14.3. Влагосодержание и энтальпия продуктов сгорания

Влагосодержание продуктов сгорания d (г/кг) представляет отношение массы пара (62) к массе продуктов сгорания (64). Упрощая это отношение и подставляя ω (50) вместо W получим

При отсутствии парового дутья величину αd0/(0,072+α) незначительно отличается от тогда (66) упрощается:

Для теоретического сгорания топлива (α=1) приращение влагосодержания продуктов сгорания по сравнению с влагосодержанием воздуха напишется в виде уравнения прямой:

Как видно, при сжигании абсолютно сухой древесины (ω=0) приращение влагосодержания продуктов сгорания d—d0 будет 86 г/кг. Если принять в среднем d0=10 г/кг, d= 96 г/кг. При обычной влажности древесного топлива W=50% (т. е. ω = 100%) величина d—d0 составит 86+156 =242 г/кг, т. е. будет значительна. С повышением α>1 величина d—d0 снизится за счет разбавления газов, подаваемых в топку избыточным воздухом с малым влагосодержанием d0.

Произведение αG0I0 показывает энтальпию воздуха, поступающего в топку для сгорания 1 кг топлива. Физическая теплота топлива может не учитываться. Подставляя в (68) значения Qрв(53), G0 (57) и Gс.г. .(64), получим

Отсюда следует:

В (70) отсутствует W, следовательно, энтальпия газов, образующихся при полном сгорании древесного топлива, не зависит от его влажности, а определяется коэффициентом избытка воздуха αив небольшой мере эн-тальпией воздуха I0, поступающего в топку. Объяснение независимости I от заключается в том, что здесь теплота сгорания учитывается высшая Qрв, т. е. теплота пара включается в энтальпию продуктов сгорания, а их количество Gс.г.с,г пропорционально уменьшается с повышением W. Формула (69) достаточно точно напишется в виде

Таким образом, четко выражена обратная (гиперболическая) зависимость I(α), т. е. каждому значению α соответствует единственное значение I. При α=1 энтальпия будет максимальной. Если принять I0 = 10, тогда

Такова максимально возможная энтальпия продуктов сгорания при полном химическом горении древесины всех пород с любой влажностью;

отклонения для очень смолистой или сплавной древесины не выходят за пределы неточностей, допускаемых в теплотехнических расчетах.

Энтальпия продуктов сгорания, а равно и воздуха при влагосодержании 20—400 г/кг достаточно просто выявляется по показанию мокрого термометра tм, психрометра и, наоборот, величину tм находят по значению I:

Например, если I=419 кДж/кг (100 ккал/кг), то tм=43,5-2,622 — 56,6=57,4 °С.

Температура t (°С) продуктов полного сгорания, без учета излучения газов и физической теплоты самого топлива, определяется по формуле

где cс..г. — средняя массовая теплоемкость сухого газа; сп — средняя массовая теплоемкость пара (табл. 4);Qрн —низшая теплота сгорания топлива (52).

Подставляя в (74) значение Qрн, после преобразований получим зависимость t(ω)

Формула (75) показывает, что температура продуктов сгорания древесины зависит в основном от ее влажности и коэффициента избытка воздуха. Эти зависимости представлены графически на рис. 16. На диаграмме нанесены также пунктирные прямые Gс.г. массы сухих газов, получаемых при сгорании 1 кг топлива; кривые α и СO2 совпадают по направлению. Слева нанесены совмещенно шкалы влажностей древесины W и ω. При W=88% температура горения древесины равна нулю — вся теплота сгорания сухой части топлива расходуется на скрытую теплоту парообразования влаги; на рис. 16 это показано общим полюсом А на оси ординат, где tг=0оС.

Расчетный пример процесса полного химического сгорания 1 кг древесного топлива влажностью W=50% (ω= 100%) при α=2, I0=4.2 кДж/кг (10 ккал/кг) и d0=9 г/кг (точка B на рис. 16).

Количество воздуха для сгорания топлива по (57) и (58):

Масса водяного пара в продуктах сгорания по (62):

Gп=0,549+ 0.00451W+0,00006αdо(100-W)=0,549+0,225+0,054=0,828 кг/кг.

Количество сухих продуктов сгорания по (64):

Влагосодержание продуктов сгорания по (67):

Энтальпия продуктов сгорания по (69):

Содержание двуокиси углерода по (55): СO2=20,2/α=20,2/2 = 10,1%. Температура продуктов сгорания [по (75) или по диаграмме рис. 16]: t=960° С.

При тепловом КПД топки 0,8 практическая температура газов будет около 770°С.