1.5.3 Энтальпия газообразных продуктов сгорания

Энтальпию газов принято, рассчитывать на единицу сжигаемого топлива. Она может быть определена по формуле (кДж/кг или кДж/м³):

(1.41)

где: - масса продуктов сгорания на единицу количества топлива, кг/кг или кг/м³;

- объем продуктов сгорания на единицу сжигаемого топлива, м³/кг или м³/м³;

и - средняя массовая и объемная изобарные теплоемкости разов соответственно, кДж/(кг ^ град) или кДж/(м^{3 } град);

- температура продуктов сгорания, °С.

Энтальпия продуктов сгорания топлива может быть вычислена также по развернутой формуле:

(1.42)

1.5.4 Определение температуры сгорания

Различают калориметрическую, теоретическую и действительную температура сгорания топлива.

Калориметрической называют температуру, до которой нагре­лись бы продукты полного сгорания, если бы вся теплота топлива и воздуха пошла на нагревание газов. Для этого случая тепловой баланс камеры сгорания запишется:

(1.43)

где: -низшая теплота сгорания топлива, 1 кДж/кг или кДж/м³;

и - физическая теплота топлива и воздуха соответственно на единицу количества топлива, кДж/кг или кДж/м³.

Из (1.43): (1.44)

или в развернутом виде:

(1.45)

При расчетах калориметрическую температуру сгорания находят методом последовательного приближения, так как входящие в формулу (1.45) средние теплоемкости является функцией искомой калориметрической температуры. Очень просто определяется калориметрическая температура по ht - диаграмме продуктов сгора­ния топлива (см. п. 1.5.5).

Теоретическая температура сгорания представляет температуру, до которой нагрелись бы продукты сгорания, если бы на их на­грев пошла вся теплота, введенная в камеру сгорания, за вычетом потерь от химической ( ) и физической ( ) неполно­ты сгорания.

Тепловой баланс камера сгорания а этом случае можно запи­сать так:

(1.46)

Если ввести понятие коэффициента тепловыделения:

(1.47)

то теоретическую температуру можно определить по формуле:

(1.48)

Действительная температура сгорания - это фактическая тем­пература с учетом всех потерь теплоты, в том числе и в окружающую среду. Действительная температура может быть определена пу­тем сложных расчетов с учетом теплоотдачи.

1.5.5 Диаграмма ht - продуктов сгорания топлива

При проектировании и эксплуатации топливосжигающих устано­вок (ГТУ, котельные агрегаты, печи, ДВС и т.д.) приходится выполнять много расчетов, связанных с процессом горения топлива в зависимости от коэффициента избытка воздуха, температуру по­догрева воздуха и топлива и т.д. Эти весьма трудоемкие расчеты значительно упрощаются при пользовании ht - диаграммой продук­тов сгорания для типичных топлив.

Пример ht - диаграммы для Ставропольского природного газа праведен на рис. 1.1. По оси ординат отложены значения энталь­пии продуктов сгорания, отнесенные к единице количества топли­ва (в нашем случае кДж/м³), а по оси абсцисс - температура га­зов. На диаграмме нанесено семейство кривых различных коэффициентов избытка воздуха при полном сгорания топлива. Кроме того, даны кривые калориметрических температур сгорания при различных коэффициентах избытка воздуха и температурах подогрева воздуха.

Помимо указанных кривых, на диаграмма часто приводятся данные о расходе воздуха, необходимого для полного сгорания единицы топлива, в об объемах продуктов сгорания, получаемых при сгорании единицы топлива, а также с содержании в продуктах сгорания при различных коэффициентах избытка воздуха. Ниже приведены некоторые примеры решения различных за­дач с помощью диаграммы ht продуктов сгорания.

ПРИМЕР 1: Определение калориметрической температуры сгорания. Для этого находят точку пересечения кривых температуры подогрева воздуха и постоянных коэффициентов избытка воздуха, а затем по оси абсцисс находят значение t_K. Пусть температура подогрева воздуха - 2ЗО°С и  = 1 (условно для актив­ной зоны горения в камере сгорания ГТУ). Находим точку пересечения А,

соответствующую = 850°С и  = 1. Точке А соответствует калориметрическая температура (проводим изотеру АС) 2150°С.

ПРИМЕР 2: Определение коэффициента общего избытка воздуха, подаваемого в камеру сгорания ГТУ. Для охлаждения газов до допустимой температуры перед турбиной t₃ = 700°С (т. Д) необ­ходимо подавать значительное количество воздуха. Пусть продукты сгорания в активной зоне горения камера сгорания ГТУ имеют температуру 2150°С (т. А) и смешиваются без потерь теплоты о воздухом температурой 250°С, Точка В, соответствующая состоянию продуктов сгорания после смешения, определяется следующим образом. Из точки А, соответствующей начальному состоянию продуктов сгорания проводим линию t_B = 250°С до пересечения с изотермой t_Г = 700°С (ДВ). В точке В  = 5,5.

ПРИМЕР 3: Определение теплоперепада в турбине. Пусть на входе в турбину газы имеют  = 5,5 и t₃ = 700°С (т. В), а на выходе из турбины t₄ = 400 °С.

Процесс в турбине происходит при постоянном значений коэффициента избытка воздуха. Поэтому состояние газов на выходе из турбины определяется на переселения линий  = 5,5 и t₄ = 400°С (т. Е). Тогда теплоперепад в турбине будет равен:

кДж/м³

ПРИМЕР 4: Определение количества теплоты, переданного воздуху в регенераторе. Допустим, что продукты сгорания состава, соответствующего коэффициенту избытка воздуха  = 5,5, охлаждаются в регенераторе ГТУ от температуры 400°С (т. Е) до 230°С (т. F). Кривая EF соответствует этому процессу; газы при этом отдадут теплоту (так как процесс изобарный).

кДж/м³