Склад і властивості деяких природних газів приведені у додатку в.
2.2. Теплотворна здатність (теплота горіння) палива
Теплотворна здатність палива – це кількість теплоти, яка виділяється при повному згорянні одиниці маси або об’єму палива (кДж /кг, кДж /м3). За певних умов волога, що виділяється при горінні палива може конденсуватися або перетворюватися у пар. Цей процес впливає на теплотворну здатність. Тому є поняття нижчої та вищої теплотворної здатності.
Нижча теплотворна здатність (Qрн) – це кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні одиниці палива за умов, що вся вода, що утворюється при цьому перейде в пар.
Вища теплотворна здатність (Qрв) – це кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні одиниці палива за умов, що водяні пари повністю конденсуються ( теплота не витрачається на нагрів та випаровування води).
Зв’язок між ними виражається наступним рівнянням:
Qрн=Qрв–2500·w, кДж /кг (кДж /м3), (2.4)
де 2500 – теплота, яка витрачається на нагрів та випаровування 1 кг вологи, кДж/кг;
w – вміст вологи в продуктах горіння палива, кг/кг (кг/м3).
Для твердих та рідких палив можна використовувати формулу:
Qрн=Qрв–25·(9·Нр+Wр), кДж/кг , (2.5)
25 – тому, що склад палива надано у %, а в формулі розрахунок проводиться на 1 кг; 9 – показує, що при теоретичному горінні 1 кг водню виділяється 9 кг вологи.
На практиці користуються значенням Qрн, яка визначається за формулою адитивності як сума добутків теплових ефектів реакцій горіння компонентів палива з киснем на їх частку в складі палива (масову для твердих і рідких палив та об’ємну – для газоподібних) – табл. 2.1.
Таблиця 2.1. – Розрахунок Qрн для різних видів палива
Вид палива |
Формула |
Тверде та рідке |
Qрн=339·Ср+1030·Нр–108,9·(Ор–Sр)–25·Wр, кДж/кг |
Природний газ |
Qрн = 358,2·СН4+637,5·С2Н6+912,5·С3Н8+1186,5·С4Н10+ 1460,8·С5Н12+231·Н2S, кДж/м 3 |
Генераторний і коксодоменний гази |
Qрн =126,5·СО+107,6·Н2+358,2·СН4+587·С2Н4+231·Н2S, кДж /м3 |
Для порівняння і оцінки різних видів палив за їх теплотворною здатністю, а також визначення витрат палива в однакових одиницях введено поняття “умовне паливо” – це паливо з теплотою горіння 29300 кДж/кг (7000 ккал/кг).
Перерахунок теплотворної здатності палива та витрат теплоти в умовні одиниці проводять за допомогою коефіцієнту (теплового еквіваленту) наступним чином:
(2.6)
, (2.7)
де
– нижча теплотворна здатність палива,
кДж/кг(м3);
Q – кількість теплоти, витрачена в процесі теплової обробки, кДж.
2.3. Розрахунок витрат повітря
Кількість повітря, яка необхідна для горіння палива визначається по теоретичній кількості кисню, що вступає у реакцію окислення, із урахуванням надлишку, що забезпечує повне згоряння палива. При цьому враховується, що кисень, який міститься в паливі, також приймає участь у реакціях горіння.
При
розрахунках враховується, що повітря
теоретично складається із кисню та
азоту. Вміст цих компонентів у повітрі
(% масові): кисень – 23,2; азот – 76,8; (%
об’ємні): кисень – 21; азот – 79. Таким
чином, знаючи вміст кисню в повітрі (по
масі
=4,31;
по об’єму
=4,76),
та виходячи із кількості кисню, який
вступив у реакцію горіння, можемо знайти
потребу в повітрі, як по масі так і по
об’єму.
Для виведення розрахункових формул спочатку теоретично за реакціями горіння визначають потребу в кисні (Lк) та об’єм продуктів горіння, потім потребу в повітрі та кількість азоту і кисню (при надлишку повітря), які перейдуть у димові гази разом із повітрям.
Таблиця 2.2. – Розрахунок теоретичних витрат сухого повітря на горіння різних видів палива
Вид палива |
Формула |
Тверде та рідке |
L0=0,0889·Ср+0,265·Нр+0,0333 (Sр–Ор), м3/кг |
Природний газ |
L0=0,0476·Lк=0,0476·(2·СН4+3,5·С2Н6+5·С3Н8+6,5·С4Н10+ 8·С5Н12+1,5.Н2S), м3/м3 |
Генераторний газ |
L0=0,0476·Lк=0,0476·(0,5·СО+0,5·Н2+2·СН4+3·С2Н4+1,5·Н2S–О2), м3/м3 |
Доменний газ |
L0=0,0476·Lк=0,0476·(0,5·СО+0,5·Н2+2·СН4–О2), м3/м3 |
Коксовий газ |
L0=0,0476·Lк=0,0476·(0,5·СО+0,5·Н2+2·СН4+3·С2Н4+7,5·С6Н6+1,5·Н2 S–О2), м3/м3 |
Теоретичні витрати атмосферного повітря при вологовмісті d (г/кг сухого повітря) будуть дорівнювати:
L’0=(1+0,0016·d)·L0, м3/м3 (2.8)
де
0,0016 – коефіцієнт перерахунку вологи
повітря із одиниць маси в одиниці об’єму
( із г/кг в м3/м3),
тобто: (
):(
).
В теоретичних розрахунках d приймають рівним 10 г/кг сухого повітря, тоді:
L’0=(1+0,016)·L0=1,016·L0, м3/м3
В практичних умовах для повного згоряння потрібен надлишок повітря, тому дійсні витрати повітря визначаються за формулами, м3/м3:
Lα=L0·α (2.9)
L’α=L0’·α=1,016·Lα, (2.10)
де α – коефіцієнт надлишку (витрат) повітря, який показує відношення дійсних витрат повітря, що вводиться для горіння до теоретично необхідних (отриманих за реакціями горіння).
Коефіцієнт надлишку повітря для газу дорівнює 1,05 – 1,1; для мазуту та пилоподібного твердого палива 1,1 – 1,2; для твердого кускового 1,3 – 1,8.