Теплота сгорания топлива

Коли­чество тепла, выделившегося при сжигании топлива, связано с химический составом этого топлива.

Количество тепла, выделяющиеся при сжигании единицы топлива, называется теплотой сгорания топлива. Теплота сгорания топлива обозначается Q и может иметь размерности: кДж/кг, кДж/м³ или кДж/кмоль.

Различают высшую и низшую теплоты сгорания топлива.

Согласно работе [2]: “Высшая теплота сгорания соответствует условию, что все водяные пары, образовавшиеся при горений, доводятся до жидкого состояния при 273 К. При этом возвращается следующее коли­чество тепла.

Скрытая теплота испарения 1 кг Н О…2258,41 кДж.

Теплота нагрева 1 кг Н О от 273 до 373 К…418,68 кДж.

Итого…2677,09 кДж.

Низшая теплота сгорания соответствует условию, что со­держащийся в продуктах сгорания водяной пар охлажден от 373 до 293 К. При этом высвобождается количество тепла, равное

,

где 2,0087 – теплоемкость паров воды.

Таким образом, количественная разница между и на 1 кг H O составляет

”.

Практически при сжигании топлива пары воды в газообразном состоянии уносятся с дымовыми газами, поэтому низшая теплота сгорания топлива больше соответствует действительности.

Теплоту сгорания топлива можно измерять опытном путем, либо рассчитать. В первом случае сжигания в специальных приборах (кало­риметрах) сжигают навеску определенного объема топлива. Во втором случае расчет проводят на основании данных элемен­тарного анализа с использованием тепловых эффектов реакций горения отдельных составляющих топлива.

Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива можно рассчитать по эмпирическим формулам на основании элементарного анализа. Для отечественных видов твердого и жидкого топлива часто используют результаты формулы Д. И. Менделеева:

,

.

Соединения, составляющие горючую массу газообразного топлива и теплоты сгорания этих соединений обычно известны и при расчете теплоты сгорания используют специальные таблицы тепловых эффектов реакций окисления соединений, входящих в состав топлива.

Краткие сведения о топливе, применяемом в печах цехов омд

Из всех видов топлива наиболее широкое применение в промышленных печах ОМД получили следующие: мазут, природный газ, коксовый, доменный, генераторные газы.

При этом газообразные виды топлива наиболее распространены, это связано с очевидными преимуществами в сравнении с жидким топливом: лучшее смешение горючего и воздуха, облег­чающее возможность сжигания газа с меньшим избытком воздуха; легкость транс­портирования к потребителю; простота обслуживания печей, работающих на таком топливе; отсутствие золы при его сжигании.

Ниже приведены краткие сведения о видах топлива применяемом в печах цехов ОМД.

Мазут. Тяжелые фракции, получаемые при перегонке нефти, называют мазутом. В зависимости от типа нефти на долю мазута при перегонке приходиться 70–75 %.

По элементарному анализу мазуты различного происхождения мало отли­чаются друг от друга.

Важными характеристиками качества мазута, являются тем­пература застывания и вязкость. Вязкость снижается при повышении температуры нефтепродукта, поэтому на практике для обеспечения возмож­ности перекачивания и сжигания в форсунках вязкие мазуты пред­варительно подогревают до 70–80 °С.

Низшая теплота сгорания мазута колеблется в пределах 35 615–39 805 .

Природный газ. Является наиболее дешевым топливом естественного происхождения. Себестоимость его значительно ниже себестоимости угля и нефти.

Природный газ из основных месторождений России главным образом состоит из метана и небольшого процента его гомологов. Содержание азота и двуокиси углерода, которые не участвуют в горении, невелико. Отечественный природный газ практически не содержит сероводорода и дру­гих сернистых соединений.

Низшая теплота сгорания отечественного и стран СНГ природного газа в зависимости от его состава колеблется в пределах 34 148–38 254 .

Коксовый газ. Газ, выделяющийся в процессе коксования каменных углей называют коксовым. Газ, который улавливают непосредственно на выходе из коксовой камеры называют прямым, а газ, из которого на химическом заводе выделили пары смолы, сырого бензола и аммиака – обратным. Обратный газ является высокоценным горючим, его теплота сгорания составляет 14 665–18 855 .

Доменный газ. Газ выходящий при доменной плавке через колошник печи называют доменным или колошниковым. Теплота сгорания доменного газа составляет 3561–3980 .

Генераторные газы. Представляют собой продукты безостаточной газификации твердого горючего. Газификация может быть проведена при помощи кисло­рода, вводимого с воздухом, или водяного пара. Аппа­раты, в которых твердое топливо превращается в газо­образное, называются газогенераторами, процесс гази­фикации – газогенераторным.

Газогенератор представляет собой шахту – железный кожух, изнутри футерованный огнеупорным кирпи­чом. Топливо загружают в газогенератор сверху через загрузочное устройство. Дутье (воздух, водяной пар) поступает снизу под колосниковую решетку. Образующиеся золу и шлак уда­ляют снизу. Полученный генераторный газ отводят из верхней части генератора над слоем топлива.

Высокие температуры в зоне реакции воздушного газогенератора обусловливают рад затруднений при проведении процесса и, кроме того, по­нижение к. п. д. газогенератора. Последнее является следствием увеличения тепла, уносимого газом. Если при этом газ должен быть передан на более или менее значительное расстояние, то его физическое тепло будет целиком потеряно.

Понижение температуры в зоне реакций, а значит, и понижение температур­ного уровня процесса во всем газогенераторе могут быть достигнуты совмещением рассмотренных выше схем: воздушной и водяной газификации. Таким образом, Параллельно с экзотермическим процессом образования воздушного газа раз­вивается эндотермический процесс газификации водяным паром. Надлежащее развитие того и другого, регулируемое изменением соотношения воздуха и пара в смеси, поступающей в слой, позволяет непрерывно поддерживать температуру процесса на желательном уровне. Такая схема работы приводит к образованию так называемого смешанного газа, который по своим свойствам, составу и теплоте сгорания занимает промежуточное место между воздушным и водяным газами. Этот вид газификации топлива наиболее распространен в промышленности, так как по простоте схемы я конструкции устройств он близок к воздушной гази­фикации, а по качеству получаемого газа превосходит ее.

Теплота сгорания смешанного генераторного газа получаемого из различных видов твердого топлива в среднем составляет 5217–6546 .