Температурные характеристики продуктов сгорания

Если вся введенная в топку теплота без потерь (Q _хн= Q _мн= Q _но= Q _шл= Q _д=0) переходит в продукты сгорания, то при этом развивается наивысшая температура, которая называется адиабатической (калориметрической) температурой горения, ºС:

t _a = / Σ v_ic_i. (36)

С ростом α эта температура уменьшается.

Если полное сгорание топлива без потерь теплоты осуществляется в стехиометрическом количестве воздуха, т. е. при α = 1, и при вводе холодного воздуха и топлива, т. е. при t _в = 0 ºС, t _топ = 0 ºС, то температура сгорания зависит только от качества топлива.

Такую температуру Д.И. Менделеев назвал жаропроизводительностью топлива, ºС:

t _макс= Q _н^р/ Σ v_ic_i. (37)

При сжигании углеводородного топлива имеют место эндотермические реакции диссоциации продуктов горения.

Примем Σ Q _пот = Q _д.

Развивающаяся в этом случае температура называется теоретической температурой горения, ºС:

t _теор=( – Q _д)/ Σ v_i'c_i', (38)

где v_i' – выход продуктов сгорания с учетом диссоциации, м³/кг (м³/м³); c_i' – средние теплоемкости продуктов сгорания с учетом диссоциации, кДж/(м³∙К); Q _д – теплота, затрачиваемая на диссоциацию продуктов сгорания, кДж/кг (кДж/м³).

Влияние диссоциации начинает заметно сказываться при температуре t _a > 1500 ºС. Так, при сжигании мазута для t _a = 1700 ºС теоретическая температура t _теор = 1675 ºС, для t _a = 1800 ºС t _теор = 1760 ºС, для t _a = 2000 ºС t _теор = 1910 ºС, для t _a = 3000 ºС t _теор = 2500 ºС. Реальные температуры, развивающиеся в топках котлов и печей, обычно меньше 2200 ºС. При этом, с учетом (25), ºС:

t _теор=(Q _н^р+ Q _фт+ Q _фв– Q _д)/ Σ v_ic_i, (39)

где v_i и c_i – выход и теплоемкость продуктов сгорания без учета их диссоциации, а потери теплоты Q _д, кДж/кг(кДж/м³), рассчитываются с учетом диссоциации только СО₂ и Н₂О.

При температуре ниже 2000 ºС диссоциацией пренебрегают, в этом случае t _а = t _теор.

При теплотехнических расчетах печей пользуются действительной температурой печи, ºС

t _топ = η_п t _а, (40)

где η_п – пирометрический коэффициент топки (печи), учитывающий потери теплоты вследствие неполного сгорания, потери через кладку, на излучение и выбивание газов через окна, а также прямую отдачу теплоты металлу излучением. Для большинства печей η_п = 0,60…0,85.

Температуры сгорания являются локальными для определенных точек факела и определенных условий горения. В ядре факела температура равна теоретической, а в остальных точках факела температура ниже t_теор. Среднюю температуру факела определяют из выражения, К

= , (41)

где – температура газов на выходе из топки, К.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания одного килограмма топлива? Как рассчитывается это количество воздуха? Чем отличается действительный расход воздуха от теоретического?

2. Как определяется объем сухих домовых газов? Каков порядок расчета объема водяных паров?

3. Что понимается под полным и неполным горением топлива?

4. Изложите порядок определения теоретического объема продуктов сгорания. Каково отличие действительного объема продуктов сгорания от теоретического?

5. Как составляются стехиометрические уравнения сгорания компонентов топлива?

6. Каков порядок расчета энтальпии продуктов сгорания? Изобразите диаграмму энтальпия - температура для продуктов сжигания при разных коэффициентах избытка воздуха.

7. Поясните физический смысл коэффициента избытка воздуха; как он определяется практически?

8. Уравнение теплового баланса процесса горения; поясните его составляющие.

9. Энтальпия дымовых газов, энтальпия воздуха, подаваемого для горения: физический смысл, единицы измерения и способы определения.

10. Поясните составляющие потерь процесса горения.

11. Дайте определение температуры вспышки, температуры воспламенения, температуры горения, теоретической и адиабатической температуры горения, расчет последних.

12. Напишите уравнения полного и неполного горения, поясните их составляющие.