I. Основные характеристики газового топлива и продуктов его сгорания

Основные характеристики топлива, зависящие от его вида и химического состава (теплота сгорания, темпера­тура горения, агрегатное состояние, содержание балласта и вредных примесей, физико-химические свойства и их стабильность, состав и энтальпия продуктов сгорания), позволяют определить надежность и степень сложности регулирования процессов горения, обеспечение производ­ственного комфорта, степень загрязнения воздушного бассейна и другие требования.

Теплофизические свойства газового топлива целиком за­висят от свойств простых горючих и балластных компонен­тов, входящих в его состав. В связи с этим приводятся важ­нейшие свойства газов, понятия и термины, используемые в теплотехнике и энергосберегающей технологии.

1.1. Основные термины и понятия

Теплота Q (Дж) - энергия, передаваемая от более на­гретого тела к менее нагретому. Единицы измерения энер­гии аналогичны единицам измерения работы. Превраще­ние теплоты в работу и работы в теплоту происходит в строгом постоянном соотношении, соответствующем теп­ловому эквиваленту работы А или механическому эквива­ленту теплоты E=1/А.

Теплосодержание, или энтальпия - сумма внутренней энергии тела и потенциальной внешней работы. Энталь­пия зависит только от температуры и не зависит от других параметров. Теплосодержание, отнесенное на единицу ко­личества вещества, называется удельным. В табл. 1.1 при­ведены значения удельного теплосодержания для различ­ных газов при температуре от 0 до 1600°С.

Температура Т или t (К, °С) - величина, характеризую­щая тепловое состояние тела. Температура тела характеризует кинетическую энергию теплового движения моле­кул. Для измерения температуры пользуются двумя шка­лами: Кельвина (Т) и Цельсия (t). Т= t + 273.

Теплоемкость с [Дж/(м³∙град)] - способность тела при на­гревании поглощать теплоту. Удельной теплоемкостью на­зывается количество теплоты, поглощаемой единицей коли­чества вещества при нагревании на 1°С. Различают теплоем­кость при постоянном давлении с_р и при постоянном объ­еме С_V. В табл. 1.2 приведены средние удельные объемные теплоемкости горючих газов в интервале температур от 0 до 1000°С, а в табл. 1.3-для продуктов полного сгорания и воздуха в интервале температур от 0 до 2000 °С.

Теплота сгорания Q_H и Q_В (кДж/м³) - количество тепло­ты, выделяющейся при полном сгорании единицы топлива (газа). Различают низшую (Q_H) и высшую (Q_B) теплоту сго­рания. Высшая теплота сгорания газа показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 м³ газа при нормальных условиях (Р = 101,3 КПа и t_r = t_в = 0°С) с учетом теплоты водяных паров, содержащих­ся в продуктах сгорания. Низшая теплота сгорания пока­зывает количество выделяющейся теплоты без учета теп­лоты водяных паров при тех же условиях.

В табл. 1.6 приведены данные по высшей и низшей теп­лоте сгорания для простых горючих газов.

Тепловая нагрузка установки (кДж/ч) - произведение количества сожженного за 1 ч топлива на его низшую теплоту сгорания.

Тепловое напряжение топочного объема [кДж/(ч^.м³)] -отношение тепловой нагрузки к объему топки.

В теплотехнике различают три основных вида теплообмена: излучение, теплопроводность и конвекцию.

Излучение - теплообмен между телами, находящимися на расстоянии друг от друга, посредством лучистой энергии, но­сителями которой являются электромагнитные колебания.

Теплопроводность - перенос теплоты между частицами твердых, жидких и газообразных тел при непосредствен­ном их соприкосновении, обусловленный разностью тем­ператур этих тел.

Конвекция - перенос теплоты направленным потоком газов или жидкостей от более нагретых к более холодным частям. В твердых телах конвекция отсутствует.

Плотность (кг/м³) - масса газа, приходящаяся на 1 м³ занимаемого газом объема. Плотность газа определяют из отношения молекулярной массы, выраженной в килограмм- молекулах, к объему одной килограмм-молекулы, кото­рый по закону Авогадро составляет 22,4 м³.

Относительная плотность - отношение плотности газа к плотности воздуха. В табл. 1.6 приведены молекулярная мас­са, плотность и относительная плотность простых газов.

Давление Р (Па) - отношение нормальной составляю­щей силы к единице площади:

Р = F/f

Абсолютное давление - сумма барометрического давле­ния и избыточного давления или разрежения:

P_абс= Р_бар+Р_изб.; P_абс= Р_бар –Р_разр.;

Б арометрическое давление воздуха - сумма парци­ального давления сухого воздуха Р_в и парциального дав­ления водяного пара Р_в._п.

Абсолютная влажность воздуха d_в (г/кгс) - фактиче­ское содержание в воздухе водяных паров.

О тносительная влажность (φ - отношение массы во­дяного пара d_в (парциального давления Р_п), находящегося в воздухе или продуктах сгорания, к наиболее возможной массе d_n (парциальному давлению Р_н) при тех же темпера­туре и давлении смеси:

Каждому значению температуры соответствует макси­мальное количество водяного пара, которое может содер­жаться в воздухе.

Точка росы - температура воздуха или продуктов сго­рания, при которой водяной пар находится в них в со­стоянии насыщения. При понижении температуры начи­нается конденсация водяного пара.

Сухой насыщенный пар - пар, образующийся в резуль­тате законченного парообразования и не содержащий час­тиц воды. Давление и соответствующая температура на­сыщенного сухого пара приведены в табл. 1.4. Перегретым называют пар с температурой более высокой, чем темпе­ратура насыщения при том же давлении.

Скрытая теплота парообразования - теплота, затра­ченная на испарение единицы жидкости при температуре кипения.

Скрытая теплота конденсации - обратная величина скрытой теплоты парообразования. Теплота, выделяющая­ся при конденсации единицы объема пара.

Критические параметры реальных газов. Для любого га­за существует определенное значение температуры, при повышении которой газ не может быть обращен в жид­кость при сколь угодно большом давлении. Эта темпера­тура называется критической Т_кр. Давление, необходимое для сжижения газа при Т_кр, называется критическим дав­лением Р_кр.

Значения критических параметров для различных газов приведены в табл. 1.5.

Таблица 1.1