2.3 Состав и свойства жидкого топлива

Жидкое топливо состоит из горючей и не горючей частей. Горючая часть топлива представляет собой совокупность различных органических соединений, в которые входят углерод, водород, кислород, азот, сера. Не горючая часть (балласт) состоит из минеральных примесей включающих золу и влагу.

Углерод С – основная горючая часть топлива, с увеличением его содержания тепловая ценность жидкого топлива повышается. Для различных жидких топлив содержание углерода составляет от 50 % и более. Водород Н – является второй по значимости горючей составляющей топлива. Однако, при сгорании водорода выделяется в четыре раза больше теплоты, чем при сгорании углерода.

Кислород О, входящий в состав топлива, не горит и не выделяет теплоты.

Содержание азота N в топливе не велико (0,5 … 1,5 %), он так же не горит и не выделяет теплоты.

Сера S, при сгорании которой выделяется определенное количество теплоты, является нежелательной составной частью топлива, т. к. продукты его сгорания - сернистый SO₂ и серный SO₃ – ангидриды вызывают газовую или жидкостную коррозию металлических поверхностей.

Зола А представляет собой негорючий твердый компонент, количество которого определяют после полного сгорания топлива. Она является вредной примесью, т.к. в ее присутствии усиливаются абразивные износы.

Влага W является нежелательной примесью топлива, так как, отбирая часть теплоты на испарение, снижает теплоту и температуру сгорания топлива.

2.3.1 Теплота сгорания топлива [5]

Теплота сгорания топлива является его основной качественной характеристикой. Для характеристики различных видов топлива служит удельная теплота сгорания единицы массы (кДж/кг).

Теплоту сгорания жидкого топлива вычисляют по формуле Д. И. Менделеева.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива, - это связано с наличием в продуктах сгорания водяного пара: - высшая теплота сгорания топлива определяется по формуле:

,

где Q_в – высшая теплота сгорания, ,

C, H, O, S – углерод, водород, кислород, сера, %;

- низшая теплота сгорания топлива:

,

где Q_H – низшая теплотворная способность топлива,

H, W – водород, влага, %.

2.3.2 Определение количества воздуха, необходимого для горения топлива

Горение – это химический процесс соединения горючего вещества и окислителя. Практически горение представляет собой окисление топлива кислородом воздуха. В результате горения выделяется определенное количество тепловой энергии и резко повышается температура. Процесс горения топлива может протекать как при недостатке, так и при избытке окислителя. Полное сгорание топлива происходит при стехнометрическом соотношении топлива и окислителя, которые соответствуют химическим реакциям полного окисления горючих элементов.

В действительности при сжигании топлива подводится не чистый кислород, а воздух, в котором содержится лишь 23,2 % кислорода по массе. В этом случае теоретически необходимое для полного сгорания 1кг топлива количество воздуха (кг) может быть определено по выражению:

L_o=(2.67С+8H+S-O) / 23,2, ,

где L_o – теоретически необходимое количество воздуха, кг;

C, H, S, O – углерод, водород, сера, кислород.

Теоретически объем необходимого количества воздуха для сгорания 1 кг топлива определяется по формуле:

м³,

где V^o – теоретически необходимый объем воздуха, м³,

- плотность воздуха

В эксплуатационных условиях невозможно добиться полного сгорания топлива при подаче теоретически необходимого количества воздуха. Поэтому в двигателях внутреннего сгорания подают несколько больше по сравнению с теоретическим количеством воздуха.

Отношение действительного количества воздуха V_a к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха:

,

где _в – коэффициент избытка воздуха,

V_Д и V_о – действительное и теоретически необходимое

количество воздуха, м³.

Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха для двигателя внутреннего сгорания находится в пределах _в = 0,85…1,5.

Снижение подачи воздуха по сравнению с оптимальной приводит к повышенному расходу топлива за счет неполного его сгорания. При повышенном увеличении подачи воздуха процесс сгорания не будет оптимальным из-за потерь тепла на нагрев избыточного воздуха и снижения температуры горения.