Введение

Расчеты горения топлива обычно выполняются с целью определения:

1. расхода воздуха, необходимого для горения;

2. количества и состава продуктов сгорания;

3. температуры горения топлива.

Исходными данными для расчета являются вид топлива, конструкция сожигательного устройства, определяющая величину коэффициента расхода воздуха n и температуры подогрева топлива и воздуха.

Правильность расчета может быть проверена составлением материального баланса, составляемого в единицах массы.

Расчеты горения топлива всегда выполняются в начале полного расчета печи, так как позволяют определить одну из наиболее важных величин–температуру горения топлива, которая в значительной мере определяет температурный режим работы печи. Однако значение расчетов горения топлива этим не ограничивается. Расчет горнеия топлива совместно с расчетом теплового баланса печи позволяет определить полное количество отходящих из печи продуктов сгорания, без чего невозможно выполнить расчет таких важных элементов печи как рекуператоры, борова, дымовые трубы.

1. Общая характеристика топлива.

Топливо – это вещества органического происхождения, которые при нагревании в присутствии кислорода интенсивно окисляются с выделением значительного количества тепла.

1.1. Классификация топлива.

В основном топливо классифицируют по его происхождению и агрегатному состоянию. Топливо всех видов подразделяют на естественное и искусственное, каждое из которых в свою очередь может быть твердым, жидким или газообразным (табл. 1).

Таблица 1

Общая классификация топлива

Агрегатное состояние топлива	Происхождение
	естественное	искусственное
твердое	Дрова, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, горючий сланец	Древесный уголь, кокс, угольная пыль
жидкое	Нефть	Продукты химико-термической переработки нефти (бензин, керосин, мазут), смола каменноугольная и др.
газообразное	Природный газ	Коксовый, доменный, генераторный, конвертерный газы

1.2. Химический состав топлива.

Количество выделяемого при горении тепла в значительной степени зависят от химического состава топлива.Так как топливо органического происхождения, то основными его составляющими являются углерод и водород. Углерод и водород находятся в топливе в виде различных соединений. В состав топлива обычно входят кислород, азот и сера также в виде различных соединений. Кроме того, в топливе всегда присутствуют вода и зола.

Чтобы установить состав топлива, проводят его химический анализ. При химическом анализе твердого или жидкого топлива производится определение элементарного состава (содержания С, Н, О, N, S) а также негорючей части топлива – золы А и влаги W.

В соответствии с элементарным анализом в топливе различают: органическую массу, в состав которой входят элементы С, Н, О, N; горючую массу - С, Н, О, N, S; сухую массу - С, Н, О, N, S, А; рабочую массу - С, Н, О, N, S, А, W.

Пересчет состава из одной массы на другую выполняется по следующим выражениям, %:

Х^О=Х^Г

Х^О=Х^С

Х^О=Х^Р

Х^Г=Х^С

Х^Г=Х^Р

Х^С=Х^Р

где Х^Р, Х^С, Х^Г, Х^О – содержание какого-либо элемента соответственно в рабочей, сухой, горючей и органической массе.

2. Основы теории горения.

2.1. Общая характеристика процессов горения топлива.

Горением называется процесс взаимодействия топлива с окислителем, сопровождающийся выделением тепла. Роль окислителя в большинстве случаев выполняет кислород воздуха.

Для того, чтобы происходило горение, необходимо обеспечить тесный контакт между молекулами топлива и окислителя, т.е необходимо смешать топливо с воздухом.

Следовательно, процесс горения складывается из двух стадий:

1. смешение топлива с воздухом;

2. горение топлива.

Во время протекания второй стадии происходят сначала воспламенение, а затем уже и горение топлива.

В процессе горения образуется пламя, в котором протекают реакции горения составляющих топлива, и происходит выделение тепла. В технике при сжигании газообразного, жидкого и твердого пылевидного топлива применяют так называемый факельный метод сжигания. Факел – это частный вид пламени, образующего при подаче топлива и воздуха в рабочее пространство печи в виде струй, постепенно перемешивающихся друг с другом.

При факельном сжигании топлива аэродинамическую основу процесса составляют струйные течения. Поскольку при факельном сжигании характер движения струй может быть ламинарным и турбулентным, в процессах смешения большая роль принадлежит молекулярной и турбулентной диффузии.

Ламинарным называют такое движение, когда струйки газа протекают параллельно одна другой, не пересекаясь. При турбулентном режиме в потоке возникает множество вихрей, что приводит к интенсивному перемешиванию газа.

На практике при создании устройств для сжигания топлива (горелок, форсунок) применяют различные конструктивные средства (устройства, направляющие струи под углом друг к другу, устройства для закручивания струй и др.) с тем, чтобы организовать смешение топлива с воздухом так, как это необходимо для каждого конкретного случая.

Различают гомогенное и гетерогенное горение. При гомогенном горении тепло – и массообмен происходят между телами, находящимися в одинаковом агрегатном состоянии. Гомогенное горение свойственно газообразному топливу и происходит в объеме.

При гетерогенном горении тепло – и массообмен происходят между телами, находящимися в разных агрегатных состояниях (обмен происходит между газом и поверхностью частиц топлива). Такое горение свойственно жидкому и твердому топливам.

Гомогенное горение может протекать в кинетической и диффузионной областях.

При кинетическом горении полное перемешивание топлива с воздухом осуществляют предварительно, и в зону горения подают заранее подготовленную топливо – воздушную смесь. При диффузионном гомогенном горении поцессы горения и смешения не разделены и совершаются практически одновременно.