Сухие газообразные продукты полного сгорания топлива в стехио — метрическом объеме воздуха состоят из R02 (т. е. из СОг и SO2) и N2. При этом содержание ROz в продуктах сгорания большинства видов твердого и жидкого топлива однозначно определяется составом горючей массы. Лишь при сжигании твердого топлива с весьма высоким содержанием минеральной массы, состоящей в значительной степени из карбонатов, следует учитывать увеличение содержания СОг вследст­вие диссоциации карбонатов. Практически с этим приходится считаться при сжигании сланцев.

При полном сгорании углерода без избытка воздуха по уравнению

21C + 2102 + 79N2=21C02 + 79N2

Содержание С02 в продуктах сгорания составляет 21% (объемн.). Сле­довательно, величина СОгтах продуктов сгорания углерода равна 21%.

При сжигании топлива с высоким содержанием углерода в горючей массе СОгтах (или ЯОгтах) приближается к этой величине, так, для кокса /?02тах=20,6%, Для антрацита 20,2%. Присутствие в горючей массе топлива водорода понижает содержание ROz не только во влаж­ных, но и в сухих продуктах сгорания топлива. В самом деле, при сгора­нии топлива с высоким содержанием водорода, например мазута, наря­ду с горением углерода по уравнению

А (21С + 2102 + 79N2) = а21С02 + a79N2

Происходит также горение водорода, описываемое уравнением

Ь (42Н2 + 2102 + 79N2) =Ь42Н20 -+ 679N2.

После конденсации водяного пара, образовавшегося при сгорании водорода, сухие продукты сгорания углеводородного топлива состоят из 2ICO2+79N2+ bja • 79N2.

Очевидно, что содержание СОг в продуктах сгорания меньше 21%, так как 21 объем С02 приходится не на 100 объемов ‘C02 + N2, как при сгорании углерода, а на (100+6/a-79N2) объемов. Чем больше соотношение водорода к углероду в горючей массе топлива, т. е. Ъ : а, тем больше содержится в сухих продуктах сгорания азота, входящего в воздух наряду с кислородом, израсходованным на горение содержа­щегося в топливе углерода и водорода, а следовательно, тем меньше процентное содержание в них СОг или R02 и тем ниже величина СОгтах или ЯОгтах-

Так, в продуктах сгорания сернистого мазута, содержащего около 12% водорода (по массе), /?02max«16%, а в продуктах сгорания при­родного газа, содержащего 25% (по ‘массе) водорода, СОгтах состав­ляет лишь 11,8%.

Содержание кислорода в горючей массе топлива повышает вели­чину /?02тах, так как уменьшает расход кислорода воздуха, необходи мого для горения топлива, а следовательно, и содержание їв продуктах сгорания азота. Если бы существовало твердое топливо, состоящее из углерода и кислорода, то СОгтах для продуктов сгорания такого топли­ва превышало бы 21%, Т. е. величину СОгтах для продуктов сгорания углерода.

Содержание кислорода в горючей массе древесины около 44%, од­нако СОгтах продуктов сгорания дров ниже 21%. Указанное обстоя­тельство объясняется тем, что кислород содержится в твердом топливе в виде гидроксилов ОН, карбоксилов СООН и других соединений, со­держащих водород, причем суммарное содержание водорода в топли­ве, как правило, превышает содержание кислорода, необходимое для полного окисления водорода.

Так, в горючей массе древесины содержится около 6% водорода. Для окисления этого количества водорода. необходимо 48% кислорода, т. е. больше, чем его содержится в горючей массе. Поэтому содержание кислорода в горючей массе древесины повышает СОгтах, но не доводит эту величину до 21 % ■

Если бы древесина не содержала кислорода, то по соотношению уг­лерода и водорода в горючей массе она приближалась бы к мазуту и величина C02max несколько превышала бы 16%- Однако из-за высокого процента кислорода, достаточного для окисления около 90% водорода древесины, СОгтах древесины превышает 20%, т. е. приближается к СОгтах продуктов сгорания углерода.

ЯОгтах продуктов сгорания твердого топлива колеблется от 17 (сланцы) до 20,6% (кокс), а продуктов сгорания жидкого топлива —от 14,8 (бензин) до 16,5% (мазут).

Величина ЯОгтах продуктов сгорания газообразного топлива колеб­лется в весьма широких пределах. Технический водород сгорает без образования /?Ог. В то же время газы, полученные полукоксованием топлива с высоким содержанием кислорода, т. е. древесины и торфа, содержат до 70% С02, переходящей при сжигании газа в продукты сго­рания. Вследствие этого величина /?Огтах продуктов сгорания дости­гает 45%.

У природных, нефтепромысловых и других углеводородных газов C02max возрастает с увеличением молекулярного веса углеводородов и уменьшением процентного содержания в них водорода.

СОгтах сухих продуктов сгорания метана и большинства природных газов около 11,8%, нефтепромысловых и нефтезаводских газов 13%, сжиженных газов с преобладающим содержанием пропана (СзШ) — ОКОЛО 14%, Т. е. приближается К /Югтах легкого жидкого топлива — бензина.

Генераторные газы, получаемые продуванием слоя раскаленного топ­лива воздухом, паром или паровоздушной смесью, характеризуются зна­чительно более ВЫСОКИМ значением /Югтах — Основным горючим компо­нентом этих газов является окись углерода СО, состоящая из 43% (по массе) углерода и 57% (по массе) кислорода. СОгтах продуктов сгора­ния окиси углерода значительно превышает СОгтах продуктов сгорания углерода:

42СО + 2102 + 79N2= 42С02 + 79N8;

C02max=42 • 100/(42 + 79)=34,7 %.

Воздушный и смешанный генераторный газы содержат наряду с 27—33% окиси углерода от 48 до 66% азота, переходящего в продукты сгорания, а водяной газ, получаемый продуванием раскаленного слоя антрацита или кокса водяным паром, содержит наряду с окисью угле­рода высокий процент водорода. Вследствие этого /?02max генераторных газов близок к 21%, т. е. к СОгтах продуктов сгорания углерода.

57

C02max или ЯОгтах сухих продуктов полного сгорания топлива опре­деляют двумя методами: по элементарному составу сжигаемого топлива или, если состав сжигаемого топлива не известен, по составу продуктов сгорания.

При определении СОгтах по составу топлива подсчитывают по формуле (III. 10) объем СОг, образующийся при полном сгорании топ­лива, Vco2 и по формуле (III.17) объем сухих продуктов сгорания в стехиометрическом количестве воздуха VI. Затем подсчитывают СОгтах ПО формуле

СО2тах = КСо2-Ю0/У?.г %. (IV.1)

При сжигании сернистого топлива подсчитывают объем /?02, обра­зующийся в результате сгорания углерода и серы, по формуле (111.11) и объем сухих продуктов сгорания К?.с по формуле (III.17)

BO^=vROt. mtvi. г %. (iv.2)

Если элементарный состав сжигаемого топлива не известен (или со­вместно сжигаются два или несколько видов топлива), то ЯОгтах подсчитывают по составу сухих продуктов сгорания, определяемому га­зовым анализом.

Продукты полного сгорания топлива обычно содержат большее или меньшее количество избыточного воздуха. В соответствии с этим в со­став сухих продуктов полного сгорания, кроме R02 и N2, входит 02. Если содержание R02 в неразбавленных воздухом сухих продуктах сгорания равно содержанию кислорода в воздухе, т. е. 21%, то сумма R02 и 02 в разбавленных воздухом продуктах сгорания также равна 21% и, следовательно, содержание кислорода в сухих продуктах пол­ного сгорания равно (21—R02)%. Однако, поскольку /Югтах сухих продуктов сгорания большинства видов топлива не равно 21%, сумма /?0г+02 в сухих продуктах сгорания также не равна 21%.

Взаимосвязь между /?Огтах и содержанием в сухих продуктах пол­ного СГОраНИЯ RC>2 и 02 Определяется СЛеДуЮЩИМ ОбраЗОМ. /?02тах, т. е. содержание R02 в сухих продуктах полного сгорания, не разбав­ленных избыточным воздухом и состоящих только из R02 и N2, равно

£02тах=Я02.100/(Я02 + Ы2) %, (IV.3)

Где Я02+ы2 = 100%.

В продуктах полного сгорания, разбавленных избыточным воздухом, /?02+Ыг+Уизб =100%. где Уизб —содержание избыточного воздуха в сухих продуктах полного сгорания (в процентах по объему). Отсюда /?Огтах определяется по составу продуктов полного сгорания, разбав- ченных воздухом, по формуле

N _ LOO—ROs І00-*02 о/ /ту 4)

Я02тах — в — 100 — 4,76.0* /о • (1V’4j

Изб

Таким образом, представляется возможным определить ЯОгтах топ­лива, состав которого не известен, по данным газового анализа продук­тов полного сгорания. ЯОгтах сухих продуктов горения легко установить по табл. 31. Содержание R02 в продуктах полного сгорания приведено в первой и последней графах таблицы, содержание 02 — в верхней стро­ке. В точках пересечения указана величина /Ю2тах [37].

Установив величину R02max по данным газового анализа нескольких проб продуктов полного сгорания, можно составить представление о со­держании кислорода в продуктах полного сгорания данного топлива по

Значения RO2 max В зависимости от содержания Д02 и 02 в продуктах полного сгорания

Содержанию в них R02. В самом деле, из формулы (IV.4) следует, что содержание кислорода в сухих продуктах полного сгорания равно

П _ Ю0-(Ш2тах-Ш2) _21-(Шатах-#0а) 0/ /Ш сч

———- 4,76 да2тах — /о — (1V-5)

Если обозначить через А отношение процентного содержания кис­лорода в воздухе, т. е. 21 к ROzmax сухих продуктов сгорания, то

0.2=A(R0.lmax~R02) %. (IV.6)

Процентное содержание кислорода в сухих продуктах полного сгора­ния различных видов топлива, в зависимости от содержания в них ROz, приведено в главах книги, посвященных изложению свойств отдельных видов топлива (например, соотношения ROz и 02 в продуктах сгорания каменного угля приведены в гл. XV).

Если содержание кислорода, определенное в результате анализа про­дуктов сгорания, отличается от приведенных в таблицах величин более чем на 0,2—0,3%, необходимо проверить результаты анализа. При этом меньшее содержание кислорода в продуктах сгорания указывает на возможность содержания в них продуктов неполного сгорания.