Горючие вещества топлива взаимодействуют с кислородом воздуха в определенном количественном соотношении. Расход кислорода и количество получающихся продуктов сгорания рассчитывают по стехиометрическим уравнениям горения, которые записывают для 1 кмоля каждой горючей составляющей. Стехиометрические уравнения горения горючих составляющих твердого и жидкого топлива имеют вид:
углерода С + О2 = СО2: 12кг С + 32кг О2 = 44кг СО2 ; 1кг С + (32/12)кг О2 = (44/12)кг СО2 ; (16.3) водорода 2Н2 + О2 = 2Н2О : 4кг Н2 + 32кг О2 = 36кг Н2О ; 1кг Н2 + 8кг О2 = 9кг Н2О . (16.4) серы S + O2 = SO2 : 32кг S + 32кг O2 = 64кг SO2 ; 1кг S + 1кг O2 = 2кг SO2 ; (16.5)
Для горения 1 кг углерода, водорода и серы необходимо соответственно 8/3, 8 и 1 кг кислорода. В топливе находится Ср/100 кг углерода, Нр/100 кг водорода, Sлр/100 кг летучей серы и Ор/100 кг кислорода. Тогда для горения 1 кг топлива суммарный расход кислорода будет равен:
МоО2 = (8/3Ср + 8Нр + Sлр - Ор ) / 100 . (16.6)
Так как массовая доля кислорода в воздухе равна 0,232, то массовое количество воздуха определяется по формуле:
Мо = (8/3Ср + 8Нр + Sлр - Ор ) / 100 · 100/23,2 . Мо = 0,115 Ср + 0,345 Нр + 0,043(Sлр - Ор ) . (16.7)
При нормальных условиях плотность воздуха rо= 1,293кг/м3. Тогда объемное количество воздуха, необходимого для горения 1кг топлива можно рассчитать по следующей формуле:
Vо = Мо / со= Мо / 1,293 м3 /кг. Vо = 0,0889 (Ср + 0,3755Sлр ) + 0,265 Нр – 0,033Ор . (16.8)
Для газообразного топлива расход необходимого воздуха Vо определяют из объемных долей горючих компонентов газа с использованием стехиометрических реакций:
Н2 + 0,5 О2 = Н2О ; СО + 0,5 О2 = СО2 ; СН4 + 2 О2 = СО2 + 2Н2О ; Н2S+ 1,5О2 = SО2 + Н2О .
Теоретическое количество воздуха (м3/м3), необходимого для сжигания газа, определяют по формуле:
Vо = 0,0476 [0,5СО + 0,5Н2 + 2СН4 + + 1,5Н2S + S(m + n/4)CmHn - O2] . (16.9)
Количество воздуха Vо, рассчитываемого по формулам (16.8) и (16.9), называется теоретически необходимым. То есть Vо представляет собой минимальное количество воздуха, необходимое для обеспечения полного сгорания 1 кг (1м3) топлива при условии, что при горении используется весь содержащийся в топливе и подаваемый вместе с воздухом кислород. В реальных условиях из-за технических трудностей ощущается местный недостаток или избыток окислителя (воздуха), в результате ухудшается полное горение топлива. Поэтому воздух подается в большем количестве по сравнению с его теоретическим количеством Vо. Отношение действительного количества воздуха (Vд), подаваемого в топку, к теоретически необходимому количеству называется коэффициентом избытка воздуха:
a = Vд / Vо . (16.10)