 |
Леткі речовини, кокс
|
|
|
|
Якщо нагрівати тверде паливо без доступу повітря, то під впливом високої температури 
починається термічне розкладання його на газоподібну частину – леткі речовини і твердий залишок – кокс. Якщо не враховувати водяної пари, котра виділяється при випаровуванні вологи палива, леткі речовини містять водень, метан, важкі вуглеводні, оксид вуглецю і інші гази. Масова частка летких речовин називається виходом летких. Вихід летких у торфу ~ 70% при температурі 
, у бурого вугілля ~ 40% при температурі 
, у антрациту ~ 3% при температурі 
. Летучі речовини мають великий вплив на процес горіння палива. Паливо з великим виходом летких, наприклад торф, буре вугілля, легко загоряється і навпаки антрацит загоряється погано. Кокс, який залишається після виходу летких, складається з твердого вуглецю і мінеральної частини палива.
Теплота згоряння
Теплота згоряння палива - це кількість теплоти, яка виділяється при повному згорянні 1 кг твердого або рідкого палива чи 1м3 газоподібного і вимірюється у Дж/кг або Дж/м3. Розрізняють вищу 
і нижчу 
теплоту згоряння, які відрізняються на теплоту конденсації водяної пари, яка міститься у димових газах. Нижча теплота згоряння виділяється, коли водяна пара, утворена при згорянні водню і випаровуванні вологи палива, залишається у пароподібному стані. Таким чином величини вищої і нижчої теплоти згоряння пов’язані виразом
(1.5)
Теплоту згоряння палива можна визначити розрахунковим або дослідним шляхом. Розраховують теплоту згоряння за формулою Д. І. Менделєєва, яка для твердого і рідкого палива має вигляд
, кДж/кг (1.6)
для газоподібного
Експериментально теплоту згоряння палива визначають, за теплотою нагрівання води у калориметрі при згорянні палива.
|
|
|
Реакції горіння
Горіння - це реакція окислення з виділенням теплоти. Процес горіння твердого палива можна умовно поділити на декілька стадій: підігрів і випаровування вологи, вихід летких і утворення коксу, горіння летких, горіння коксу і утворення шлаку. При спаленні рідкого палива утворення коксу і шлаку не відбувається, при спаленні газу лише дві стадії – підігрів і горіння.
Загоряння палива відбувається при підігріві до температури займання.
У твердого палива чим більше вихід летких тим нижча температура займання. Вона становить для торфа - 225, для бурого вугілля – 300, кам’яного вугілля – 325, антрациту – 700, газу 700-800 оС.
Реакція повного згоряння вуглецю має вигляд
(1.8)
Реакція неповного згоряння вуглецю має вигляд
(1.9)
Реакція згоряння оксиду вуглецю має вигляд
(1.10)
Якщо в результаті згоряння вуглецю утворюється СО, то говорять, що має місце хімічна неповнота згоряння. В реальних умовах частина вуглецю, яка міститься у паливі, згоряє повністю з утворенням СО2, інша частина - неповністю з утворенням СО.
Реакція повного згоряння водню має вигляд
(1.11)
Реакція повного згоряння сірки має вигляд
(1.12)
Реакція повного згоряння вуглеводню Сm Hn має вигляд
(1.13)
Таким чином до складу димових газів при повному згорянні палива
входять СО2, SO2, N2, H2O, при неповному - СО2, SO2, N2, H2O, СО, O2.
5. Теоретичний об'єм повітря, необхідний для згоряння палива, і теоретичний об'єм димових газів
Визначимо об’єм повітря, необхідний для повного згоряння 1 кг твердого
або рідкого палива, яке має склад
Всі об'єми розраховуємо, як ідеальних газів, при нормальних умовах (температура 273оС тиск 760 мм рт. ст.)
З реакції повного згоряння вуглецю 
випливає
, (2.1)
тобто для згоряння 12 кг вуглецю потрібно кисню, об’єм якого при нормальних умовах становить 22,4 м3 і утворюється вуглекислота, яка при нормальних умовах має об’єм 22,4 м3. Скоротимо останній вираз на 12 і одержимо
|
|
|
, (2.2)
тобто для згоряння 1 кг вуглецю потрібно кисню, об’єм якого при нормальних умовах становить 
, утворюється вуглекислота, яка при нормальних умовах має об’єм . В 1 кг палива міститься 
кг вуглецю, тому помножимо всі члени останнього виразу на одержимо
, (2.3)
тобто для згоряння вуглецю в 1 кг палива потрібно кисню, об’єм якого при нормальних умовах становить 
, і утворюється вуглекислота, яка при нормальних умовах має об’єм 
. Аналогічно розглянемо реакції повного горіння сірки і водню. Для сірки маємо
(2.4)
Для 
водню маємо
(2.5)
1 кг паливо містить 
кисню, об’єм якого при нормальних умовах становить 
. Таким чином,Є об’єм кисню, необхідний для повного згоряння палива, становить
(2.6)
Теоретичний об’єм повітря, необхідний для повного згоряння 1 кг твердого або рідкого палива, становить
остаточно
(2.7)
Парціальний об’єм сухих триатомних газів, який утворюється при повному згорянні 1 кг твердого або рідкого палива, з реакцій горіння вуглецю і сірки
,
остаточно
(2.8)
Азот, який міститься у димових газах, потрапляє з повітря 
і з палива 
. Теоретичний парціальний об’єм азоту у димових газах становить
(2.9)
Водяна пара, яка міститься у димових газах, утворюється при згорянні водню 
, випаровуванні вологи палива 
, а також надходить разом з повітрям. Приймаємо вологовміст повітря 0,01 кг/кг сухого повітря, тоді об’єм пари, яка надходить разом з повітрям, становить 
. Теоретичний парціальний об’єм водяної пари при згорянні 1кг твердого або рідкого палива становить
або
(2.10)
При згорянні газоподібного палива усі розрахунки виконують на основі реакції горіння вуглеводнів (1.13). Теоретичний об’єм повітря, необхідний для повного згоряння 1 м3 газоподібного палива, становить
(2.11)
Парціальний об’єм сухих триатомних газів при згорянні 1 м3 газоподібного палива
(2.12)
Теоретичний парціальний об’єм азоту у димових газах при згорянні 1 м3 газоподібного палива
(2.13)
Теоретичний парціальний об’єм водяної пари у димових газах при згорянні 1 м3 газоподібного палива (
- вологовміст газоподібного палива у г/м3)
(2.14)
Загальний об’єм димових газів при згорянні 1 кг(м3) палива
|
|
|
(2.15)
Приклад 1. Визначити теоретичний об'єм повітря, необхідний для згоряння вугілля, а також теоретичні об'єми продуктів згоряння вугілля
дальшого складу 
Розв'язок. Теоретичний об’єм повітря, необхідний для повного згоряння 1 кг вугілля за (2.7) становить
Об’єм сухих триатомних газів, який утворюється при повному згорянні 1кг вугілля за (2.8)
Теоретичний об’єм азоту у димових газах при повному згорянні 1кг вугілля за (2.9)
Теоретичний об’єм водяної пари при повному згорянні 1 кг вугілля за (2.10)
Загальний об’єм димових газів при повному згорянні 1 кг вугілля
|
|
|
