Количество воздуха, необходимое для горения, и коэфициент избытка воздуха

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Для сжигания топлива необходимо к нему подвести воздух, кислород которого будет соединяться с горючими элементами топлива, образуя новые газообразные соединения.

Полное сгорание углерода С в углекислоту С02 происходит по уравнению:

С + 20 = С02. (6)

Так как молекулярный вес углерода 12, а кислорода - 16, то, следовательно, на 12 весовых частей углерода необходимо подвести 32 весовые части кислорода или на каждую весовую часть углерода 32/12 = 8/3 весовых частей кислорода.

и С

На кг углерода, входящего в состав 1 кг топлива, необ-

Q

ходимо подвести 8/3 -щ^ кг кислорода.

Реакция горения водорода происходит по уравнению:

2Н + О = НаО, (7)

или в весовых частях

2 1 + 16= 18,

т. е. для сжигания одной весовой части водорода необходимо подвести 16/2 = 8 весовых частей кислорода.

Н Н Для сгорания кг водорода нужно будет 8 ущ кг кислорода.

Полное сгорание серы происходит по уравнению

8 + 20= 802., (8)

Молекулярный вес серы равен 32; следовательно, для полного сгорания одной весовой части серы необходимо подвести 32/32 = 1 весовую часть кислорода.

,. Для сжигания -щ кг серы, содержащейся в 1 кг топлива, нужно

Э

подвести ущ кг кислорода.

Количество кислорода, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, выразится в виде суммы

8/3 Ш + 'Ж + ТОО = ТбО <8/3 С + 8 Н + 8) Кг. (9)

Обычно в составе топлива имеется некоторое количество кислорода, который примет участие в горении; поэтому приходится подводить в топку кислорода несколько меньше, чем приведено выше, а именно:

Т]Ш(8/ЗС + 8Н +8-0). (10)

В действительности в топку вводится воздух, в котором кислород составляет 0,236 части по весу; поэтому теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива будет равно:

^ = гт^"1г)о(8/ЗС + 8Н + 5"0)-

Для ориентировочных подсчётов количества воздуха, необходимого для сжигания каменных и бурых углей, антрацита, а также мазутов, можно пользоваться эмпирической формулой Коновалова

^ = ^ (Па) 0 1 000 ' ;

где 0_Чр - теплотворная способность топлива в ккал/кг.

Вес 1 м3 воздуха при 0° и давлении 760 мм рт. ст. равен 1,29 кг, поэтому объём воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, будет равен:

В практических условиях работы топки количество воздуха подводится несколько большее, чем определяемое по формуле (11). Обозначив его через Ь0 имеем:

Ьв = и а, (13)

где а-коэфициент избытка воздуха, всегда больший единицы.

Подвод большего количества воздуха по сравнению с теоретически необходимым обусловливается тем, что на практике не достигается полного и достаточно быстрого перемешивания поступающего воздуха в топку с частицами топлива. Следовательно, чем лучше воздух перемешивается с частицами топлива, тем меньше должен быть избыток воздуха.

При нормальном протекании топочного процесса можно считать, что <х колеблется в следующих пределах:

Для жидкого топлива^.......а = 1,15 1,3

» углей.............а = 1,2 -г 1,6

» дров и торфа.........а = 1,5 -т- 2,0

Коэфициент избытка воздуха зависит не только от химических и физических свойств топлива, но и от конструкции топки, умения топильщика, требуемой форсировки топки и т. д.

При недостаточном подводе воздуха процесс горения ухудшается вследствие неполного сгорания углерода, что увеличивает в продуктах сгорания окись углерода СО.

При чрезмерном подводе воздуха происходит снижение температуры горения, что также ухудшает процесс горения.

Коэфициент избытка воздуха определяется на основании данных о составе топочных газов, которые получают опытным путём при помощи особых приборов - газоанализаторов.

При анализе 100 объёмных частей газа получается С02 объёмных частей углекислоты, СО объёмных частей окиси углерода, 02 объёмных частей кислорода и И2 объёмных частей азота.

Так как в воздухе количество азота по объёму равно 79%, то объёмное количество азота, вводимое в топку при сжигании 1 кг топлива, будет равно

N3 = 0,79 IV, (14)

где ]/й - объём воздуха, теоретически необходимый для сгорания 1 кг топлива, в м3; а -коэфициент избытка воздуха. Количество кислорода, вводимое в топку, равно

О2 = 0,21У>. (15)

При условии полного сгорания на горение расходуется 0,21 У0м3 кислорода.

Так как углерод топлива не полностью сгорает в углекислоту, а частично в окись углерода, то расход кислорода будет меньше на величину - . Следовательно, расход кислорода на сжигание топлива будет равен

СО

0,21 V,--г. (16)

Избыток кислорода в газах определится как разность выражений (15) и (16), т. е.

02 = 0,21 У0 а - ^0,21 \\ - ,

откуда

О2-^ = 0,21 V, (а- 1). (17)

Разделив почленно выражение (14) на выражение (17), получим

N2 _ 0,79 У0 ос _ СО ~ 0,21 У0(а-1) '

Предварительно сократив правую часть уравнения на У0, решаем это уравнение относительно а, получим:

«- -(18)

1-3,76-^

Количество окиси углерода может быть определено по формуле:

21-р0-СО2-(СО2 + О2) си---())6Ш. . % , (19)

2,37 (г^-^)

где Ро ---^--химическая характеристика топлива.

Количество азота определяется из равенства:

100 = С02 + СО + 02 + N3. (20)

При проектировании паровоза ожидаемый состав продуктов сгорания можно получить из уравнений (18), (19) и (20). В этих уравнениях являются неизвестными а, СО, С02, 02 и М2. Химическая характеристика топлива ,80 может быть определена по известному элементарному составу топлива.

Для решения этих уравнений обычно задаются величинами а и СО

Величины" С02 и О, можно определить из уравнений гп - ,(79-[(4,76а-1) рр + 0,395] СО ^2_' (4,76а-1)(1-Ро) -(а-1) '

п Л^+.^^(а~1) + ^1'485+ Ь88р0) а+0,395] СО

(4,76а- 1)(1 +|^-1Г(сГ_ 1} V-*)

Опытные данные анализа газов для паровоза типа 63, испы-тывавшегося на угле, приведены на фиг. 221, для паровоза типа

Фиг. 221. Кривые С02, 02 и СО=1 (у) Фиг. 222. Кривые С02, О» и для паровоза типа 63 СО = 1(у) для паровоза типа"157

157 на нефтяном топливе - на фиг. 222, а для паровоза типа 159 на угольном топливе по опытам 1931 г.-на фиг. 223.

Количество газов, получаемое от сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле:

06 = а^+(1-А), (23)

где А -- количество золы, получаемое при сгорании 1 кг топлива (при нефтяном отоплении А = 0). }/вгЛ%

Пример. Дан уголь марки ПС еле- 10 дующего элементарного состава (по . рабочему топливу):

Углерод........ С, = 70,20%

Водород........ Н„= 3,62%

Азот....... N = 1,21%

Кислород...... 0„= 3,02%

Влага......... \\Г = 5,11%

Зола ,......... К = 13,55%

Сера ......... Эр = 3,29%

Во время опыта над паровозом типа 159 анализом газов получены продукты сгорания:

С02= 11,2% и 02 = 7,6%.

Определить:

а) теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива £0;

б) количество окиси углерода СО;

в) коэфициент избытка воздуха а.;

г) количество газов, получаемых при сгорании 1 кг топлива, Оь-Количество теоретически необходимого воздуха для сгорания 1 к,

топлива определяем по формуле (11), подставляя соответствующие процентные значения элементов из состава топлива

L0 = L. (8/3 ■ 70,20 + 8 3,62 + 3,29 - 3,02) = 9,18 кг.

Химическая характеристика топлива выражается:

2,37 j^H - -^ 2,37 13,62-^°Г\

е0=__А___ll____\____?_U 0,109.

С 70,20

Подставляя значение % и уравнение (19), получим

СО - ^>'09'»>21-Ч[ПЛ2 + 7,6) = хът>,

0,606 т 0,109

Количество азота, заключённое в составе продуктов сгорания, разно

N2 = 100 -С02 - СО -03 = 100- 11,2- 1,37 - 7,6 = 79,83%. Имея все данные, определяем а из выражения (18)

а=__._!_ ~ 1,48.

1 - 3,76 7,6- 0,5_LlI37_

79,83

Вес газов, получаемых при сгорании 1 кг топлива

Gb = а La + (1 - А) = 1,48 9,18 -f (1 - 0,1355) = 14,43 кг.

⇐ | Теплосодержание газового потока | | Паровозы узкой колеи (750мм) | | Располагаемое тепло и теоретическая температура горения | ⇒