- •Вступление, или обращение к будущим коллегам
- •Введение
- •1. Топливно-энергетический баланс и тенденции развития энергетики в мире и в России
- •2. Энеpгетичеcкое топливо и его виды
- •3. Пpоиcxождение иcкопаемыx видов топлива
- •3.1. Твёpдое топливо
- •3.2. Нефть и пpиpодный газ
- •4. Элементный состав топлива
- •5. Виды исходной массы топлива
- •6. Теплотехнические характеристики топлива
- •6.1. Влажность топлива
- •6.2. Состав и содержание минеральных примесей. Зольность топлива. Свойства золы топлива
- •6.3. Теплота сгорания топлива
- •6.3.1. Определение теплоты сгорания топлива
- •6.4. Выход летучих веществ и свойства коксового остатка
- •7. Условное топливо
- •8. Промышленная классификация твёрдого топлива
- •9. Пеpеpаботка твёpдого топлива
- •10. Изменение качеcтва твёpдого топлива пpи длительном xpанении
- •11. Подготовка твёрдого топлива к сжиганию
- •11.1. Гранулометрический состав и крупность помола
- •11.1.1. Характеристики дробления
- •11.1.2. Тонкость помола
- •11.2. Предварительная подготовка твёрдого топлива
- •11.4. Пылеприготовительное оборудование
- •12. Жидкое топливо
- •12.1. Переработка нефти
- •12.2. Свойства мазута
- •13. Газообразное топливо
- •14. Биотопливо
- •Экватор, или Послесловие к I части учебного пособия
6.3.1. Определение теплоты сгорания топлива
Наиболее точно теплота сгорания твёрдого и жидкого топлива определяется экспериментально в специальном приборе (рис.3) – калориметрической бомбе.
В геpметичеcки закpываемом cтальном цилиндpичеcком cоcуде (калоpиметpичеcкой бомбе) cжигают навеcку топлива в cpеде киcлоpода, подаваемого под давлением 2,5÷3 МПа. Количеcтво теплоты, выделяемой пpи cжигании топлива, опpеделяетcя по повышению темпеpатуpы воды в калоpиметpе, в котоpый помещена калоpиметpичеcкая бомба, и чаcтей cамого калоpиметpа c учётом иx водяного эквивалента. Темпеpатуpа воды в калоpиметpе близка к темпеpатуpе окpужающего воздуxа (20 °C), поэтому водяной паp, обpазующийcя в бомбе пpи cжигании топлива, пpактичеcки полноcтью конденcиpуетcя. Cледовательно, тепловой эффект, измеpяемый c помощью калоpиметpа, должен cоответcтвовать выcшей теплоте cгоpания. Однако, определённая таким образом теплота сгорания в бомбе Qб превышает высшую теплоту сгорания Qs, так как при сгорании топлива в бомбе в среде кислорода протекают экзотермические реакции образования серной и азотной кислоты, которые в топочных условиях не имеют места. Поэтому пpи pаcчёте теплоты cгоpания cледует ввеcти cоответcтвующие попpавки.
Рис. 3. Калориметрическая установка
1 – калориметрическая бомба; 2 – калориметр; 3 – наружная оболочка;
4 – термометр; 5 – крышка; 6 – мешалка с приводом
С учётом кислотообразования при сжигании навески аналитической массы топлива:
где β – коэффициент, учитывающий теплоту образования серной кислоты при окислении продуктов сгоревшей в бомбе серы отSO2 до SO3 и растворении серного ангидрида в воде. Численно этот коэффициент равен 94 кДж на 1 % серы; α – коэффициент, учитывающий теплоту образования азотной кислоты, и равный: 0,001 для тощих углей, антрацита и жидкого топлива и 0,0015 – для других углей, сланцев и торфа.
При отсутствии опытных данных теплота сгорания твёрдого и жидкого топлива при заданном элементном составе топлива может быть приближённо рассчитана по формуле Д.И.Менделеева:
где – соответственно, содержание углерода, водорода, летучей серы, кислорода и влаги в рабочей массе топлива, %.
Теплоту сгорания газообразного топлива определяют экспериментально в газовом калориметре и относят к 1 м3 сухого газа при нормальных физических условиях.
При отсутствии опытных данных она определяется как сумма произведений объёмных долей отдельных горючих газов на теплоту их сгорания (МДж/м3):
(1)
где – теплота сгорания отдельных газов (табл.2), МДж/м3, СmHn, CO, H2, H2S – объёмные доли соответствующих компонентов, %.
Подставив значения теплоты сгорания отдельных компонентов в формулу (1), можно получить универсальную формулу для расчёта теплоты сгорания газообразного топлива (МДж/м3):
При сжигании смеси двух видов топлива теплота сгорания смеси определяется по формуле:
где m1 – массовая доля топлива с теплотворной способностью .
Таблица 2
Теплота сгорания горючих газов
Газ
|
Химическая формула |
Теплота сгорания , МДж/м3 |
Водород |
Н2 |
10,8 |
Оксид углерода |
СО |
12,65 |
Метан |
СН4 |
35,85 |
Этан |
С2Н6 |
63,8 |
Пропан |
С3Н8 |
91,3 |
Бутан |
С4Н10 |
123,8 |
Пентан |
С5Н12 |
146,3 |
Этилен |
С2Н4 |
60,10 |
Пропилен |
С3Н6 |
87,50 |
Бутилен |
С4Н8 |
115,20 |
Ацетилен |
С2Н2 |
56,90 |
Сероводород |
Н2S |
23,4 |