Газ

Газ, топочный и дымовой. 1) Топочными газами называются продукты сгорания топлива в топке. .Различают полное и неполное сгорание топлива. При полном сгорании имеют место след, реакции: С + 0₂=СО, + 97 200 Cal (газ)

12 32 44

С +2Н,=СН₄ + 22 500 Cal (газ)

12 4 16

2Н, + 0₂=2Н₂0 + 2-58 060 Cal (газ)

4 32 36

СН, + 20₂=2Н.0 + 19 170 Cal (газ)

16 61 80

5 + Os=SOs + 69 260 Cal (газ)

32 32 64

При неполном сгорании, кроме того, нужно отметить следующие реакции:

2 С + 0₂=2 СО + 2-29 160 Cal (газ)

24 32 56

СН₄ + 0₂=2Н₂0 + С + S3 8 70 Cal (газ)

16 32 36 12 (дымообразование)

Нужно иметь в виду, что S0₂—сернистый газ—не есть, собственно, продукт полного сгорания серы; последнее возможно также и по ур-нию:

2S + 30₂=2SO_s + 2-91 000 Cal (газ).

64 96 160

Поэтому, когда говорят о полном и неполном сгорании топлива, то имеют в виду только углерод и водород топлива. Здесь не отмечены также реакции, имеющие иногда место при весьма неполн. сгорании, когда в продуктах сгорания, кроме окиси углерода СО, содержатся углеводороды C_mH_n,водород Н₂, углерод С, сероводород H₂S, так как подобное сгорание топлива не должно иметь места ыа практике. Итак, сгорание можно практически считать полным, если в продуктах сгорания не содержится иных газов, кроме углекислого С0₂, сернист, ангидрида SO, кислорода 0₂, азота N₂ и водяного пара Н₂0. Если сверх этих газов содержится окись углерода СО, то сгорание считается неполны м. Присутствие дыма и углеводородов в продуктах сгорания дает основание говорить о неотрегулированной топке.

Очень большую роль в подсчетах играет закон Авогадро (смотрите Атомная теория): в равных объёмах газов, как простых, так и сложных, при одинаковых темп-pax и давлениях, содержится одинаковое число молекул, или, что то же: молекулы всех газов при равных давлениях и t° занимают равные объёмы. Пользуясь этим законом и зная химический состав топлива, легко вычислить количество К₀ кг кислорода, теоретически необходимого для полного сгорания 1 килограмм топлива данного состава, по следующей ф-ле:

Я»= 0,01 [-f-С + 8 (Н- f-)+ S],

где С,Н, S и О выражают содержание углерода, водорода, серы и кислорода в % веса рабочего топлива. Количество G₀ кг сухого воздуха, теоретически необходимое для окисления 1 килограмм топлива, определяется по ф-ле:

= 2^-4,329*.

Приведенное к 0° и 760 миллиметров ртутного столба, это количество может быть выражено в м³следующей формулой:

F„=AV

JlOO^

20,9

: 3,349/fo.

Д. И. Менделеев предложил весьма простые и удобные для практики соотношения, дающие с достаточной точностью для ориентировочных расчетов результат:

р Qpоб. ₄ - *3раб._

^{0 —} 900 ~~ ^1,1 1 000 ’

_п Qpаб. _{4 л} ®раб.

“0 714 ^{— 1} ’** 1 000 ’

где Q_Pa6.—низшая теплопроизводительность 1 килограмм рабочего топлива. На практике расход воздуха при сгорании топлива бывает больше теоретически необходимого. Отношение количества воздуха, фактически поступившего в топку, к количеству воздуха, теоретически необходимому, называется коэффициентом избытка и обозначается буквой а. Величина этого коэфф-та в топке а_т зависит от конструкции топки, размеров топочного пространства, расположения поверхности нагрева относительно топки, характера топлива, внимательности работы кочегара и прочие Наименьшую величину коэфф-та избытка воздуха—ок. 1,1—имеют пылевидные топки, а наибольшую, до 2 и более,—ручные топки для пламенного топлива без вторичного впуска воздуха. От величины козфф. избытка воздуха в топке зависят состав и количество топочных газов. При точном вычислении состава и количества топочных газов следует также учитывать влагу, внесенную с воздухом за счет его влажности, и водяной пар, расходуемый на дутье. Первая учитывается введением коэфф-та ψ, к-рый есть отношение веса водяных паров, заключенных в воздухе, к весу сухого воздуха и м. б. назван коэфф. влажности воздуха. Второй учитывается величиною ]¥ф., которая равна количеству пара в килограммах, поступающего в топку, отнесенному к 1 килограмм сжигаемого топлива. Пользуясь этими обозначениями, состав и количество топочных газов при полном сгорании можно определить из приведенной таблицы.

‘ 20,9 - Р (СО,

+ SO2) -Ν,

(со, + so. + О2Ц (ίο)

N,-

so,=

3,785

(COJ+CO).

(11)

(12>

Продукты полного ходе воздуха ι

сгорания 1 килограмм топлива при рас· : коэффициентом избытка а.

Наименование продукта сгорания		При 0° И 760 миллиметров рт. ст.
Наименование продукта сгорания	Вес в килограммах	уд. в (кг/м³)	Объем в м³
Углекислый газ С0₂	³’⁶⁶⁷ ш	1,9643	¹·⁸*⁷ · ш
Сернистый ангидрид	S
SO,.	2 · - 100	2,8602	0,6993· — 100
Кислород О..	(«-D · К„ 3,829 · о. К,+ “ 9И+Ш	1,4285	0,7 · (а-1) К,
Азот N,. Водяные пары Н₂0.	(«-D · К„ 3,829 · о. К,+ “ 9И+Ш	1,2572 0,8043	2,6479 · а · К₀ + +0,7954 -^о 9H+W Wrf.,
Азот N,. Водяные пары Н₂0.	100 ^+%νΦ· ⁺ +4,329 · α · ψ К„	1,2572 0,8043	80,43 0,8043 +5,3823 · а · ψ · К₀

Обычно принято учитывать водяные пары Н₂0 отдельно от сухих газов C0₂,S0₂,0₂,N₂и СО, причем состав последних вычисляют (или определяют экспериментально) в % по объёму сухих газов. При полном сгорании топлива должны быть удовлетворены следующие пять уравнений:

со, + so, + о, + N,=100; (1)

н-£

В=2,373·

СО,

so,

с ⁺ т s

: 20,9 -Р(СО, + SO2); Na

(2)

(3)

(4)

(5)

N,-3,785- О, ’

SO, _ JPy СО2 8 С

При неполном сгорании должен быть удовлетворены следующие семь уравнений:

СО2 + SO, 4" СО + О, + N, — 100;

СО

Q,=56,7 · С

Р =2,373

СО, +

н —

со’

(6)

(7)

со =

C _{+ T}s

0,6015+ p’

(S)

(9)

8С

При расчете новых установок искомым является состав продуктов сгорания С0₂, S0₂, СО, 0₂ и Nj, а данными величинами считаются: состав топлива (C,0,H,S), коэфф. избытка воздуха к и потеря от хим. неполноты сгорания Q₃. Последними двумя величинами задаются на основании данных испытания аналогичных установок или берут их по оценке. Наибольшие потери от химич. неполноты сгорания получаются в ручных топках для пламенного топлива, когда Q₃ достигает величины 0,0oQ_Pa6.-Отсутствие потери от химическ. неполноты сгорания (Q₃=0) можно получить в хорошо работающих ручных топках для антрацита, в топках для нефти и для пылевидного топлива, а также в правильно сконструированных механическ. и шахтных топках. При экспериментальном исследовании существующих топок прибегают к анализу газов, причем чаще всего пользуются прибором Орса (смотрите Анализ газов), дающим состав газов в % по объёму сухих газов. Первый отсчет по прибору Орса дает сумму С0₂ 4- S0₂, т. к. раствор едкого кали КОН, предназначенный для поглощения углекислого газа, одновременно с ним поглощает и сернистый ангидрид S0₂. Второй отсчет, после промывки газа во втором сифоне, где находится реактив для поглощения кислорода, дает сумму С0₂ + + S0₂+0₂. Разница их дает кислорода 0₂ в % объёма су-остальные величины находятся путем совместного решения вышеуказанных ур-ий. При этом нужно иметь в виду, что ур-ие (10) дает величину Z, которая м. б. названа характеристикой неполноты сгорания. В эту формулу входит коэфф. β, определяемый по формуле (8). Так как коэфф. β зависит только от химического состава топлива, а последний в процессе сгорания топлива все время меняется за счет постепенного ококсования топлива и неодновременного выгорания его составных частей, то величина Ζ может дать правильную картину протекающего в топке процесса только при условии, что величины (СО.+ + S0₂) и (С0₂ + S0₂ + 0₂) суть результат анализа непрерывно берущихся средних проб за определенный достаточно долгий промежуток времени. Судить о неполноте сгорания по отдельным единичным пробам, взятым в какой-нибудь произвольный момент, никоим образом нельзя. Зная состав продуктов сгорания и элементарный анализ топлива, можно по нижеследующим ф-лам определить объём продуктов сгорания, условно отнесенный к 0° и 760 миллиметров ртутного столба. Обозначив через F_n.o. полный объём содержание хих газов. Все продуктов сгорания 1 килограмм топлива, У_с.г.— объём сухих газов, a V_e,n.—объём водяных паров, будем иметь:

Vn.c. — Тс. г. + Т _{β п},

У __ С + 0,375 S _ ₁ OR7 С + 0,375 S.

^Ус-^г ~~ 0,5357 (СО* + SO,) ^{— i,}™⁾ СО* + SO, ’ 0,01 (9 Н + W) + W ф. + ψ · а · G,

С + 0,375 S.

0,5357 (СО. + SO*) ⁺0,01 (9 Н + W) + W ф, + ф · а Go 0,8043

продукты сгорания в произвольном сечении газохода, но такое распространительное толкование неправильно.

Лит.: Гавриленко А. П., Паровые котлы, М., 1924; Н а д е ж и н А. А., Тепловой расчет котельной установки, М.—Л., 1927. А. Надежин.