Газ топочный и дымовой

Газ топочный и дымовой

ГАЗ, топочный и дымовой. 1) Топочными газами называются продукты сгорания топлива в топке. Различают полное и неполное сгорание топлива. При полном сгорании имеют место следующие реакции:

При полном сгорании имеют место следующие реакции

При неполном сгорании, кроме того, нужно отметить следующие реакции:

При неполном сгорании, кроме того, нужно отметить следующие реакции

Нужно иметь в виду, что SО2 - сернистый газ - не есть, собственно, продукт полного сгорания серы; последнее возможно также и по уравнению:

Gaz topochn dymovoy 3

Поэтому, когда говорят о полном и неполном сгорании топлива, то имеют в виду только углерод и водород топлива. Здесь не отмечены также реакции, имеющие иногда место при весьма неполном сгорании, когда в продуктах сгорания, кроме окиси углерода СО, содержатся углеводороды CmHn, водород Н2, углерод С, сероводород H2S, так как подобное сгорание топлива не должно иметь места на практике. Итак, сгорание можно практически считать полным, если в продуктах сгорания не содержится иных газов, кроме углекислого СО2, сернистого ангидрида SО2, кислорода О2, азота N2 и водяного пара Н2О. Если сверх этих газов содержится окись углерода СО, то сгорание считается неполным. Присутствие дыма и углеводородов в продуктах сгорания дает основание говорить о неотрегулированной топке.

Очень большую роль в подсчетах играет закон Авогадро (см. Атомная теория): в равных объемах газов, как простых, так и сложных, при одинаковых температурах и давлениях, содержится одинаковое число молекул, или, что то же: молекулы всех газов при равных давлениях и температурах занимают равные объемы. Пользуясь этим законом и зная химический состав топлива, легко вычислить количество К0 кг кислорода, теоретически необходимого для полного сгорания 1 кг топлива данного состава, по следующей формуле:

Количество кислорода, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива данного состава

где С, Н, S и О выражают содержание углерода, водорода, серы и кислорода в % веса рабочего топлива. Количество G0 кг сухого воздуха, теоретически необходимое для окисления 1 кг топлива, определяется по формуле:

Количество сухого воздуха, необходимое для окисления 1 кг топлива

Приведенное к 0° и 760 мм ртутного столба, это количество может быть выражено в м3 следующей формулой:

Gaz topochn dymovoy 6

Д. И. Менделеев предложил весьма простые и удобные для практики соотношения, дающие с достаточной точностью для ориентировочных расчетов результат:

Gaz topochn dymovoy 7

где Qрaб. - низшая теплопроизводительность 1 кг рабочего топлива. На практике расход воздуха при сгорании топлива бывает больше теоретически необходимого. Отношение количества воздуха, фактически поступившего в топку, к количеству воздуха, теоретически необходимому, называется коэффициентом избытка и обозначается буквой α. Величина этого коэффициента в топке αm зависит от конструкции топки, размеров топочного пространства, расположения поверхности нагрева относительно топки, характера топлива, внимательности работы кочегара и пр. Наименьшую величину коэффициента избытка воздуха - около 1,1 - имеют пылевидные топки, а наибольшую, до 2 и более, - ручные топки для пламенного топлива без вторичного впуска воздуха. От величины коэффициента избытка воздуха в топке зависят состав и количество топочных газов. При точном вычислении состава и количества топочных газов следует также учитывать влагу, внесенную с воздухом за счет его влажности, и водяной пар, расходуемый на дутье. Первая учитывается введением коэффициента, который есть отношение веса водяных паров, заключенных в воздухе, к весу сухого воздуха и м. б. назван коэффициентом влажности воздуха. Второй учитывается величиною Wф., которая равна количеству пара в кг, поступающего в топку, отнесенному к 1 кг сжигаемого топлива. Пользуясь этими обозначениями, состав и количество топочных газов при полном сгорании можно определить из приведенной таблицы.

Продукты полного сгорания 1 кг топлива при расходе воздуха с коэффициентом избытка

Обычно принято учитывать водяные пары Н2О отдельно от сухих газов CО2, SО2, О2, N2 и СО, причем состав последних вычисляют (или определяют экспериментально) в % по объему сухих газов. При полном сгорании топлива должны быть удовлетворены следующие пять уравнений:

При полном сгорании топлива должны быть удовлетворены следующие пять уравнений

При неполном сгорании д. б. удовлетворены следующие семь уравнений:

При неполном сгорании д. б. удовлетворены следующие семь уравнений

При неполном сгорании д. б. удовлетворены следующие семь уравнений

При расчете новых установок искомым является состав продуктов сгорания СО2, SО2, СО, О2 и N2, а данными величинами считаются: состав топлива (C, О, H, S), коэффициент избытка воздуха α и потеря от химической неполноты сгорания Q3. Последними двумя величинами задаются на основании данных испытания аналогичных установок или берут их по оценке. Наибольшие потери от химической неполноты сгорания получаются в ручных топках для пламенного топлива, когда Q3 достигает величины 0,05Qpaб. Отсутствие потери от химической неполноты сгорания (Q3 = 0) можно получить в хорошо работающих ручных топках для антрацита, в топках для нефти и для пылевидного топлива, а также в правильно сконструированных механических и шахтных топках. При экспериментальном исследовании существующих топок прибегают к анализу газов, причем чаще всего пользуются прибором Орса (см. Анализ газов), дающим состав газов в % по объему сухих газов. Первый отсчет по прибору Орса дает сумму СО2 + SО2, т. к. раствор едкого кали КОН, предназначенный для поглощения углекислого газа, одновременно с ним поглощает и сернистый ангидрид SО2. Второй отсчет, после промывки газа во втором сифоне, где находится реактив для поглощения кислорода, дает сумму СО2+SО22. Разница их дает содержание кислорода О2 в % объема сухих газов. Все остальные величины находятся путем совместного решения вышеуказанных уравнений. При этом нужно иметь в виду, что уравнение (10) дает величину Z, которая м. б. названа характеристикой неполноты сгорания. В эту формулу входит коэффициент β, определяемый по формуле (8). Так как коэффициент β зависит только от химического состава топлива, а последний в процессе сгорания топлива все время меняется за счет постепенного ококсования топлива и неодновременного выгорания его составных частей, то величина Z может дать правильную картину протекающего в топке процесса только при условии, что величины (СО2+SО2) и (СО2+SО22) суть результат анализа непрерывно берущихся средних проб за определенный достаточно долгий промежуток времени. Судить о неполноте сгорания по отдельным единичным пробам, взятым в какой-нибудь произвольный момент, никоим образом нельзя. Зная состав продуктов сгорания и элементарный анализ топлива, можно по нижеследующим формулам определить объем продуктов сгорания, условно отнесенный к 0° и 760 мм ртутного столба. Обозначив через Vn.o. полный объем продуктов сгорания 1 кг топлива, Vc.г. - объем сухих газов, a Vв.n. - объем водяных паров, будем иметь:

Gaz topochn dymovoy 11

продукты сгорания в произвольном сечении газохода, но такое распространительное толкование неправильно. На основании закона Бойля-Мариотта-Гей-Люссака, объем продуктов сгорания при температуре t и барометрическом давлении Pб. найдется по формуле:

Объем продуктов сгорания

Если обозначим через Gn.c. вес продуктов сгорания, Gc.г. - вес сухих газов, Св.п. - вес водяных паров, то будем иметь следующие соотношения:

Gaz topochn dymovoy 13

(где А - содержание золы в % от веса рабочего топлива) и

Gaz topochn dymovoy 14

2) Дымовые газы. По пути от топки к дымовой трубе к топочным газам примешивается воздух, присасываемый через неплотности в обмуровке газоходов. Поэтому газы при входе в дымовую трубу (называемые дымовыми газами) имеют состав, отличный от состава топочных газов, т. к. представляют смесь из продуктов сгорания топлива в топке и воздуха, присосанного в газоходах по пути от топки до входа в дымовую трубу.

Величина присоса воздуха бывает на практике весьма различна и зависит от конструкции кладки, ее плотности и размеров, от величины разрежений в газоходах и многих других причин, колеблясь при хорошем уходе от 0,1 до 0,7 теоретически необходимого. Если обозначить коэффициент избытка воздуха в топке через αm., а коэффициент избытка воздуха газов, уходящих в дымовую трубу, через αу., то

Gaz topochn dymovoy 15

Определение состава и количества дымовых газов ведется по тем же формулам, что и для определения топочных газов; разница лишь в численной величине коэффициента избытка воздуха α, от которого, конечно, зависит %-ный состав газов. На практике весьма часто под термином «дымовые газы» понимают вообще продукты сгорания в произвольном сечении газохода, но такое распространительное толкование неправильно.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.

Избранное