Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива(теплотворная способность) – это количество тепла, выделяемое при полном сгорании всех горючих составляющих топлива, отнесенное к 1 кг твердого или жидкого или 1 нм3(м3при нормальных условиях) газообразного топлива.
Тепловой
эффект горения топлива зависит от
агрегатного состояния одного продукта
его горения – воды, поэтому различают
высшуюQвинизшуюQнтеплоту сгорания. Если составить реакции
горения компонентов топлива так, что
образующаяся в них вода находится в
жидком состоянии, то расчет даст величину
Qв. Если
рассматривать образующуюся воду в
парообразном состоянии, то расчет даст
величину теплоты сгоранияQн.
Теплота парообразования остается
неиспользованной из-за высокой температуры
отходящих газов, поэтому основнойрабочейхарактеристикой топлива
является низшая рабочая теплота
.
Учитывая, что теплота, затрачиваемая на испарение 1 кг влаги, составляет 2500 кДж, связь высшей и низшей теплот сгорания выражается формулой:
-
Qн=Qв– 2500w, кДж/кг (кДж /нм3),
(0)
w=
,
кг/кг.(0)
где w– содержание влаги в продуктах горения, кг/кг (кг/нм3),Нр,Wр– содержание в топливе водорода и влаги соответственно, массовые %.
Для твердого и жидкого топлива:
-
Qн=Qв– 25 (9Hp + Wp), кДж/кг.
(0)
Теплоту сгорания
твердого и жидкого топлива
можно рассчитать по формуле Д.И. Менделеева,
зная элементарный состав рабочего
топлива:
-
= 339Ср+ 1030Нр– 108,9(Ор – Sр)
– 25WркДж/кг,(0)
где Ср, Нр, Ор, Sр, Wр– составляющие элементы рабочего топлива, массовые %.
Для
газообразного топлива теплота сгорания
определяется как сумма произведений
тепловых эффектов компонентов горючих
газов на их количество:
для природного газа
-
= 358,2 СН4+ 637,5 С2Н6+
912,5 С3Н8+ 1186,5 С4Н10++ 1460,8 С5Н12, кДж /нм3.
(0)
В этой формуле компоненты газообразного рабочего (влажного) топлива выражены в объемных %.
Для сравнения эффективности разных видов топлива и определения удельного расхода топлива на термообработку 1 кг материала пользуются единицами условного топлива (каменного угля), теплота сгорания которого принята равной 29300 кДж/кг. Перевод любого топлива в единицы условного топлива производят с помощью теплового эквивалента (переводного коэффициента Эт):
-
Эт=
,
кг усл. топл./ кг данного топл.(0)
Расход воздуха на горение
В расчетах принимают следующий состав сухого воздуха: азот – 79,0%, кислород – 21,0% по объему.
Теоретически необходимый для горения расход сухого воздуха(L0) рассчитывают по следующим формулам:
для твердого и жидкого топлива
-
L0= 0,0889Ср+ 0,265Нр – 0,0333(Ор – Sр),нм3/кг топл.,
(0)
для природного газа
-
L0 = 0,0476 (2СН4 + 3,5С2Н6 + 5С3Н8 + 6,5С4Н10 + 8С5Н12), нм3/нм3 газа.
(0)
Достаточная полнота смешивания потоков топлива и воздуха обеспечиваются при некотором избытке воздуха.
Действительный расход сухого воздуха(Lд) равен:
-
Lд=L0, нм3/кг (нм3/нм3газа),
(0)
где –коэффициент избытка воздуха.
Минимальные допустимые значения зависят от вида сжигаемого топлива, способа сжигания, конструкции топливосжигающих устройств и условий работы печи. Для газа и мазута= 1,05–1,2; для пылевидного твердого топлива= 1,20–1,25; при слоевом сжигании углей, антрацита и торфа в механических топках с непрерывной подачей топлива и золоудалением= 1,3–1,4. Для снижения температуры продуктов горения топлива (ПГТ) по сравнению с теоретической температурой принимаютбóльшиезначения: до 1,5 и более.
Пары воды, содержащиеся в атмосферном воздухе, незначительно увеличивают его расход по сравнению с сухим воздухом. Количество этой влаги учитывают с помощью влагосодержания атмосферного воздуха, выраженного в массовых %. Расход атмосферного воздуха (Lд’) при влагосодержанииd(г/кг сухого воздуха) равен:
-
Lд’= (1 + 0,0016d) Lд, нм3вл. возд./нм3газа
(0)
Влагосодержание d(г/кг сухого воздуха) можно определить поi–d-диаграмме Рамзина или по справочным таблицам [1], зная значения среднегодовой относительной влажности воздуха () и температуры для данной местности. Можно принятьd= 10 г/кг сухого воздуха (при 20ºС и= 60%).