Достаточная полнота смешивания потоков топлива и воздуха обеспечиваются при некотором избытке воздуха.
Действительный расход сухого воздуха (Lд) равен:
Lд = a L0, нм3/кг (нм3/нм3 газа),
(12)
где a – коэффициент избытка воздуха.
Минимальные допустимые значения a зависят от вида сжигаемого топлива, способа сжигания, конструкции топливосжигающих устройств и условий работы печи. Для газа и мазута a = 1,05–1,2; для пылевидного твердого топлива a = 1,20–1,25; при слоевом сжигании углей, антрацита и торфа в механических топках с непрерывной подачей топлива и золоудалением a = 1,3–1,4. Для снижения температуры продуктов горения топлива (ПГТ) по сравнению с теоретической температурой принимают бóльшие значения a: до 1,5 и более.
Пары воды, содержащиеся в атмосферном воздухе, незначительно увеличивают его расход по сравнению с сухим воздухом. Количество этой влаги учитывают с помощью влагосодержания атмосферного воздуха, выраженного в массовых %. Расход атмосферного воздуха (Lд’) при влагосодержании d (г/кг сухого воздуха) равен:
Lд’ = (1 + 0,0016 d) Lд, нм3 вл. возд./нм3 газа
(13)
Влагосодержание d (г/кг сухого воздуха) можно определить по i–d-диаграмме Рамзина или по справочным таблицам [1], зная значения среднегодовой относительной влажности воздуха (j) и температуры для данной местности. Можно принять d = 10 г/кг сухого воздуха (при 20ºС и j = 60%).
Объем продуктов горения топлива
При полном сгорании любого топлива образуются следующие газообразные продукты: СО2, Н2Огаз, N2, SО2. Обычно горение происходит с избытком воздуха, поэтому в ПГТ присутствует О2, содержание которого зависит от коэффициента избытка воздуха a.
Объемы дымовых газов по отдельности рассчитывают по формулам:
При выполнении расчетов определяют действительную температуру дымовых газов при данных условиях горения топлива и сравнивают ее с заданной температурой технологического процесса, чтобы проверить, правильно ли выбрано топливо и условия его горения. При необходимости изменяют условия горения (величину a, температуру подогрева вторичного воздуха) и повторяют расчеты.
Рассчитывают общее теплосодержание продуктов горения топлива по формуле:
iобщ = + + – , кДж/нм3,
(23)
где k – доля вторичного (подогреваемого) воздуха на горение;
iвозд = Свозд·tвозд – теплосодержание вторичного воздуха, которое определяют по линии воздуха на i–t-диаграмме при данной tвозд (рис. 1),
iтопл = Стопл·tтопл – теплосодержание подогретого топлива (ССН4 = 1,55 кДж/(м3 К), Смазут = 1,88 – 2,05 кДж/(кг К), Суголь = 0,92 кДж/(кг К)), (Свозд, Стопл, ССН4, Смазут, Суголь×– удельная теплоемкость воздуха, топлива, метана, мазута, угля соответственно). Если воздух и топливо не подогревают, вторым и третьим слагаемыми можно пренебречь;
qдисс – теплота диссоциации СО2 и Н2О.
Потерями на диссоциацию СО2 и Н2О можно пренебречь, если пользоваться i–t-диаграммой, построенной с учетом диссоциации (сплошные линии на рис. 2).
Рассчитывают действительное теплосодержание ПГТ с учетом пирометрического коэффициента h на потери тепла от ПГТ в процессе теплообмена с окружающими их поверхностями:
i´ общ = h · iобщ.
Значения h зависят от вида топлива и типа печи, т.е. типа топливосжигающих устройств (горелок или форсунок), они приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Пирометрический коэффициент для различных типов печей и видов топлива
Тип печи
Вид топлива
h
камерные
газ,
твердое
0,73–0,78
0,66–0,70
туннельные, ванные
газ, мазут
0,78–0,83
вращающиеся
газ, мазут, твердое пылевидное
0,70–0,75
С помощью i–t-диаграммы (рис. 1, 2) находят значение действительной температуры продуктов горения топлива при данных условиях горения.