Продукты сгорания топлива, определение их объемов

Горение представляет реакцию соединения горючих элементов топлива (углерода, водорода, серы) с окислителем – кислородом воздуха. В основном сгорание топлива происходит в парогазовом состоянии. Даже твёрдое топливо вначале в значительной мере газифицируется и затем сгорает.

Процесс окисления исходных веществ до образования конечных продуктов сгорания проходит через ряд промежуточных стадий, связанных в цепь последовательных быстротекущих реакций. Цепочки реакций лавинообразно разветвляются и за короткое время охватывают весь объём готовой горючей смеси. Отдельные цепи реакций, попав в неблагоприятные условия (нехватка кислорода, низкая температура у поверхности) могут обрываться. Таким образом, кроме окончательных соединений в составе продуктов сгорания оказываются и промежуточные.

Полный объем продуктов сгорания представляет собой сумму объемов сухих газов и водяных паров, м³/кг:

Объем сухих газов принимают за 100%. При полном сгорании топлива состав сухих продуктов сгорания составляет:

Объем сухих газов представляет собой сумму:

Газообразные продукты сгорания состоят из трехатомных газов CO₂ и SO₂ , сумму которых принято обозначать RO₂, и двухатомных газов – кислорода О₂ и азота N₂.

Тогда равенство при полном сгорании топлива имеет вид:

Объем сухих газов в общем виде составляет:

Для твердых и жидких топлив теоретические объемы (м³/кг) продуктов полного сгорания определяются по формулам.

Объем двухатомных газов:

Объем трехатомных газов:

Расход кислорода на горение углерода и серы иногда рассчитывают суммарно, исходя из содержания (условного) углерода:

Исходя из выше изложенного, объем сухих газов составляет:

Объем водяных паров составляет:

При сжигании твердого топлива приходится считаться с тем, что не весь углерод переходит в продукты сгорания.

Потери вследствие механической неполноты сгорания:

Для газообразного топлива теоретические объемы продуктов сгорания (м³/м³) определяются по формулам.

Полный объем продуктов сгорания:

Объем сухих газов составляет:

Объем двухатомных газов:

Объем трехатомных газов:

Объем водяных паров:

Для действительного объема , где a - коэффициент избытка воздуха.

Количество кислорода, теоретически необходимое для сжигания 1м³ топлива:

Расчет объемов продуктов сгорания твердого, жидкого и газообразного топлива приведены так же в таблице 1.4.

Максимальное содержание (%) трехатомных газов обозначается RO₂^max и при полном сгорании топлива определяется:

где b – характеристика топлива – показывает отношение расхода кислорода воздуха на окисление свободного водорода топлива к расходу кислорода на образование трехатомных газов.

Для твердого топлива:

Для газообразного топлива:

Содержание (%) СО₂, SO₂, RO₂ и N₂ сухих газах при полном сгорании топлива определяется по формулам:

; ; ; .

Основное уравнение полного горения имеет вид:

Таблица 1.4 – Теоретические объёмы воздуха и продуктов сгорания (м³/кг или м³/м³)

Объём	Топливо	Расчётная формула
Теоретический воздуха	Твердое и жидкое	Vв0=0,0889(Ср+0,375Sp)+0,265НЗ-0,0333 Ор
Газовое	Vв0=0,0476[2СН4+0,5СО+0,5Н2+ + СmHn-O2]
Трёхатомных сухих газов	Твёрдое и жидкое	VRO2=0,01866 (Cp+0,375 Sp)
Газовое	VRO2=0,01 (СН4+СО+СО2+∑mCmHn)
Водяных паров	Твёрдое и жидкое	V0H2O=0,111Нр+0,0124Wp+0,0161
Газовое	V0H2O=0,01(2СН4+Н2+ СmHn+0,124dr)+ +0,0161V0в
Азота	Твёрдое и жидкое	=0,79 +0,008Np
Газовое	=0,79 +0,01N2

Примечание: d_r – влагосодержание газа, г/кг.