
- •Оглавление
- •Предисловие
- •Часть 1. Топливо и его сжигание
- •Раздел 1. Технические характеристики топлива
- •1.1 Топливо и его составные части
- •1.2 Теплота сгорания топлива.
- •Теплота сгорания твердого и жидкого топлива.
- •1.3 Условное топливо
- •1.4 Основы стехиометрического расчета горения топлива
- •Законы, лежащие в основе стехиометрических расчетов горения
- •1.4.2 Аналитический способ стехиометрических расчетов
- •Расход воздуха и выход продуктов полного сгорания горючих элементов.
- •Определение количества и состава продуктов сгорания при полном сгорании топлива
- •1.5 Температуры горения топлива
- •1.6 Коэффициент использования топлива
- •Раздел 2. Основы сжигания газообразного топлива
- •2.1 Общая характеристика процессов горения
- •2.2 Возникновение пламени
- •2.3 Диффузионный принцип сжигания
- •2.4 Кинетический принцип сжигания
- •2.5 Устройства для сжигания газа
- •Раздел 3. Жидкое топливо и его сжигание
- •3.1. Технические характеристики мазута
- •3.2 Основы сжигания жидкого топлива
- •3.2.1 Общие закономерности
- •3.2.2 Горение капли жидкого топлива
- •3.2.3 Сжигание жидких топлив в факеле
- •3. 2.4 Устройство для сжигания жидкого топлива (форсунки)
- •Литература
1.2 Теплота сгорания топлива.
Основным энергетическим показателем топлива является теплота сгорания. Теплотой сгорания называется тепловой эффект реакции полного сгорания единицы топлива (кг, м3, кмоль) до СО2, Н2О, SО2 и соответствующих продуктов полного окисления других элементов, если они входили в состав данного вещества.
Т.к. в составе процесса горения обычно лежит химическая реакция взаимодействия двух веществ – топлива и окислителя, то химическая реакция между топливом (Т) и окислителем (О), протекающая с образованием продуктов сгорания М и N, может быть описана стехиометрическим уравнением следующего вида
а Т + в О тМ + пN + Q, (1.3)
где а, в, т и п - число молекул участвующих в элементарном акте реакции.
За системную единицу количества тепла в системе Си принимают джоуль (Дж). Джоуль – универсальная единица измерения работы, энергии и количества теплоты.
Кратные единицы количества теплоты: килоджоуль (кДж), мегаджоуль (мДж) и т.д.
Джоуль определяется как работа, проводимая силой в 1 Ньютон (1н) при перемещении точки приложения этой силы на 1 м вдоль ее направления (1 Дж = 1 н.м).
В качестве единицы теплоты в науке и технике ранее имела широкое распространение внесистемная единица калория (кал) и кратные единицы: килокалория (ккал), мегакалория (мкал) и т.д. Соответственно: 1 кал = 4,187 Дж
1 ккал = 4187 Дж = 4,187 кДж
1 мкал = 4,187 .106 Дж = 4,187 мДж
Горение элементов топлива может быть полным и неполным. При полном сгорании образуются конечные продукты – углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О) а так же выделяется максимум тепла. При неполном сгорании в конечных продуктах находятся кроме СО2 и Н2О еще и СО, Н2, СН4 и т.п.
Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании единицей топлива (1кг или 1м3), называется теплотой сго-рания. В зависимости от агрегатного состояния водяных паров различают высшую и низшую теплоту сгорания.
Высшей
теплотой сгорания
называется количество тепла, которое
выделяется при сжигании единицы топлива
до продуктов полного сгорания (СО2,
Н2О,
SО2)
при условии, что вся образовавшаяся
влага находится в жидком состоянии при
температуре ОоС.
В высшей теплоте сгорания учитывается
скрытая теплота парообразования (2258,4
кДж кг) и теплота охлаждения воды от 100
оС
до О оС
(418,68 кДж кг). На практике водяные пары
конденсируются за пределами камеры
сгорания. поэтому понятие высшей теплоты
сгорания имеет лишь теоретическое
значение, Для приближения к практике
введено понятие низшей теплоты сгорания
.
Низшей
теплотой сгорания называется количество
тепла, которое выделяется при сжигании
единицы топлива до продуктов полного
сгорания (СО2,
Н2О,
SО2
и др.) при условии, что вся образовавшаяся
влага находится в парообразном состоянии
при температуре 20
оС.
Т.к. в топливе различается 4-е массы
(рабочая, сухая, горючая и органическая),
то и теплоты сгорания определяются
относительно этих масс и записываются
следующим образом:
.
На практике чаще всего используют
.
Рассмотрим
на какую
величину
различаются
.
В величину
,
кроме химической теплоты, входит еще
теплота конденсации 2258,4 кДж/кг и теплота
охлаждения сконденсированной воды от
100оС
до О оС
(
418,7
кДж). Таким образом, в этом случае в
систему возвращаются теплоты (2258,4 +
418,7 = 2677,1 кДж/кг).
При
конденсации
водяных паров нет, а
есть только их охлаждение от
100 оС
до 20 оС
[1.2,0087(100-10)]
= 160,7 кДж/кг.
Поэтому разница между этими теплотами составляет (2677,1 – 160,7 = 2156,4 кДж/кг). Тогда разница между теплотами сгорания можно записать в следующем виде
=
2516,4
,
кДж/кг (1.4)
где Wр и Нр – содержание влаги и водорода в рабочем топливе в
долях единицы.
Если Wр и Нр выражается в %, то формула будет иметь вид
= 25,164 , кДж/кг (1.5)