Добрый день, коллеги! Знание объема продуктов сгорания, объема подаваемого на горение воздуха бывает важным при решении разных задач, связанных с сжиганием как твердого и жидкого, так и газообразного топлива. Например: не получится выполнить подбор вентилятора дымососа без знания объема продуктов сгорания топлива, расчет сечение вентиляционной решетки для притока воздуха на горение в котельную не выполнить без знания объема воздуха подаваемого на горение. Экологам эти расчеты необходимы при инвентаризации выбросов загрязняющих веществ.

Чтобы упростить эти расчеты была разработана программа в Excel, позволяющая выполнять сам расчет и подготовить отчет по расчету в Word-е. В основе расчета лежит «Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час», утвержденная Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды 09.07.1999 года (далее - Методика).

Итак, начнем. Методика расчета изложена в Приложении А вышеуказанной Методики.

Объем сухих дымовых газов при нормальных условиях рассчитывается по уравнению:

V_сг = V⁰_r + (α – 1)V⁰ – V⁰_H2O,

где V⁰_r,V⁰ и V⁰_H2O – соответственно объемы воздуха, дымовых газов и водяных паров при стехиометрическом сжигании одного килограмма (1 куб.нм) топлива, куб.нм/кг (куб.нм/куб.нм);

α – коэффициент избытка воздуха, доли от единицы. Стехиометрическим называется сжигание топлива, при котором на горение подается ровно то количества воздуха, которое требуется для полного сжигания топлива. Если α > 1,0, то это избыток воздуха, а если α < 1,0 , то воздуха не хватает и не все топливо сгорает и его часть уносится продуктами сгорания.

Сжигание твердого и жидкого топлива

Для твердого и жидкого топлива расчет выполняют по химическому составу сжигаемого топлива по формулам:

V⁰ = 0,0889×(C^r + 0,75×S^r_ор+к) + 0,265×H^r – 0,0333×O^r

V⁰_H2O = 0,111×H^r + 0,0124×W^r + 0,0161×V⁰

V⁰_r = 0,01866×(C^r + 0,375×S^r_ор+к) + 0,79×V⁰ + 0,008×N^r + V⁰_H2O

где C^r, S^r_ор+к, H^r , N^r , O^r – соответственно содержание углерода, серы (органической и колчеданной), водорода, азота и кислорода в рабочей массе топлива, %;

W^r – влажность рабочей массы топлива, %.

Примечание:
Сумма содержания компонентов топлива, задаваемая при расчете не должна принимать значение более 100,0%, то есть (C^r + S^r_ор+к + H^r + N^r + O^r + W^r ) < 100,0

Сжигание газообразного топлива

Для газообразного топлива расчет выполняют по по формулам:

V⁰ = 0,0476 ×(0,5×CО + 0,5×Н₂ + 1,5×H₂S + ∑(m+n/4)×C_mH_n - O₂)

V⁰_H2O = 0,01 ×(H₂ + H₂S + 0,5×∑(n×C_mH_n) + 0,124×d_г.тл )+ 0,0161×V⁰

V⁰_r = 0,01 × (CО₂ + СО + H₂S +  ∑(m×C_mH_n) ) + 0,79×V⁰ + (N₂/100) + V⁰_H2O

где: СО, СО₂, Н₂, Н₂S, C_mH_n, N₂, О₂ - соответственно, содержание оксида углерода, диоксида углерода, водорода, сероводорода, углеводородов, азота и кислорода в 1 куб. м. сухого газа, %;

m и n - число атомов углерода и водорода соответственно;

d_г.тл – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 куб.м. сухого газа, г/куб.м.

Примечание:

Чтобы проверить правильность введения состава газообразного топлива следует выполнить определенные расчеты. Если влагосодержание газа равно нулю (d_г.тл = 0,0) , то достаточно просуммировать содержание содержание оксида углерода, диоксида углерода, водорода, сероводорода, углеводородов, азота и кислорода в 1 куб. м. сухого газа в процентах ( СО, СО₂, Н₂, Н₂S, C_mH_n, N₂, О₂) . Если эта сумма равна 100,0% , то состав газа указан правильно.

Если влагосодержание газа не равно нулю (d_г.тл <> 0,0) , то прежде чем просуммировать содержание всех компонентов газа, нужно их пересчитать с учетом содержания влаги, так как содержание компонентов  СО, СО₂, Н₂, Н₂S, C_mH_n, N₂, О₂ обычно дается в на 1 куб.м. сухого газа. Сделать это можно следующим образом:

Сначала вычисляем процентное содержание паров воды в газообразном топливе:

D = (100,0 × d_г.тл )/(d_г.тл + 803,6) ,

где D - содержание паров воды в 1 куб.м. газообразного топлива с влагосодержанием d_г.тл , %;

803,6 = М_H2O / V_m = (18,0 г/моль × 1000) / 22,4 л/моль - удельная плотность водяных паров, г/куб.м.

Далее делаем пересчет содержания компонентов в 1 куб.м. сухого газа на 1 куб. м. с влагосодержанием равным D % :

x^вг = x^сг × (100,0 - D)/100 ,

где: x^вг - содержание компонента газообразного топлива в 1 куб.м. газа с влагосодержанием d_г.тл , %;

x^сг - содержание компонента газообразного топлива в 1 куб.м. сухого газа, т.е. при  d_г.тл = 0 г/куб.м., %;

Просуммировав полученные величины, мы узнаем правильно или нет задан состав газообразного топлива (сумма должна быть равна 100,0%):

D + ∑x^вг =100,0%

В соответствии с нормативным методом теплового расчета котельных агрегатов, содержащиеся в топливе в небольшом количестве (до 3,0%) непредельные углеводороды неизвестного состава принимаются состоящими из C₂H₄ (стр. 16 файла по ссылке).