Ето и малко теория за желаещите да се запознаят:
Необходимо количество въздух за горене
Техническото разбиране за процеса на горенето не е какво да е окисление, а такова съединение на горивните елементи с окислителя (кислород от въздуха), което протича при висока температура с интензивно отделяне на топлина.
За осъществяването на "идеалното" горене е необходимо да се създадат определени условия в горивното устройство (камера), които в най-пълна степен да удовлетворяват "принципа на трите Т" - Time, Temperature, Turbulence.
Независимо, че горенето не е чисто химичен процес, при определянето на необходимото количество въздух за горене и на обема на получените, в резултат на горенето, димни газове се ползват изразите на химичните реакции на окисление на горимите елементи от състава на горивото. Това са т. нар. стехиометрични изчисления. Те се извършват основно за пълното горене на основата на елементния състав на работна маса, при теоретично необходимото количество въздух (кислород) за изгарянето на 1 kg твърдо или течно гориво и на 1 Nm3 газообразно гориво. Пресмятанията се извършват за газовете, които се получават от 1 kg твърдо или течно гориво или от 1 Nm3 газообразно гориво и резултатите се представят в Nm3/kg или в Nm3/Nm3 (като обемите са при нормални (нормирани) условия).
Продуктите на горенето (димните газове) са смес от въглероден двуокис, серен двуокис, азот, кислород и водни пари, ако горенето е пълно, и в допълнение въглероден окис, водород и метан, ако то е непълно.
При пълното изгаряне на въглерода, реакцията, която протича, е:
C + O2 = CO2
т.е. един мол въглерод реагира с един мол кислород, за да се получи един мол въглероден окис. Ако заместим съответните молове с молекулната им маса, ще се получи че:
12 kg C + 32 kg O2 = 44 kg CO2
или
1 kg C + 2.67 kg O2 = 3.67 kg CO2
т.е. за да изгорим един килограм въглерод ще са необходими 2.67 килограма кислород. Ако разделим масата на газовете в горната реакция на тяхната плътност при нормални (нормирани) условия, ще се получи:
1 kg C + 1.866 Nm3 O2 = 1.866 Nm3 CO2
Следователно, за да изгорим напълно (до въглероден двуокис) един килограм въглерод ще са необходими (теоретично) 2.67 килограма или 1.866 куб. метра кислород. Продуктът на горенето (въглероден двуокис), който ще се получи е 3.67 килограма или 1.866 куб. метра.
Нека разгледаме случая, когато имаме непълно окисление на въглерода:
C + 1/2•O2 = CO
12 kg C + 16 kg O2 = 28 kg CO
1 kg C + 1.33 kg O2 = 2.33 kg CO
1 kg C + 0.933 Nm3 O2 = 1.866 Nm3 CO
Отбележете, че при непълното горене на въглерода до въглероден окис се получава същия обем димни газове, както и при окислението му до въглероден двуокис. Следователно при изгарянето на въглерода, независимо какво е то, сумарният обем на получените димни газове (въглероден двуокис и въглероден окис) е постоянен.
Другите горими елемени на горивото са водорода и сярата. За тях, при теоретични (стехиометрични) условия на окислението им, може да се запише:
H2 + 1/2•O2 = H2O
2 kg H2 + 16 kg O2 = 18 kg H2O
1 kg H2 + 8 kg O2 = 9 kg H2O
1 kg H2 + 5.6 Nm3 O2 = 11.2 Nm3 H2O
и
S + O2 = SO2
32 kg S + 32 kg O2 = 64 kg SO2
1 kg S + 1 kg O2 = 2 kg SO2
1 kg S + 0.7 Nm3 O2 = 0.7 Nm3 SO2
Знаейки в един килограм гориво колко въглерод (Cr/100 kg), водород (Hr/100 kg) и горима сяра (Sr/100 kg) се съдържат, може да се запише, че теоретичното количество кислород, необходимо за пълното им изгаряне ще бъде:
2.67•Cr/100 + 8•Hr/100 + 1•Sr/100, kgO2/kgгориво
В състава на горивото, обаче, има и кислород, който взима участие в окислителния процес. Следователно, горното количество необходим кислород трябва да се намали с това от горивото:
2.67•Cr/100 + 8•Hr/100 + Sr/100 - Or/100, kgO2/kgгориво
Полученото по този начин количество кислород, отговаря точно на нуждите, съгласно химичните реакции, и се нарича теоретично количество на кислорода, необходимо за пълното изгаряне на един килограм гориво.
Като се изключат някои специални горивни съоръжения, в конвенционалната енергетика необходимия за горенето кислород се набавя от въздуха. В него, с допустима за целта точност, е прието той да се разглежда като газова смес от азот и кислород, като обемното участие на азота е 79 %, а на кислорода - 21 %. Масовото участие на тези два газа в сместа е съответно 76.8 % и 23.2 %.
Тогава, за необходимото теоретично количество сух въздух за изгарянето на един килограм гориво, може да се запише:
Lo = (2.67•Cr/100 + 8•Hr/100 + Sr/100 - Or/100)•(100/23.2), kgвъздух/kgгориво
или
Lo = 0.115•(Cr + 0.375•Sr) + 0.342•Hr - 0.04310•Or, kgвъздух/kgгориво
Отчитайки плътността на въздуха при нормални (нормирани) условия, се получава следната основна формула за пресмятане на теоретичното обем въздух, необходим за изгарянето на един килограм твърдо или течно гориво:
Vo = 0.0889•(Cr + 0.375•Sr) + 0.265•Hr - 0.0333•Or, Nm3/kg
Когато горивото е газообразно, теоретично необходимият обем на въздуха за изгарянето на един куб. метър газово гориво, е равен на:
Vo = 0.0476•(0.5•CO + 0.5•H2 + 1.5•H2S + (m +n/4)•CmHn - O2), Nm3/Nm3
Количеството на въздуха за горене е пропорционално на елементния състав на горимата част на горивото. Т.е. за единица маса на твърда, течно или газообразно гориво количеството на необходимия въздух е различно. Ако обаче то (количеството необходим въздух) се отнесе към единица енергия (топлина), освобождавана при горенето, се получават за всички горива близки стойности. Ето защо, когато елементният състав не е известен, а се знае само топлината на изгаряне и влагосъдържанието на дадено гориво, с известно приближение, може да се определи необходимия за горенето обем въздух по следната формула:
Vo = av•((Qri + 4.19•Wrt)/4190), Nm3/kg
където av при дърва е 1.05, за торф - 1.08, за кафяви и лигнитни въглища - 1.09, за антрацитни въглища и мазут - 1.1 и за природен газ - 1.2.
Необходимо количество въздух за горене
Техническото разбиране за процеса на горенето не е какво да е окисление, а такова съединение на горивните елементи с окислителя (кислород от въздуха), което протича при висока температура с интензивно отделяне на топлина.
За осъществяването на "идеалното" горене е необходимо да се създадат определени условия в горивното устройство (камера), които в най-пълна степен да удовлетворяват "принципа на трите Т" - Time, Temperature, Turbulence.
Независимо, че горенето не е чисто химичен процес, при определянето на необходимото количество въздух за горене и на обема на получените, в резултат на горенето, димни газове се ползват изразите на химичните реакции на окисление на горимите елементи от състава на горивото. Това са т. нар. стехиометрични изчисления. Те се извършват основно за пълното горене на основата на елементния състав на работна маса, при теоретично необходимото количество въздух (кислород) за изгарянето на 1 kg твърдо или течно гориво и на 1 Nm3 газообразно гориво. Пресмятанията се извършват за газовете, които се получават от 1 kg твърдо или течно гориво или от 1 Nm3 газообразно гориво и резултатите се представят в Nm3/kg или в Nm3/Nm3 (като обемите са при нормални (нормирани) условия).
Продуктите на горенето (димните газове) са смес от въглероден двуокис, серен двуокис, азот, кислород и водни пари, ако горенето е пълно, и в допълнение въглероден окис, водород и метан, ако то е непълно.
При пълното изгаряне на въглерода, реакцията, която протича, е:
C + O2 = CO2
т.е. един мол въглерод реагира с един мол кислород, за да се получи един мол въглероден окис. Ако заместим съответните молове с молекулната им маса, ще се получи че:
12 kg C + 32 kg O2 = 44 kg CO2
или
1 kg C + 2.67 kg O2 = 3.67 kg CO2
т.е. за да изгорим един килограм въглерод ще са необходими 2.67 килограма кислород. Ако разделим масата на газовете в горната реакция на тяхната плътност при нормални (нормирани) условия, ще се получи:
1 kg C + 1.866 Nm3 O2 = 1.866 Nm3 CO2
Следователно, за да изгорим напълно (до въглероден двуокис) един килограм въглерод ще са необходими (теоретично) 2.67 килограма или 1.866 куб. метра кислород. Продуктът на горенето (въглероден двуокис), който ще се получи е 3.67 килограма или 1.866 куб. метра.
Нека разгледаме случая, когато имаме непълно окисление на въглерода:
C + 1/2•O2 = CO
12 kg C + 16 kg O2 = 28 kg CO
1 kg C + 1.33 kg O2 = 2.33 kg CO
1 kg C + 0.933 Nm3 O2 = 1.866 Nm3 CO
Отбележете, че при непълното горене на въглерода до въглероден окис се получава същия обем димни газове, както и при окислението му до въглероден двуокис. Следователно при изгарянето на въглерода, независимо какво е то, сумарният обем на получените димни газове (въглероден двуокис и въглероден окис) е постоянен.
Другите горими елемени на горивото са водорода и сярата. За тях, при теоретични (стехиометрични) условия на окислението им, може да се запише:
H2 + 1/2•O2 = H2O
2 kg H2 + 16 kg O2 = 18 kg H2O
1 kg H2 + 8 kg O2 = 9 kg H2O
1 kg H2 + 5.6 Nm3 O2 = 11.2 Nm3 H2O
и
S + O2 = SO2
32 kg S + 32 kg O2 = 64 kg SO2
1 kg S + 1 kg O2 = 2 kg SO2
1 kg S + 0.7 Nm3 O2 = 0.7 Nm3 SO2
Знаейки в един килограм гориво колко въглерод (Cr/100 kg), водород (Hr/100 kg) и горима сяра (Sr/100 kg) се съдържат, може да се запише, че теоретичното количество кислород, необходимо за пълното им изгаряне ще бъде:
2.67•Cr/100 + 8•Hr/100 + 1•Sr/100, kgO2/kgгориво
В състава на горивото, обаче, има и кислород, който взима участие в окислителния процес. Следователно, горното количество необходим кислород трябва да се намали с това от горивото:
2.67•Cr/100 + 8•Hr/100 + Sr/100 - Or/100, kgO2/kgгориво
Полученото по този начин количество кислород, отговаря точно на нуждите, съгласно химичните реакции, и се нарича теоретично количество на кислорода, необходимо за пълното изгаряне на един килограм гориво.
Като се изключат някои специални горивни съоръжения, в конвенционалната енергетика необходимия за горенето кислород се набавя от въздуха. В него, с допустима за целта точност, е прието той да се разглежда като газова смес от азот и кислород, като обемното участие на азота е 79 %, а на кислорода - 21 %. Масовото участие на тези два газа в сместа е съответно 76.8 % и 23.2 %.
Тогава, за необходимото теоретично количество сух въздух за изгарянето на един килограм гориво, може да се запише:
Lo = (2.67•Cr/100 + 8•Hr/100 + Sr/100 - Or/100)•(100/23.2), kgвъздух/kgгориво
или
Lo = 0.115•(Cr + 0.375•Sr) + 0.342•Hr - 0.04310•Or, kgвъздух/kgгориво
Отчитайки плътността на въздуха при нормални (нормирани) условия, се получава следната основна формула за пресмятане на теоретичното обем въздух, необходим за изгарянето на един килограм твърдо или течно гориво:
Vo = 0.0889•(Cr + 0.375•Sr) + 0.265•Hr - 0.0333•Or, Nm3/kg
Когато горивото е газообразно, теоретично необходимият обем на въздуха за изгарянето на един куб. метър газово гориво, е равен на:
Vo = 0.0476•(0.5•CO + 0.5•H2 + 1.5•H2S + (m +n/4)•CmHn - O2), Nm3/Nm3
Количеството на въздуха за горене е пропорционално на елементния състав на горимата част на горивото. Т.е. за единица маса на твърда, течно или газообразно гориво количеството на необходимия въздух е различно. Ако обаче то (количеството необходим въздух) се отнесе към единица енергия (топлина), освобождавана при горенето, се получават за всички горива близки стойности. Ето защо, когато елементният състав не е известен, а се знае само топлината на изгаряне и влагосъдържанието на дадено гориво, с известно приближение, може да се определи необходимия за горенето обем въздух по следната формула:
Vo = av•((Qri + 4.19•Wrt)/4190), Nm3/kg
където av при дърва е 1.05, за торф - 1.08, за кафяви и лигнитни въглища - 1.09, за антрацитни въглища и мазут - 1.1 и за природен газ - 1.2.
Прочети темата
