Средние объемные теплоемкости газов, при постоянном давлении

Температура	Объемные теплоемкости , кДж/м3×оС
H2	CО	CH4	C2H6	C3H8	C4H10
	1,2766	1,2992	1,55	2,4192	3,0486	4,1284
	1,2909	1,3017	1,6421	2,495	3,51	4,7054

 

4. Теоретическое количество воздуха – это наименьшее количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 м³ газа, м³/м³.

Для предельных углеводородов метанового ряда, количество воздуха, необходимое для сжигания природного и сжиженного газа, м³, определяется по формуле:

, (1.9)

 

где m – количество атомов углерода в молекуле окисляемого газа.

Теоретическое количество воздуха для полного сжигания 1 м³ метана, этана, пропана, бутана будет равно:

– для метана СH₄ m =1

м³;

– дляэтана С₂H₆ m =2

м³;

– дляпропана С₃H₈ m =3

м³;

– длябутана С₄H₁₀ m =4

м³.

С увеличением относительной молекулярной массы увеличивается количество теоретически необходимого воздуха. Таким образом, низшая теплота сгорания топлива и теоретически необходимое количество воздуха примерно пропорциональны друг другу.

Для горючего газа сложного состава, количества воздуха, необходимое для сжигания природного и сжиженного газа, м³, определяется по формуле:

(1.10)

где m и n – соответственно количество атомов углерода и водорода в молекуле окисляемого газа. Для предельных углеводородов n = 2 m +2.

Однако если при сжигании топлива в топку подавать только теоретически необходимое количество воздуха, то добиться полного сгорания его невозможно. Объясняется это тем, что трудно так перемешать топливо с воздухом, чтобы к каждой молекуле горючих газов было подведено необходимое количество молекул воздуха. Поэтому на практике для полного сгорания топлива приходится подавать воздух в топку в количестве, большем, чем теоретически необходимо, т.е. работать с избытком воздуха. При этом часть воздуха проходит через топку, не соединяясь с топливом.

Величина избытка воздуха определяется коэффициентом избытка воздуха. Отношение действительного количества подаваемого воздуха, расходуемого на горение топлива, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха .

Например, если топка работает при α; = 1,5, то это значит, что в топку поступает воздуха в полтора раза больше теоретически необходимого.

Необходимость сжигать топливо полностью при коэффициенте избытка воздуха, равным или чуть большем 1,0, вызывается стремлением обеспечить наиболее экономичную и эффективную работу котла или печи. Чем меньше будет избыток воздуха в топке, тем меньше тепла унесут отходящие газы. Кроме того, увеличение избытка воздуха снижает температуру газов в топке, отчего топливо горит менее активно и сгорание может стать неполным. Отсюда следует, что работа горелки с большим избытком воздуха не только приводит к перерасходу топлива, но и ухудшению работы агрегата.

5. Калориметрическая температура отличается от жаропроизводительности тем, что температура газа и воздуха, а также коэффициент избытка воздуха принимается при их действительных значениях. Калориметрическая температура сгорания – это температура до которой нагрелись бы продукты полного сгорания, если бы вся теплота топлива и воздуха пошла на их нагревание.

Запишем уравнение теплового баланса. В левую часть уравнения войдет теплота, введенная с топливом и воздухом в топку, в правую часть – энтальпия газов:

, (1.11)

где – низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м³;

и – физическая теплота топлива и воздуха, отнесенная к 1 м³ газообразного топлива кДж/м³;

– энтальпия дымовых газов при калориметрической температура сгорания t_к, ^оС, отнесенная к 1 м³ газообразного топлива, кДж/м³.

Теплота, вносимая в топку топливом, кДж/м³, определяется по формуле

, (1.12)

где t_т – температура газообразного топлива, ^оС (по заданию);

– объемные доли компонентов газообразного топлива, м³/м³;

– средние объемные теплоемкости компонентов газообразного топлива при постоянном давлении, кДж/м³×^оС.

Теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/м³, определяется по формуле

, (1.13)

где t_в – температура воздуха, ^оС;

– теоретический объем воздуха, (см. формулу 1.10) м³/м³;

– средние объемные теплоемкости воздуха при постоянном давлении, кДж/м³×^оС;

– коэффициент избытка воздуха, принимается равным 1,1.

В развернутом виде относительно калориметрической температуры сгорания уравнение имеет вид:

, (1.14)

где t_к – калориметрическая температура сгорания, ^оС;

, , , – объемы продуктов сгорания N₂, O₂, СO₂ и H₂O в м³, отнесенные к 1 м³ сжигаемого газа; м³/м³;

, , , – средние объемные теплоемкости N₂, O₂, СO₂ и H₂O при постоянном давлении, кДж/м³×^оС (см. табл. 4).

Калориметрическую температуру сгорания находят методом последовательных приближений, так как значения теплоемкостей, входящих в уравнение, зависят от температуры. Допустимое расхождение между принятой и полученной калориметрическими температурами 10 ^оС.

 

2 РАСЧЕТ АТМОСФЕРНОЙ ГОРЕЛКИ

 

Газовая горелка (горелка) — устройство, обеспечивающее подачу определенного количества горючего газа и окислителя (воздуха или кислорода), создание условий смешения их, транспортировку образовавшейся смеси к месту сжигания и сгорание газа. Есть горелки, у которых к месту сгорания подается только газ или газ и воздух, но без их предварительного смешения внутри горелки.

Одним из основных параметров работы горелок является скорость выхода газовоздушной смеси из отверстий головки W_о. Ее относят к нормальным условиям и задают из условий устойчивого горения газа. Скорость выхода газовоздушной смеси должна бать такой, чтобы устранить проскок и отрыв пламени. Величина зоны устойчивого горения зависит от состава газа, коэффициента избытка первичного воздуха и диаметра выходных отверстий . Чем больше величины и , тем при больших скоростях будет происходить проскок пламени. Следовательно, с увеличением значений и увеличивается предельная скорость проскока пламени и во избежание проскока необходимо принимать большие скорости W_о выхода газовоздушной смеси из отверстий горелки.

Существует минимальный диаметр выходного отверстия, при котором нет проскока пламени. Он называется критическим.

При малых коэффициентах избытка первичного воздух горючие свойства газовоздушной смеси настолько ухудшаются, что пламя не может проскочить внутрь горелки. Примерные значения предельных скоростей W_пр (т.е. тех минимальных скоростей при которых еще нет проскока пламени) для некоторых газов в зависимости от значений и приведены в табл. 6.

Таблица 6

Предельные скорости проскока W_пр при = 0,7 и 0,8,