8. Энтальпия продуктов сгорания

При выполнении как конструкторского, так и поверочного расчета парогенератора, а также при обработке результатов балансовых испытаний для определения тепловосприятия в отдельных газоходах необходимо вычислить энтальпию продуктов сгорания, определяемую на 1 кг твердого и жидкого топлива или на 1 м³ газового топлива по формуле:

в которой энтальпия теоретического количества продуктов сгорания МДж/кг или МДж/м³ (=1), при температуре , С,

энтальпия теоретически необходимого количества воздуха МДж/кг или МДж/м³,

Здесь - энтальпия 1 м³ углекислоты, азота, водяного пара и влажного воздуха.

Средние теплоемкости воздуха и газов от 0 до 2500С, кДж/(м³ К)

T,.С
0	1,5998	1,2946	1,3059	1,4943	1,2971	1,3188
500	1,9887	1,3276	1,3980	1,5897	1,3427	1,3683
1000	2,2035	1,3917	1,4775	1,7229	1,4097	1,4373
1500	2,3354	1,4440	1,5294	1,8527	1,4620	1,4926
2000	2,4221	1,4826	1,5692	1,9628	1,5010	1,5328
2500	2,4811	1,5114	1,6027	2,0528	1,5303	1,5638

Энтальпия золы , МДж/кг,

учитывается, если приведенная величина уноса золы из топки

В формуле:

доля золы топлива, уносимая газами;

теплоемкость золы твердых топлив, включая при высоких температурах теплоту превращения из твердого в жидкое состояние, значения которой приведены в таблице “Теплоемкость золы твердых топлив”.

Теплоемкость золы твердых топлив

T, C	100	200	300	400	500	600	700
	0,7955	0,8374	0,8667	0,8918	0,9211	0,9420	0,9504
T, C	800	900	1000	1100	1200	1300	1400
	0,9630	0,9797	1,0048	1,0258	1,0519	1,0969	1,1304
T, C	1500	1600	1700	1800	1900	2000
	1,1849	1,2228	1,2979	1,3398	1,3816	1,4235

Все формулы для подсчета объемов и энтальпии относятся к случаю полного сгорания, но они с достаточной для расчетов точностью применимы также при наличии химической неполноты горения.

Расчеты теплообменников удобно выполнять с помощью Н, t – диаграммы, представляющей собой ряд линий, дающих зависимость энтальпии продуктов сгорания Н_г от их температуры при различных значениях _в. Для примера на рисунке 1 построена Н, t – диаграмма для продуктов сгорания природного газа (газопровод Бухара – Урал).

П режде всего, по Н, t – диаграмме можно определить температуру, которую имели бы продукты сгорания при условии, что вся теплота горения затрачивается только на их нагрев, а теплопотери отсутствуют. Эта температура называется адиабатной, поскольку горение осуществляется в адиабатном процессе – изолированной системе, без теплопотерь. Если продуктов неполного сгорания нет, теплота из зоны горения не отводится и сжигание организованно в потоке (практически при р=const), то количество выделяющейся при сгорании теплоты равно энтальпии продуктов сгорания:

Если температура воздуха t_в._т и топлива (t_тл) на входе в топку равны нулю, то их энтальпии Н_вт= h_тл=0 и .

Откладывая на Н, t – диаграмме значение , найдем на пересечении с кривой, построенной для выбранного значения _в, соответствующую адиабатную температуру. Например, значения _в=1,25 и соответствует точка А на рис. 1, т.е. t_a=1700С. Естественно, адиабатная температура будет максимальной для стехиометрической смеси, т.е. для _в=1. Она называется теоретической t_т. В примере на рис. 1 t_т=2000С. С увеличением _в в продуктах сгорания появляется «лишний» воздух, на нагрев которого также затрачивается теплота, поэтому адиабатная температура уменьшается. Теоретическая температура горения некоторых газообразных топлив в холодном воздухе, рассчитанная без учета диссоциации, составляет:

Газ	СО	Н2	СН4
tт, С	2370	2230	2030
Газ	Коксовый	Природный	Доменный
tт, С	2090	2020	1410

Действительная температура оказывается тем ниже адиабатной, чем больше теплопотери (в основном излучением) из зоны горения на холодные стены топки и в окружающую среду, и обычно отличается от нее на 20-25%. При нагреве воздуха или обогащении его кислородом адиабатная температура увеличивается.

В процессе сгорания топлива в топочных камере теплота может передаваться конвекцией и излучением нагреваемому материалу в печах или охлаждающим поверхностям в котлах. В результате газы охлаждаются, их энтальпия снижается. Этот процесс на рисунке 1 изображается линией _в= const. Например, при охлаждении в топке продуктов сгорания до 1100С и неизменном коэффициенте избытка воздуха _в=1,25 (линия АВ) их энтальпия снижается до 22,5 МДж/м³. Теплота, отдаваемая продуктами сгорания в процессе их охлаждения (в расчете на единицу количества сгоревшего топлива), равна уменьшению их энтальпии, т.е.

(*)

где - энтальпии газов соответственно до и после теплообменника.

Уравнение теплового баланса (*) служит основой для расчета всех теплообменных поверхностей.

Очень часто для удаления продуктов сгорания из агрегата их отсасывают, т.е. они движутся в агрегате под разрежением. Через неплотности к ним может подсасываться атмосферный воздух. Пусть коэффициент избытка воздуха увеличится при этом от 1,25 до 1,5 (_в=0,25). Энтальпия газов при этом практически не изменится, поскольку энтальпия подсасываемого холодного воздуха близка к нулю. Следовательно, подмешивание (присос) холодного воздуха к продуктам сгорания изобразится в Н, t – диаграмме горизонтальной линией Н_г=const. В нашем примере газы охладятся за счет присоса (с 1100 до 930С, линия ВС). Чем больше присосы, тем меньше окажется разность энтальпий при той же разности температур, поэтому из-за присосов через неплотности в газоходах, когда газ движется под разрежением, экономичности теплообменника снижается так же, как и из-за утечек части горячего газа через те же неплотности, когда газ по газоходу движется под давлением.

Н_г, МДж/м³

А

Д

30

Н

С В

20

10