коэффициент избытка воздуха на что влияет на

Это позволяет более правильно сопоставлять работу паровых котлов различной производительности.

Источник

Коэффициент избытка воздуха

Топливо для котельных агрегатов

Котельные установки с паровыми и водогрейными котлами и их компоновка

Вода для питания паровых и водогрейных котлов

Коэффициент избытка воздуха

Тепловой баланс котельных агрегатов

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

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

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

V _в ° — теоретический объем воздуха,

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)

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

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

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.

Источник

Карбюраторы. Горючая смесь. Коэффициент избытка воздуха.

Как было сказано в предыдущем посте, карбюратор представляет собой устройство, готовящее смесь топлива и воздуха в определённых соотношениях. А зачем собственно нужна эта смесь и что это за отношение? Об этом данный пост.

Бензин горит. С этим фактом согласятся многие. И большинство примет это как есть, на веру. Мы с детства видим, как что-то горит, спичка, газ в газовой плите, костёр и так далее. И мы не задумываемся, почему это так происходит. Горит и горит, так должно быть))) Потом мы идёт в школу, учим там химию, кто-то хорошо, кто-то не очень. Тот кто учил, на вопрос: «Почему горит бензин?» скажет: «Потому что происходит процесс окисления. Молекулы кислорода, содержащиеся в воздухе вступают в окислительно-восстановительную реакцию с молекулами бензина, происходит перераспределение электронов между атомами, появляются новые вещества, происходит выброс энергии», и в таком духе)) Тот, кто учил плохо, скажет: «Горит кислород, содержащийся в воздухе». Почему и как он горит — не известно))) Ну, а тот кто не учился, ничего не скажет)))

На самом деле, процесс горения это достаточно сложное явление, и понимать все тонкости и особенности этого процесса дело непростое. Ну да нам оно и не надо)))
Надо понимать лишь следующее: горение это химическая реакция, реакция окисления. В ходе этой реакции молекулы кислорода окружают молекулы горючего вещества и далее в присутствии катализатора (которым обычно выступает высокая температура) происходит обмен электронами между атомами кислорода и горючего вещества. Под словом обмен имеется в виду то, что горючее вещество «отдаёт» электроны окислителю, а окислитель их «забирает».
Главный вывод из всего этого: чтобы что-то сжечь, нужен окислитель и катализатор.
Окислителем может являться любое вещество, чьи атомы, способны принимать электроны. В нашем случае, окислителем всегда будет являться кислород, содержащийся в воздухе.
И тут соответственно второй вывод: чтобы бензин горел, нужен воздух.

Ну и вот собственно мы подошли к вопросу, озвученному в теме: «А сколько же этого самого воздуха нужно?»
Начиная изучать теорию карбюраторов, я натыкался на всевозможные данные о том, сколько нужно воздуха, чтобы полностью сжечь 1 килограмм бензина (да, надо сказать, что дальше и воздух и бензин будет считаться в килограммах, а не в объёме) где-то писали 13, где-то 14, где-то 15. Я долго не мог понять, в чём тут дело. Но в одной книге нашёл отгадку)

Но прежде, чем сказать об этом, нужно прояснить, что такое теоретически необходимое количество воздуха и действительное.

Под теоретически необходимым количеством воздуха понимается количество воздуха в килограммах, необходимое для того, чтобы полностью сжечь (далее я буду всегда говорить «сжечь», «горит», а не «окислить») 1 килограмм бензина.
Под действительным количеством воздуха понимается то количество (в килограммах) которое поступило в цилиндры двигателя непосредственно в данный момент времени.

И вот тут отгадка на вопрос, почему в разной литературе разные данные. Теоретически необходимое количество воздуха подсчитывается по формуле

Как видно, в зависимости от состава топлива, получатся разные данные. Но, я буду считать дальше, что для полного сгорания 1 килограмма бензина необходимо 14 килограмм воздуха. Хотя все современные двигатели программируются на соотношение 14,7:1. То есть для полного сгорания 1 килограмма бензина берётся 14,7 килограмм воздуха. Но это считается слегка обеднённой смесью.
Вот мы и подошли к вопросу про бедную и богатую смесь (в общем-то этому тема и посвящена).

Как говорилось ранее, в первой части, про простейший карбюратор, горючая смесь это смесь воздуха и топлива. Эта смесь образуется из капель топлива в результате трения воздуха об эти самые капли. Грубо говоря, воздух как бы становится пропитан топливом. И в зависимости от того, насколько сильно, различают богатую, бедную и нормальную горючую смесь.

Чтобы понять в числах сколько поступило воздуха или топлива в цилиндры двигателя (какая у нас горючая смесь) вводят либо коэффициент избытка воздуха, либо коэффициент избытка топлива. В русской литературе пользуются коэффициентом избытка воздуха. Что же это такое?

Коэффициентом избытка воздуха называют отношение количества воздуха действительно поступившего в цилиндр, к теоретически необходимому (вычисленному по формуле).
Обозначают его обычно буквой «альфа». Для примера, считается он так: если теоретически для полного сгорания нужно 14 кг воздуха и в горючей смеси содержится 14 кг, то альфа = 14/14 = 1. Это нормальная смесь. Если поступило, допустим, 7 кг, то альфа = 7/14 = 0,5. Это богатая смесь. Если поступило 16 кг, то альфа = 16/14 = 1,1. Это бедная смесь. На практике ещё выделяют обогащённую и обеднённую смеси. Допустим при альфа = 1,1 смесь правильнее назвать не бедной, а обеднённой. И в таком духе.

Зачем это всё нужно? Просто дальше, я хочу рассказать уже непосредственно про к133. И первое, что нужно будет сказать, это про его отличия от простейшего карбюратора. И вот там то мне придётся пользоваться словами «бедная», «богатая» и тд. Для многих богатая смесь, это «когда много топлива». а бедная «когда мало»))) В чём то это верно, в чём то не совсем. Некоторые возможно не знают об этом вообще.

Источник

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Топливовоздушная смесь в бензиновом двигателе

Для работы двигателю с искровым зажига­нием (SI) требуется топливовоздушная смесь с определенным соотношением количества воздуха и топлива (отношение воздух/топливо). Идеальное, теоретически полное сго­рание топлива имеет место при отношении масс 14,7:1 (стехиометрическое отношение), т.е. для сгорания 1 кг топлива требуется 14,7 кг воздуха. Или: топливо объемом 1 л полно­стью сгорает в присутствии 9500 л воздуха.

Топливовоздушная смесь

Удельный расход топлива в значитель­ной степени зависит от соотношения воздух/топливо (см. рис. «Влияние коэффициента избытка воздуха на удельный расход топлива и неравномерную работу двигателя при постоянной эффективной мощности» ). Для обеспечения действительно полного сгорания топлива требуется избыточное количество воздуха и, следовательно, как можно более низкий расход топлива. Однако здесь имеют место ограничения, зависящие от воспламеняе­мости и доступного времени сгорания смеси.

Также состав смеси влияет на эффектив­ность снижения выбросов токсичных ве­ществ с отработавшими газами. В настоящее время с этой целью используется трехком­понентный каталитический нейтрализатор, который действует с максимальной произ­водительностью при стехиометрическом со­отношении воздух/топливо. Это может зна­чительно снизить вероятность повреждения компонентов системы очистки отработавших газов. Поэтому современные двигатели, когда это позволяют условия работы, рабо­тают при стехиометрическом составе смеси.

Для определенных условий работы двига­теля требуется адаптация состава смеси. Так, изменение состава смеси требуется при пуске холодного двигателя. Отсюда следует, что си­стемы смесеобразования должны обеспечи­вать работу двигателя в различных режимах.

Коэффициент избытка воздуха λ

В качестве показателя отличия фактического состава смеси от теоретически необходимого массового отношения (14,7:1) был выбран коэффициент избытка воздуха λ (лямбда). Коэффициент λ равен отношения массы по­даваемого в двигатель воздуха к массе воз­духа, необходимой для обеспечения стехио­метрического состава смеси.

λ = 1: масса подаваемого в двигатель воз­духа равна теоретически необходимой массе.

λ 1: имеет место избыток воздуха, т.е. смесь становится обедненной. При работе на бедной смеси эффективная мощность двигателя падает, при этом обеспечивается снижение расхода топлива. Максимально до­пустимое значение λ — «предел возникновения пропусков зажигания при обеднении смеси» в значительной степени зависит от конструкции двигателя и используемой системы смесео­бразования. При использовании такой смеси она долго не воспламеняется, а процесс сго­рания происходит с нарушениями, сопрово­ждаемыми неравномерной работой двигателя.

На рис. «Влияние коэффициента избытка воздуха на содержание токсичных веществ в отработанных газах» показаны зависимости удель­ного расхода топлива, а также содержания различных токсичных веществ в отработавших газах от коэффициента избытка воздуха (при постоянной выходной мощности двигателя). Из этих графиков видно, что нельзя выбрать идеальное значение коэффициента λ, при ко­тором все рассматриваемые показатели были бы в максимальной степени приемлемы. Для двигателей с впрыском топлива во впускной трубопровод для обеспечения «оптималь­ного» расхода топлива при «оптимальной» эффективной мощности приемлемым явля­ется значение λ в диапазоне 0,9-1,1.

В двигателях с прямым впрыском топлива и послойным распределением заряда смеси имеют место иные условия сгорания топлива, поэтому предел обеднения смеси наступает при значительно более высоких значениях λ. В диапазоне частичных нагрузок эти двигатели могут работать при значительно более высо­ком коэффициенте избытка воздуха (до λ = 4).

Для нормальной работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора необходимо точное соблюдение λ = 1 при нормальной рабочей температуре двигателя. Выполнение этого условия возможно при обеспечении точ­ной дозировки массы поступающего воздуха, включая и возможные добавки.

Для получения оптимального процесса сгорания в двигателях с системой впрыска то­плива во впускной трубопровод необходимо обеспечивать не только впрыск точного коли­чества топлива, но и однородность топливо­воздушной смеси, что достигается эффектив­ным распылением топлива. Если эти условия не соблюдаются, во впускном трубопроводе или на стенках камеры сгорания образуются большие капли топлива, которые полностью не сгорают, что приводит к повышенным вы­бросам несгоревших углеводородов.

Системы смесеобразования

Системы впрыска топлива или карбюра­торы служат для приготовления топливо­воздушной смеси, наилучшим образом обе­спечивающей эффективную работу двигателя в заданном режиме. Системы впрыска топлива, особенно их электронные версии, лучше при­способлены для получения оптимальных режимов. Они позволяют снизить расход то­плива и повысить эффективную мощность двигателя. Все более строгие требования в от­ношении снижения токсичности отработавших газов заставили производителей автомобилей практически полностью отказаться от кар­бюраторных топливных систем и перейти на электронные системы впрыска топлива.

Источник

Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха используется в различных областях науки и техники, связанных с процессами горения. При этом, при решении различных задач он может принимать несколько различный физический смысл, т.е. под одним и тем же параметром понимают разные понятия. Поэтому целесообразно сразу разобрать коэффициент избытка воздуха по его применению. Условно это можно представить в виде схемы на рис.1

Рис. 1. Коэффициент избытка воздуха

В замкнутых объемах без доступа воздуха т.е. приток воздуха Gвозд=0 Физический смысл заключается в том, на сколько не полностью может быть (или был) задействован кислород воздуха при горении может быть только Применение: инженерные расчеты горения в замкнутых объемах

Показывает отклонение газопаровоздушной смеси от стехиометрическго состава. При стехиометрической концентрации горючего α=1 Возможные значения ограничены КПР Применение: двигатели внутреннего сгорания

В закрытых объемах с доступом воздуха через проемы т.е. приток воздуха Gвозд>0 Показывает отношение расхода поступающего воздуха в помещение к требуемому расходу воздуха на горение пожарной нагрузки значение может быть и больше и меньше единицы Применение: расчет параметров развития внутренних пожаров, наступления ОФП

Коэффициент избытка воздуха при кинетическом горениипоказывает отклонение газопаровоздушной смеси от стехиометрической концентрации. При стехиометрической концентрации α=1. В данном случае коэффициент избытка воздуха может быть как больше, так и меньше 1, но ограничен область воспламенения.

Величина a является важной характеристикой машин и агрегатов, в которых осуществляется организованное горение.

Для горючих смесей стехиометрического состава (т.е. состава, соответствующего уравнению реакции горения), где коэффициент избытка воздуха a = 1, реальный расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения. Однако добиться полной однородности смеси чрезвычайно трудно. Существующие для этой цели технические средства не позволяют в полной мере обеспечить стехиометрическое соотношение компонентов при реакции горения и создать однородную смесь. Регулирование значения коэффициента избытка воздуха дает возможность максимально приблизиться к оптимальным условиям сжигания.

Почти всегда a несколько больше единицы и находится в интервале значений:

1,02 – 1,3 в зависимости от характера сжигаемого вещества. Именно этим обусловлено название коэффициента a— коэффициент избытка воздуха. В действительности для кинетического горения его значения могут быть как больше, так и меньше 1.

В условиях пожара обычно преобладает диффузионный режим горения. В закрытом объеме диффузионное горение большинства горючих материалов возможно только до определенной пороговой концентрации кислорода, так называемой остаточной концентрации кислорода в продуктах горения. Т.е. при диффузионном горении, кислород воздуха не весь задействуется на горение. Для различных веществ и материалов остаточное содержание кислорода в продуктах сгорания может составлять 8-16%. Таким образом, на горение расходуется только часть кислорода, поэтому для полного сгорания рассматриваемого вещества потребуется воздуха больше, чем теоретически необходимое.

Следует отметить, что прекращение горения в закрытых объемах обусловлено не только снижением концентрации кислорода, но и флегматизирующим действием дыма.

Коэффициент избытка воздуха для диффузионного горения в закрытых объемах без доступа воздуха, правильнее назвать коэффициент участия воздуха в горении. Эта характеристикаболее полно отражает суть процесса горения на пожаре и не дает ошибочных представлений и понятий. Это важный параметр, определяющий динамику развития пожара и, как следствие, развитие его опасных факторов.

Отношение объема воздуха, практически пошедшего на горение при диффузионном горении, к теоретически необходимому, называется коэффициентом избытка воздуха и обозначается греческой буквой α (альфа):

его можно определить также по выражению:

где концентрация кислорода в воздухе до начала горения, в объемных %, обычно, если не задано иное, принимают 21%;

— концентрация кислорода в воздухе, при которой прекращается горение данного вещества (остаточное содержание кислорода), в объемных %.

Физический смысл коэффициента избытка воздуха при диффузионном горении в закрытом объеме без доступа воздуха заключается в том, на сколько не полностью может быть (или был) задействован кислород воздуха при горении.

Формула для расчета практического объема воздуха для сгорания заданного количества горючего вещества имеет вид:

, м 3 ;

При этом, очевидным является, что при горении в диффузионном режиме, коэффициент избытка воздуха может иметь значения более 1. На практике значение этого коэффициента обычно составляет 2-5.

Расчет объема воздуха, необходимого для горения, предполагает вычисление:

Алгоритм расчета теоретического количества воздуха зависит от агрегатного состояния вещества и его химической природы. Для удобства вычислений горючие вещества подразделяют на три основные группы:

· индивидуальные химические соединения с известной химической формулой (метан, ацетон, спирты и т.д.);

· конденсированные горючие вещества неизвестного химического строения, но с известным элементным составом (элементный состав отражает содержание в веществе химических элементов С, Н, О, S, N, C1 и др. в % масс.);

Источник