В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

Расчет количества воздуха и продуктов сгорания производится на 1 кг топлива.

Элементарный состав топлива в весовых долях определяется так: С — углерода, Н — водо­рода, О — кислорода и S — серы. Следовательно, С+Н+0+S= 1.

Процесс сгорания заключается в окислении составных элементов топ­лива, и в случае полного сгорания продуктами его будут СO ₂ ; Н ₂ O и SO ₂ .

При определении необходимого количества воздуха для сгорания 1 кг топлива исходят из реакций окисления составных элементов топлива, т. е. из стехиометрических соотношений.

Расчеты при этом удобнее производить в килограмм-молях (молях).

Килограмм-молекулой (сокращенно моль) называется такой объем газа, вес которого (в кг) равен числу, выражающему его молекулярный вес. Объем одного моля любого газа при 0° С и 760 мм рт. ст. равен 22,4 м 3 , а при 0° С и давлении в одну техническую атмосферу (735,6 мм рт. ст.) он равен 23, 15 м 3 .

Реакция окисления С в СO ₂ :

Из уравнения (41) следует, что если пренебречь объемом углерода ввиду его относительной малости, то при сгорании С в СO ₂ изменения числа молей, а следовательно, и объема не происходит.

Из уравнения (42) следует, что если пренебречь объемом водорода, вхо­дящего в состав жидкого топлива, ввиду его относительной малости, то при сгорании Н в Н ₂ O происходит удвоение числа молей газов. При сгора­нии же газообразного водорода происходит уменьшение числа молей до 2 / ₃ .

Реакция окисления S в SO ₂ :

При допущениях, названных ранее, следует, что при сгорании S в SO ₂ количество молей не изменяется.

Суммируя результаты подсчета необходимого кислорода для сгорания составных элементов топлива по уравнениям (41), (42) и (43), получим теоре­тически необходимое количество кислорода для сгорания 1 кг топлива. Имея в виду, что в воздухе содержится кислорода 21 % по объему и что в самом топливе содержится 0 весовых долей кислорода, теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива будет равно

Ввиду неоднородности рабочей смеси и возможности работы двигателя с перегрузкой в рабочий цилиндр вводят избыток воздуха. Коэффициент избытка воздуха при сгорании равен

Теоретическое количество воздуха можно выразить через так называе­мую характеристику топлива:

Для жидкого топлива среднего элементарного состава

Значения ? при номинальном режиме работы двигателя в зависимости от камеры сгорания и типа двигателя изменяются в следующих пределах:

Количество и состав продуктов сгорания. Количество продуктов сгорания в молях определяется из уравнений (41), (42), (43).

и, как видно из полученной формулы (50), оно зависит от содержания водо­рода и кислорода в топливе и не зависит от величины ?.

Для оценки изменения количества молей газов при сгорании топлива служит теоретический коэффициент молекулярного изменения ? , равный отношению количества молей продуктов сгорания 1 кг топлива к количеству молей свежего заряда воздуха, т. е.

Для жидкого топлива среднего состава

Как следует из формулы (51 а), ? для жидкого топлива всегда больше единицы и уменьшается при увеличении а. Для дизелей ? = 1,032 + 1,045.

Действительным коэффициентом молекулярного изменения называется отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей све­жего заряда воздуха с учетом остаточных газов М _r :

Если обозначить через х долю топлива, сгоревшего к данному моменту от всего впрыскиваемого топлива, то ? _x этот момент будет равен:

В период процесса сжатия, когда х = 0, из полученной формулы (53) следует ? _x ==1; в конце процесса сгорания х=1, а

Коэффициент избытка воздуха

Топливо для котельных агрегатов

Котельные установки с паровыми и водогрейными котлами и их компоновка

Вода для питания паровых и водогрейных котлов

Горение топлива

Коэффициент избытка воздуха

Тепловой баланс котельных агрегатов

Как наебать еврея

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топ­лива, способа его сжигания, конструкции топки котла и принимается на основании опытных данных.

При сжигании топлива очень важно правильно регулировать поступление воздуха в топку котла .

Если воздуха в топку котла будет поступать мало, то кислорода не будет хватать для полного сгорания топлива, и часть горючих газов, образующихся в топке котла (например, окись углерода СО), и несгоревшие частицы угля будут уноситься с продуктами горения в дымовую трубу. Неполноту сгорания топлива можно заметить по появлению черного дыма из дымовой трубы. Очевидно, что такое сжигание вызывает излишнюю трату топлива.

Чтобы обеспечить полное сгорание кускового топлива, практически приходиться подавать воздуха в топку в несколько раз больше, чем требуется по расчету (например, в полтора раза). Но чрезмерный избыток воздуха в топке котла недопустим, так как много тепла при этом тратится на нагревание излишнего воздуха перед его подачей в топку котла, а также много тепла уносится в дымовую трубу.

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, должно быть несколько большим теоретиче­ского, так как при практическом сжигании топлива не все количе­ство теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате не­достаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку котла, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке

α_т = V _в д / V _в° ,

где V _в д — действительный объем воздуха, поданного в топку котла на 1 кг топлива,

V _в ° — теоретический объем воздуха,

Пример 10. Определить действительно необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива и полный, объем дымовых газов при сжигании твердого топлива с составом (С р =52,1%; Н р =3,8%; S р ₄=2,9%; N р =1,1%; О р =9,1%) , данным в Примере 5 (см. ссылку Теоретический объем воздуха и дымовых газов). Коэффициент избытка воздуха в топке котлаαт = 1,4.

V_вд =1,4 · 5,03 = 7,4 м³/кг.

В действительный объем водяных паров при избытке воздуха больше единицы входят водяные пары, поступающие с избыточным воздухом в количестве 0,0161· V_в° · (α – 1) м³/кг.

Действительный объем водяных паров, м³/кг (см. формулу 35)

V °н₂о = V °н₂о + 0,0161· V _в ° · (α – 1).

Полный объем дымовых газов, м3/кг, получающийся при сгорании 1 кг топлива (см. формулу 36):

V _г = V R о₂ + V N ₂ + V °н₂о + 0,0161· V _в ° · (α – 1).

Объем водяных паров при α = 1,4 по формуле (35)

V°н₂о = 0,69 + 0,0161·5,03· (1,4 — 1) = 0,72 м³/кг.

Полный объем дымовых газов по формуле (36)

V_г = 0,99 + 3,98 + 0,62 + 0,72 = 6,31 м³/кг.

При работе топок всех видов необходимо постоянно наблюдать за исправным ведением топочных процессов по контрольно-измери­тельным приборам. На экономичность работы котельной установки значительное влияние оказывают потери тепла от химической не­полноты сгорания топлива. Величина потерь зависит в основном от количества воздуха, поступающего в топку.

Для поддержания нормального горения нужно подводить возду­ха в топку столько, сколько требуется для полного сгорания топлива, что достигается постоянным контролем за составом дымовых газов. Наиболее важно определение содержания в дымовых газах двуокиси и окиси углерода.

В случае неполного сгорания при недостатке воздуха в составе уходящих газов из топки котла будут углеводороды, окись углерода СО, а иногда и чистый водород Н, а при чрезмерном избытке воздуха создаются условия для удаления из топки котла несгоревших летучих го­рючих веществ и уноса частичек твердого топлива. Поэтому при эксплуатации топки следует сводить неполноту сгорания к возмож­ному минимуму. Как правило, котельный агрегат работает или при полном сгорании, или с незначительной химической неполнотой сгорания.

При присосе холодного воздуха в газоходы котла экономичность его работы снижается, поэтому персонал, обслуживаю­щий котлоагрегат, должен постоянно следить за исправностью обмуровки, плотным закрытием заслонок, дверок, гляделок и пр.

Избытка воздуха в топке

Коэффициет избытка воздуxа в топке α_т выбирается в завиcимости от:

• вида топлива (теплотеxничеcких xаpактеpиcтик топлива);

• cпоcоба обpазования гоpючей cмеcи (конcтpукции гоpелки) и дp.

Определяющими факторами при выборе оптимального значения коэффициента избытка воздуха являются минимальные суммарные потери с уходящими газами q₂ и химическим и механическим недожогом q₃ и q₄.

Увеличение избытка воздуха (рис. 1) приводит к росту потерь теплоты с уходящими газами (q₂), а снижение – к повышению потерь с химическим и механическим недожогом топлива (q₃ , q₄ ).

Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха будет соответствовать минимальному значению суммы потерь q₂ + q₃ + q₄ .

Рис.1. К определению оптимального коэффициента избытка воздуха

Оптимальные значения коэффициента избытка воздуха в топке α_т при сжигании:

природного газа 1,05÷1,1;

камерное (факельное) сжигание 1,15÷1,2;

слоевое сжигание 1,3÷1,4.

Расчетный коэффициент избытка воздуха a в топке устанавливается согласно нормам теплового расчета котла.

Уменьшение избытка воздуха приводит к экономии расхода энергии на привод тягодутьевых машин и повышению кпд котла, однако его снижение ниже расчетного значения ведет к быстрому росту недожога топлива и снижает экономичность.

При работе котла под разрежением, создаваемым дымососом, происходит подсос в газовый тракт холодного воздуха из окружающей среды. За счет этого объём продуктов сгорания увеличивается, возрастает избыток воздуха, и снижается температура газов.

Присосыопределяются в долях теоретически необходимого объёма воздуха Da_i = DV_i/V о ,

где DV_i – объём присосов воздуха в пределах i-й поверхности котла.

Тогда избыток воздуха за i-й по порядку поверхностью нагрева после топки определится как a_I = a_т + SDa_i.

Для обеспечения оптимальных условий горения и минимума присосов воздуха по газовому тракту необходим постоянный контроль за избытками воздуха в газовом тракте.

Как уже было отмечено, коэффициент избытка воздуха, в соответствии с определением, равен отношению действительно поданного количества воздуха к теоретически необходимому:

, (4)

где ΔV – избыточное количество воздуха.

Не учитывая увеличения содержания азота в дымовых газах за счет азота топлива (доля его действительно ничтожна мала), можно записать, что объём всего воздуха, подаваемого на горение, связан с объёмом азота в дымовых газах следующим соотношением:

. (5)

Избыточное количество воздуха, подаваемого на горение, связано с объёмом кислорода, не вступившим в реакцию, соотношением:

. (6)

Подставляя (5) и (6) в (4), получим азотную формулу:

При наличии химического недожога расчёт ведётся на количество кислорода , который должен был прореагировать при полном окислении горючих элементов в соответствии со стехиометрическими уравнениями горения:

.

Тогда азотная формула примет окончательный вид:

Таким образом, для точного определения коэффициента избытка воздуха необходимо измерить практически полный состав продуктов сгорания, а именно: концентрации кислорода, азота, оксида углерода, водорода, метана.

На практике используются два более упрощённых метода определения коэффициента избытка воздуха: по концентрации кислорода и по концентрации сухих трехатомных газов в продуктах сгорания.

Основным является метод прямого определения концентрации кислорода. Пересчёт процентного содержания кислорода в продуктах сгорания на значение избытка воздуха производится исходя из следующих соображений.

Пусть горючая часть топлива не содержит водорода. При окислении углерода и серы объёмы образовавшихся диоксидов углерода и серы равны объёму израсходованного кислорода (С+О₂=СО₂, S+O₂=SO₂), при этом концентрация азота при любом коэффициенте избытка воздуха будет постоянной и равной 79 %.

Тогда при отсутствии химического недожога (СО=0, Н₂=0, СН₄=0) азотная формула может быть преобразована в кислородную формулу:

Пусть горючая часть топлива представлена только водородом. Тогда в продуктах полного сгорания будут содержаться только азот, кислород и водяной пар, а в сухих продуктах сгорания (газоанализаторы работают при комнатной температуре) — только азот и кислород. Совершенно очевидно, что при коэффициенте избытка воздуха α = 1 концентрация азота в продуктах сгорания будет равна 100 %. Таким образом, наличие в топливе водорода приводит к увеличению концентрации азота в сухих продуктах сгорания.

На изменение концентрации азота в продуктах сгорания влияет также и содержание кислорода в топливе. При соотношении водорода топлива и кислорода топлива 4/32 = 1/8 (2Н₂ + О₂ = 2Н₂О, 4 + 32 = 36) весь кислород топлива затрачивается на окисление водорода топлива, а кислород воздуха, соответственно, будет расходоваться на окисление углерода и серы. В этом случае концентрация азота в продуктах сгорания при любом избытке воздуха будет также постоянной и равной 79 %. Следовательно, кислородная формула даёт достаточно точные значения либо когда содержание водорода в топливе незначительно, либо когда выполняется соотношение H r /О r ≈ 1/8 (например, при сжигании древесины).

Вторым достаточно широко применяемым методом определения избытка воздуха в продуктах сгорания является его расчёт на основе нахождения процентного содержания сухих трехатомных газов

где , %.

При полном сгорании топлива в стехиометрических соотношениях (a=1) и при условии, что содержание водорода и кислорода в топливе соответствует выражению Н r =О r /8 (весь водород топлива окисляется кислородом топлива), содержание сухих трёхатомных газов составит:

.

В большинстве твердых и жидких топливах Н r > О r /8. Тогда остаток водорода будет окисляться за счет кислорода воздуха с образованием паров воды. Остающийся при этом объём азота войдет в состав сухих газов, и максимальное содержание сухих трехатомных газов будет меньше 21 %:

и тем меньше, чем больше разность Н r и О r /8.

Показателем, отражающим это различие в содержании водорода и кислорода в топливе, является топливный коэффициент Бунте b. Его значение для твердых и жидких топлив определяется по формуле:

.

С помощью коэффициента b величину максимально возможного содержания сухих трехатомных газов в продуктах сгорания можно выразить следующим образом:

.

Значения находятся в следующих пределах для различных видов топлив, %:

твердое топливо………………….. 18÷20;

природный газ……………………. 11÷13.

При коэффициенте избытка воздуха a > 1 объём сухих газов составит ,

а содержание трёхатомных газов будет меньше, чем :

.

Поскольку при этом объём не изменится, то

Надежность этого метода определения коэффициента избытка воздуха зависит от того, насколько точно известно для данного топлива значение , а также от точности выполнения анализа дымовых газов на содержание RO₂. Трудности использования данного метода возникают при сжигании топлива, минеральная часть которого содержит карбонаты, выделяющие при термическом разложении дополнительное количество СО₂.

Резюмируя всё вышеизложенное, можно отметить следующие формулы для определения коэффициента избытка воздуха по результатам газового анализа:

— азотная формула:

(7)

— кислородная формула:

(8)

— по содержанию сухих трехатомных газов в продуктах сгорания:

(9)

где

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Уменьшение — коэффициент — избыток — воздух

Уменьшение коэффициента избытка воздуха а при сжигании топлива также приводит к увеличению Тг, так как при этом уменьшается объем продуктов сгорания. Однако обогащение воздуха кислородом потребует дополнительных затрат энергии, которые в эксергетическом анализе ЭХТС не учитываются. Выгодность предварительного подогрева воздуха и его обогащение кислородом определяются технико-экономическими соображениями. [2]

Уменьшение коэффициента избытка воздуха а до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы — увеличивается дымность выпускных газов. [3]

Уменьшение коэффициента избытка воздуха а до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. [4]

Для уменьшения коэффициента избытка воздуха , а следовательно, для лучшего использования воздушного заряда в рабочем объеме цилиндра дизеля необходимо повышать качество смесеобразования. [5]

С уменьшением коэффициента избытка воздуха и приближением его к единице температура стенки рубашки резко возрастает. [6]

При уменьшении коэффициента избытка воздуха количество отложений на поршне и интенсивность пригорания поршневых колец резко возрастают, однако при этом усиливается также влияние неполноты сгорания топлива, а работа двигателя сопровождается дымным выхлопом. [7]

При уменьшении коэффициента избытка воздуха скорость распространения фронта пламени убывает очень быстро; при увеличении коэффициента избытка воздуха она убывает несколько медленнее. [8]

При уменьшении коэффициента избытка воздуха ниже критического акр химическая неполнота горения qs резко возрастает. [10]

Увеличение нагрузки дизеля вызывает уменьшение коэффициента избытка воздуха , так как цикловая подача топлива при этом увеличивается, а количество воздуха, поступающего в цилиндр, практически остается постоянным или даже несколько уменьшается из-за его расширения при нагреве. [11]

Например, по мере уменьшения коэффициента избытка воздуха от п 2 до п0 5 светимость пламени коксовального газа линейно возрастает, но при дальнейшем уменьшении п начинает быстро уменьшаться. [13]

Эти работы показали, что уменьшение коэффициента избытка воздуха а и увеличение времени смешения t приводят к увеличению концентрации сажи в пламени. Было установлено, что для геометрически подобных пламен средняя концентрация сажи в пламени примерно в два раза ниже, чем в центре факела. [14]

В зоне больших нагрузок из-за уменьшения коэффициента избытка воздуха топливо полностью не сгорает и в точке 3 появляется дымность отработавших газов. [15]