Сухие газообразные продукты полного сгорания топлива в стехиометри­ческом объеме воздуха состоят из R02 (т. с. из С02 и S02) и N2. При этом со­держание R02 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 С02 вследствие диссоциации карбонатов. Практически с этим обстоятельством приходится считаться при сжигании сланцев.

При полном сгорании углерода без избытка воздуха по уравнению

21С + 210-2 + 79Na 21СО-2 79N,

Содержание С02 в продуктах сгорания составляет 21 по объему Следова­тельно, величина С02тах продуктов сгорания углерода равна 21%.

При сжигании топлива с высоким содержанием углерода в горючей мас­се С02„ах (или R02rnax) Приближается к этой величине, так ДЛЯ кокса 1Ю2 пах

—20,6 %, для антрацита — 20,2 %. Наличие в горючей массе топлива водорода понижает содержание R02 но 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 + 210„ — f 79N.) = в21СО. «79Na

Происходит также горение водорода но уравнению

Ъ (42Н2 + 2102 + 79Na) = Ь42Н20 ЫШг.

После конденсации водяного пара, образовавшегося при сгорании водо­рода, сухие продукты сгорания углеводородного топлива состоят из

21СОа г 79N2 + ~ 79N*.

Очевидно, что содержание С03 в продуктах сгорания меньше 21 %, так как 21 объем СОа приходится не на 100 объемов С02 + 1Ч2, как при сгорании углерода, а на (100 + Ь/а 791Ч2) объемов. Чем больше соотношение водорода к углероду в горючей массе топлива, т. с. Ъ а, тем больше содержится в су­хих продуктах сгорания азота, являющегося спутником кислорода воздуха, израсходованного на горение, содержащегося в топливе углерода и водорода, а следовательно, тем меньше процентное содержание в них С02 или 1Ю2 и тем ниже величина С02тах или Й02тах.

Так, в продуктах сгораиия сернистого мазута, содержащего около 12%

Водорода, РЮ^.ла* — 16%, а в продуктах сгорания природного газа, содер­жащего 25% водорода по массе, С02тах—всего лишь 11,8%.

Содержание кислорода в горючей массе топлива повышает ГЮ2Гпах, так как уменьшает расход кислорода воздуха, необходимого для горения топли­ва, а следовательно, и содержание в продуктах сгорания азота, сопутству­ющего кислороду воздуха. Если бы существовало твердое топливо, состоя­щее из углерода и кислорода, то С02тах для продуктов сгорания такого топ­лива превышало бы 21 %, т. е. величину С02тах для продуктов сгорания уг­лерода.

Содержание кислорода в горючей массе твердого топлива с высоким вы­ходом летучих веществ часто превышает 30% (торф), достигая 44% (древеси­на), и тем не менее И02ТПах продуктов сгорания этих видов топлива ниже.21%. Указанпое обстоятельство объясняется тем, что не существует твердого топлива, состоящего только из углерода и кислорода. 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 торфа и древесины содержится около 6%водорода по весу. Для окисления этого количества водорода необходимо 48% кислоро­да, т. е. больше, чем содержится кислорода в горючей массе торфа и древеси­ны. Поэтому содержание кислорода в горючей массе торфа и древесины повы­шает ‘1Ю2тах этих видов топлива, 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 характеризо­валась С02П1ах, несколько большим 16%. Однако вследствие содержания высокого процента кислорода, достаточного для окисления около 90% водорода древесины, С02тах древесины превышает 20%, т. е. приближается к С02тах продуктов сгорания углерода.

КО,;,таХ продуктов сгорания твердого топлива колеблется от 17 (сланцы) до 20,6% (кокс), а И02тах продуктов сгорания жидкого топлива — от 14.8 (бензин) до 16,596 (мазут).

Л0.2та* продуктов сгорания газообразного топлива находится в весьма широких пределах. Технический водород сгорает без образования ГЮ2. С другой стороны, газы, полученные путем полукоксования топлива с высо­ким содержанием кислорода, т. е. древесины и торфа, содержат до 70% С02, переходящей при сжигании газа в продукты сгорания. Вследствие этого й02тах продуктов сгорания достигает 45%.

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

С02тах сухих продуктов сгорания метана и большинства природных газов около 11,8%, нефтепромысловых и нефтезаводских газов — 13%, сжижен­ных газов с преобладающим содержанием пропана (СЭН8) — около 14°/ т. е. приближается к 1Ю2тах легкого жидкого топлива — бензина.

Генераторные газы, получаемые путем продувания слоя раскаленного топлива воздухом, паром пли паровоздушной смесью, характеризуются зна­чительно более высоким значением В02тах. Основным горючим компонентом этих газов является окись углерода СО, состоящая из 43% углерода и 57%

Кислорода по массе. СОгтах продуктов сгорания окиси углерода значительна превышает С02Шах продуктов сгорания углерода:

42СО + 2102 + 79N2 = 42С02 + 79N4,

СО>В|ах = ^^ = 34,7Г

Однако 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 путем продувания раскаленного слоя ан­трацита или кокса водяным паром, содержит, наряду с окисью углерода, вы­сокий процент водорода. Вследствие этого 1Ю.2Шах генераторных газов бли­зок к 21%, т. е. к С02тах продуктов сгорания углерода.

СОгтах или R02max сухих продуктов полного сгорания топлива опреде­ляют Двумя методами: по элементарному составу сжигаемого топлива или, если состав сжигаемого топлива неизвестен, по составу продуктов сгорания.

При определении С02тах п0 составу топлива подсчитывают по формуле (III.10) объем С02, образующийся при полном сгорании топлива, Fco, и по формуле (II 1.17) объем сухих продуктов сгорания в стехиометрическом коли­честве воздуха F° г. Затем подсчитывают С02тах по формуле

*Vn ■100

С0втв5с = -^————— Ч’ (IV Л)

С.

При сжигании сернистого топлива подсчитывают объем R02, образую­щийся в результате сгорания углерода и серы, по формуле (III.11) и объем сухих продуктов сгорания Fc. r по формуле (III.17)

R02 шах = У (IV.2)

С. г

Если элементарный состав сжигаемого топлива неизвестен (или ведется совместное сжигание двух или нескольких видов топлива), R02rnax подсчиты­вают по составу сухих продуктов сгорания, определяемому посредством га­зового анализа.

Продукты полного сгорания топлива содержат обычно большее или мень­шее количество избыточного воздуха. В соответствии с этим в состав сухих продуктов полного сгорания, кроме R02 и Na, входит 02. Если содержание R03 в неразбавленных воздухом сухих продуктах сгорания равно содержа­нию кислорода в воздухе, т. е. 21%, то сумма И02 и 02 в разбавленных воз­духом продуктах сгорания также равна 21 % и, следовательно, содержание кислорода в сухих продуктах полного сгорания равно 21— R02. Однако, по­скольку R02max сухих продуктов сгорания большинства видов топлива не­равно 21 %, сумма R02 + 02 в сухих продуктах сгорания также не равна 21%.

Взаимосвязь между R02max и содержанием в сухих продуктах полного сгорания R02 и 02 определяется следующим образом. R02max, т. е. содержа­ние R02 в сухих продуктах полного сгорания, не разбавленных избыточным воздухом и состоящих только из R02 и IN2, равно

_ R0,-I00

1Ш2 «пах — n; ( ■ *

Где Н02 ]М2 =* 100%.

В продуктах полного сгорания, разбавленных избыточным воздухом, Р02 + N2 + V® б = 100%, где У® 0 — содержание избыточного воздуха в сухих продуктах полного сгорания (в процентах по объему). Отсюда Н0.,тах определяется по составу продуктов полного сгорания, разбавленных возду­хом, по формуле

_ 100 •НО. то-»»— п/ ЛУ4)

2 шах 100______ 100 — 4,7»)-Оа ‘

Илб

Таким образом, представляется возможным определить 1Ю2та< топлива, состав которого неизвестен, по данным газового анализа продуктов полного сгорания. К02тах сухих продуктов горения легко установить по табл. 19. Содержание 1Ю2 в продуктах полного сгорания приведено в первой и послед­ней графах таблицы, содержание 02 — в верхней строке. В точках пересе­чения указана величина 1Ю2тах.

Установив величину П02тах по данным газового анализа нескольких проб продуктов полного сгорания, можно составить представление о содержании кислорода в продуктах полного сгорания данного топлива по содержанию в них К02. В самом деле, из формулы (IV. 2) следует, что содержание кислоро­да в сухих продуктах полного сгорания равно

„ 100 (НОа, Пах КО*) 21 (К02тах —ПОг) п,

4,7Ы, ИО. (П‘Э)

2 шах

Если обозначить через А отношение процентного содержания кислорода в воздухе, т. е. 21 к 1Ю21Пах сухих продуктов сгорания, то

2 = Л (ГШ2 щах % • (IV.6)

Процентное содержание кислорода в сухих продуктах полного сгорания различных видов топлива, в зависимости от содержания в них 1Ю2, приведе­но в главах книги, посвященных изложению свойств отдельных видов топли­ва (например, соотношения ГЮ2 и 02 в продуктах сгорания торфа приведе­ны в гл. XII).

Если содержание кислорода, определенное в результате анализа продук­тов сгорания, отличается от указанных 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.