Таким образом, уравнение материального баланса по газовоздушному тракту можно записать в таком виде:

B + L_>B + ΔL = L_>r + ΣG_>з/ш. (4.1)

В случае сжигания жидкого или газообразного топлива в этом уравнении последний член отсутствует.

Расход топлива В определяется мощностью (паропроизводительностью) котельного агрегата, а необходимый расход окислителя (кислорода) можно подсчитать по содержанию в топливе горючих компонентов – углерода С, водорода Н и серы S.

Так, например, количество кислорода, необходимое для полного сгорания углерода, легко определить, зная молекулярные массы углерода (12), кислорода (32) и плотность кислорода при 20 °С и 101,3 кПа (1,428 кг/м^>3):

Точно так же можно подсчитать количество необходимого кислорода для полного сгорания водорода (5,56 м^>3/кг) и серы (0,7 м^>3/кг). После этого легко определить теоретически необходимый расход кислорода для полного сгорания твердого и жидкого топлива (с учетом кислорода О^>r, который имеется в сжигаемом топливе):

Если учесть, что содержание кислорода в воздухе (по объему) составляет приблизительно 21 %, то для определения теоретического количества сухого воздуха V_>B^>O (м^>3/кг), необходимого для полного сгорания твердого и жидкого топлива (то есть при α = 1,0), можно записать:

V_>B^>O = 0,0889 (С^>r + 0,375S^>r_>O+K) + 0,265Н^>r − 0,ЗЗЗО^>r. (4.4)

Аналогичный расчет для случая, когда в котле сжигается газообразное топливо, позволяет определить теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 м^>3 газа (V_>B^>Oм^>3/м^>3) с известным химическим составом:

V_>B^>O = 0,0476 [0,5СО + 0,5Н_>2 + 1,5H_>2S + 2(m + n/4)С_>mН_>n−O_>2]. (4.5)

Скорость горения, как и скорость других химических реакций, зависит, в частности, от концентрации реагирующих веществ. Поэтому теоретически необходимого количества воздуха оказывается недостаточно для полного сгорания топлива: на последней стадии горения скорость реакций станет недопустимо малой – топливо не успеет сгореть в зоне высоких температур. Именно поэтому в топку подают количество воздуха, превышающее теоретически необходимое. Отношение первого ко второму называют коэффициентом избытка воздуха и традиционно обозначают первой буквой греческого алфавита – α. Следовательно,

α = V_>B / V_>B^>O, (4.6)

где V_>B и V_>B^>O – фактический и теоретически необходимый расходы воздуха (м^>3/кг или м^>3/м^>3).

В некоторых странах используют не «коэффициент» (отношение), а «избыток» воздуха в процентах, то есть 100 (V_>B − V_>B^>O) / V_>B^>O. Понятно, что α = 1,15, например, соответствует избытку воздуха 15 %, α = 1,2–20 %, и т. д.

После завершения топочного процесса в котле образуются продукты сгорания, состав и количество которых имеют большое значение как для процессов теплообмена и аэродинамики в конвективных поверхностях нагрева, так и для анализа проблемы загрязнения атмосферного воздуха.

Если пренебречь ничтожно малым объемом монооксида углерода V_>co, то можно считать, что газообразные продукты сгорания – это трехатомные газы: (V_>co>2+ V_>so>2), азот V_>N>2 и водяные пары V_>H>2O. Объем трехатомных газов V_>RO>2 (м^>3/кг) удобно выразить в виде одного члена:

Объем азота при сжигании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха будет равен сумме азота воздуха и молекулярного азота, образовавшегося из азотсодержащих компонентов топлива:

Объем водяных паров в продуктах сгорания складывается из нескольких составляющих: водяного пара, образовавшегося при сгорании водорода топлива, испарившейся влаги топлива и, наконец, влаги, внесенной в топку вместе с теоретически необходимым количеством воздуха:

В этом уравнении принято, что влагосодержание воздуха α