5. Состояние топлива

При изучении характеристик твердых и жидких топлив и их состава различают рабочее, горючее и сухое состояние топлива. Рабочее – это состояние топлива с таким содержанием общей влаги и зольностью, с которыми оно добывается, отгружается или используется. Сухое – это состояние топлива, не содержащего общей влаги. Горючее – это условное состояние топлива, не содержащего общей влаги и золы. В соответствии с формулой (3.1) состав рабочей, сухой и горючей массы обозначается соответственно индексами «р», «с» и «г» и выражается следующими равенствами:

C^Р + Н^Р + S^P + N^Р + О^Р + А^Р + W^Р = 100%; (3.3)

С^С + Н^С + S^C + N^С + О^С + А ^С = 100%; (3.4)

С^Г + Н^Г + S^Г + N^Г + О^Г = 100%; (3.5)

где Х^Р, Х^С, Х^Г – процентное содержание данного компонента соответственно в рабочей, сухой и горючей массе.

Считается, что горючее состояние топлива достаточно стабильно, так как элементарный состав зависит от месторождения топлива. Внешний балласт топлива (содержание влаги и золы), наоборот, может изменяться в достаточно широких пределах.

В формулах (3.3), (3.4), (3.5)содержание элементов дано в процентах на 1 кг топлива. Коэффициенты пересчета состава топлива из одного состояния в другое приведены в приложении в таблице D.3.

У газообразного топлива, в отличие от твердого и жидкого, различают только два состояния: "сухой газ" (индекс с.г.) и "влажный газ" (индекс в.г.) – рабочее состояние, которые обозначаются так:

; (3.6)

(3.7)

В формулах (3.6), (3.7) содержание элементов дано в процентах на 1 м³ топлива.

6. Удельная теплота сгорания топлива

Химический состав топлива является исходной характеристикой, от которой зависит дальнейший расчет процесса горения. Однако, сам химический состав еще не определяет тепловую ценность топлива. Об этом можно судить по другой характеристике, называемой теплотой сгорания топлива. Теплота сгорания – это удельная тепловая характеристика, которую применяют для сравнения между собой различных видов топлива по их тепловой ценности, а также для расчета процесса горения.

Теплота сгорания топлива Q – это количество теплоты, выделяемое единицей топлива (1кг или 1м³) при его полном сгорании.

В продуктах сгорания топлива всегда содержится водяной пар, образовавшийся при горении водорода топлива и испарении влаги топлива. Если продукты горения в процессе теплоотдачи охлаждаются до температуры ниже 0⁰С, то находящиеся в них водяные пары конденсируются и выделяют дополнительное количество теплоты.

В связи с этим различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива.

Высшей теплотой сгорания топлива (обозначается ) называется количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м³ газообразного топлива, включая тепло, выделяющееся при конденсации водяных паров, которые содержатся в продуктах сгорания топлива.

Однако, в промышленных условиях продукты сгорания покидают рабочее пространство тепловых агрегатов при температуре, значительно превышающей 0⁰С, унося с собой не сконденсировавшийся пар. Поэтому при тепловом расчете котельных агрегатов пользуются низшей теплотой сгорания топлива (обозначается ), определенной без конденсации водяного пара.

Для твердого и жидкого топлива, величину можно рассчитать приближенно по формуле Менделеева, если известен состав рабочей массы топлива:

,(3.8)

где компоненты рабочей массы взяты в процентах.

Для газообразного топлива низшую теплоту сгорания можно рассчитать, суммируя тепловые эффекты реакций окисления горючих компонентов топлива:

кДж/м³, (3.9)

где компоненты топлива взяты в объемных процентах.

Теплотворная способность твердого топлива колеблется в достаточно широких пределах, что объясняется существенным различием состава рабочей массы топлива. Природный газ имеет меньшие отличия в составе, поэтому в среднем теплотворная способность природного газа составляет 35,5 МДж/нм³.