздуха будет участвовать в горении; для этого необходимо, чтобы весь этот воздух вполне перемешивался с полезными для горения элементами топлива, приведенными предварительно в газообразное состояние, и чтобы это перемешивание происходило при достаточно высокой температуре, необходимой для горения; но достижение этих условий на практике крайне затруднительно и в большинстве случаев часть воздуха проходит мимо топлива, пока оно еще не разложилось на составные элементы, или же перемешивается с ними при недостаточно высокой температуре и, таким образом, не участвует в горении, в виду чего, для достижения возможной полноты горения, количество воздуха, подводимое к топливу, должно быть несколько больше того, которое получается по расчету; это практически необходимое количество воздуха для твердых сортов топлива почти в 2 раза больше теоретического, для жидкого топлива оно в 1,2 до 1,4 раз больше теоретического, для газообразного же топлива оно почти равно теоретическому, так как при газообразном топливе возможно достигнуть почти полного перемешивания его с воздухом.
Как теоретически так и практически необходимые количества воздуха для разных сортов топлива указаны в таблице № 2. Последние, то есть практически необходимые количества и принимаются во внимание при расчете отверстий для подведения воздуха к топливу в приборах, назначенных для его сжигания.
В результате сгорания топлива получаются продукты горения, проводимые по дымооборотам приборов, которым они и отдают заключающуюся в них теплоту; для определения площади сечения этих дымооборотов необходимо знать объем получающихся продуктов горения; последние при полном горении состоят из:
а) углекислоты и воды, получающихся при сгорании углерода и водорода;
б) паров гигроскопической воды;
в) азота, освободившегося из воздуха, и
г) избытка воздуха, не участвовавшего в горении.
В таблице № 2 указан объем продуктов горения, получающийся при полном сгорании 1 килограмма разных сортов топлива и подведении к нему практически необходимого количества воздуха. Указанные в таблице объемы продуктов горения приведены к 0° имея в виду, что температура этих продуктов, а следовательно и объем их, в разных частях приборов неодинаковы; поэтому, при пользовании этой таблицей,—для получения истинных объемов, надо количества, помещенный в таблице, умножить еще на 1+аТ, где а — 0,003665—коэффициент расширения продуктов горения ), а Т— их температура.
Объем продуктов горения, получающихся при сгорании 1 кг топлива, определен на основании нижеследующего расчета:
1) Для полного сгорания 1 килограмма углерода требуется 8/3 килограмма кислорода или
3,37 * 8 / 3=9,0 куб. метр. воздуха; так как объем полученной углекислоты равен объему кислорода, пошедшего на ее образование, то следовательно объем образовавшейся углекислоты и азота, оставшегося свободным, будет 9 *C/100 = 0,09 С куб. метр.
2) Для полного сгорания 1 кг водорода в воду надо 8 кг кислорода, при чем по-лучится 9 кг воды, превращенной в пар. Вес 1 куб. метра пара при 100° С. =0,5895 кг, поэтому 1 кг пара при 100° С. занимает объем 1/0,5895 = 1,696 куб. метр.,
3) Кислород, имеющийся в топливе, идет на сгорание части водорода; для остальной части водорода кислород доставляется с воздухом, количество которого должно быть
8(H-0/8) * 3,37 /100-куб, метров; так как воздух состоит по объему из 20,85% кислорода и 79,15% азота, то при сгорании этой последней части водорода, освободится азота: 8 * (H - 0/8) * 0,0337 * 0,7915 =0,2134(H - 0/8) куб. метр.
4) Объем паров, образующихся из гигроскопической воды в топливе, количество
которой обозначим через W%, будет 1,241W/100 = 0,01241 W куб. метр.
5) Наконец, при вводе практически необходимого для горения количества воздуха,— избыток его против теоретически необходимого обозначит через L куб. метр.
Тогда весь объем продуктов горения, при сгорании 1 килограмма топлива, будет:
0,09C + 0,3334H _ 0,0267O + 0,01241W + L куб. метр.
Наивысшая температура, которая может быть развита при полном сгорании данного топлива, называется его пирометрической способностью; эта температура может быть вычислена, если известно количество составных частей продуктов горения. Так, если принять, что вся теплота, развившаяся при горении 1 кг топлива, расходуется на нагревание продуктов горения от температуры. воздуха, подводимого к топливу (t) до искомой наивысшей температуры Тх, то, обозначая весовое количество отдельных составных частей продуктов горения (углекислоты, паров воды, азота и избытка воздуха) через P1; P2, Рз и P4 и теплоемкости их соответственно через C1, С2, С3 и С4—можно написать:
f = (Р1 С, +P2 C2 + Pз C3 + P4 C4) (Тх - t), где f — теплопроизводительная способность данного топлива; отсюда
Тх = f /P1C1 + P2C2 + P3C3 + P4C4 +t
В действительности температура горения бывает всегда ниже Тх, как вследствие затруднительности достигнуть на практике полноты горения, так и потому, что далеко не вся развившаяся теплота расходуется на согревание продуктов горения, а часть ее теряется вследствие лучеиспускания, а также идет на превращение в пар воды, образовавшиеся при горении, на согревание стенок прибора, в котором производится сжигание топлива, и на согревание оставшейся от топлива золы; наконец при развитии особо высоких температур начинает происходить разложение продуктов полного горения (углекислоты и паров воды) на их составные элементы и на такое разложение, известное под названием диссоциации, расходуется часть развившейся теплоты, что также способствует понижению температуры горения; диссоциация не имеет существенного значения при сжигании твердых сортов топлива, так как развивающаяся при этом температура обычно не превышает 1200, то есть той температуры, при которой начинается разложение углекислоты и паров воды; но при сжигании жидких сортов топлива диссоциация может иметь место и влияет на температуру горения.
В таблице № 2 указаны температуры горения разных сортов топлива при практически необходимом для горения количестве воздуха; при вычислении этих температур приняты уже во внимание все вышеуказанные потери тепла, почему их можно принять близко соответствующим действительным температурам горения.
В следствии неполноты горения теряется по опытным данным около 5% теплоты, развивающейся при полном горении и, таким образом, при сгорании 1 кг топлива получается в действительности 0,95 f ед. т.; часть этой теплоты в количестве около 20%, вследствие лучеиспускательной способности топлива, расходуется на согревание стенок прибора, в котором происходит горение, и лишь остальная часть в количестве 0,95 f X 0,8= 0.76 f идет на согревание продуктов горения и золы до искомой температуры Тх. Ниже указано определение последней для твердого топлива, принимая, что к топливу подводится количество воздуха в 2 раза больше теоретически-необходимого:
1) Для сгорания 1 кг углерода требуется теоретически 8/3 кг кислорода следовательно, если в данном топливе имеется С% углерода, то для согревания получающихся при сгорании углерода продуктов горения от 0° (предполагая, что темпера-тура подводимого воздуха и топлива = 0°) до искомой температуры Тх потребуется теплоты:(3,67 X 0,2164 + 8,924 X 0,244 + 11,594 X 0,2378) X 0,01 С X Тх = 0,0572 С X Тх ед. т.
2) Для сгорания 1 кг водорода требуется теоретически 8 кг кислорода (или 100/23 х 8 = 34,783 кг воздуха), при чем получается 9 кг пара, теплоемкость которого = 0,475 и 34,783 - 8,0 = 26,783 кг азота; при двойном впуске воздуха в продуктах, горения получится еще 34,783 кг. воздуха. Если в топливе имеется Н % водорода, то количество свободного водорода, сгорающего за счет кислорода воздуха, будет Н - 0/8 и количество тепла, необходимое для согревания азота и избытка воздуха до Тх°, будет:
(26,783 X 0,244 + 34,783 X 0,2378) X 0,01 (Н - 0/8) Тх = 0,1481 НТх — 0,0185 ОТх ед. т.;
что-же касается до паров воды, то при определении теплопроизводительной способности топлива f, расход тепла, необходимый на превращение воды в пар при 100°, был уже принят в расчет, поэтому здесь необходимо принять в расчет лишь то количество теплоты, которое расходуется на перегревание пара от 100° до Тх°; это количество будет:
9Н / 100 X 0,475 X (Тх — 100) = 0,04275 Н X Тх — 4,275 Н ед. т.
3) Точно также количество тепла, необходимое на перегревание пара, полученного от W% гигроскопической воды в топливе, будет:
W / 100 X 0,475 (Тх — 100) = 0,00475 WТх — 0,475 W ед. т..
4) Наконец, обозначая количество золы в топливе через А%, при теплоемкости ел == 0,2 получим, что количество тепла, теряемое на ее согревание, будет:
0,01 А X 0,2 X Тх = 0,002 АТХ ед. т.
Сумма этих количеств, на основании ранее изложенного, должна быть равна 0,76f, то есть:
0,76 f= 0,0572 СТХ + 0,1481 НТХ - 0,0185 ОТх + 0,04275 НТХ - 4,275 Н + 0,00475 WТХ - 0,475W+ 0,002 АТх = Тх (0,0572 С + 0,1908 Н - 0,0185 0 + 0,00475 W + 0,002 А) - 4,275 Н - 0,475 W Определяя отсюда Тх получим:
T х= (0,76f+ 4,275 Н + 0,475 W) /0,0572 С + 0,1908 Н - 0,0185 0 + 0,00475 W + 0,002A
| (Голосов: 3, Рейтинг: 4.67) |
Печник (Москва)
Купить в нашем интернет-магазине
Отзывы
Похожие статьи:
