Температура горения газа

Большое значение имеют температуры, достигаемые при сжигании газов в отопительных каналах коксовых печей. Температура, которую имели бы продукты горения при условии, что все тепло, выделившееся при горении, израсходовано только на их нагревание, называется температурой горения.

В практических условиях часть тепла передается сте­нам, окружающим отопительный канал. Поэтому темпера­тура горения представляет собой максимальную темпера­туру продуктов горения. Последняя не может быть достиг­нута в реальных условиях, но она является важнейшей ха­рактеристикой топлива.

В зависимости от дополнительных условий различают температуры горения: нормальную калориметрическую, калориметрическую, теоретическую и действительную.

Нормальная калориметрическая температура горения t_н.к или, по Д. И. Менделееву, жаропроизводительность, это температура, до которой нагрелись бы продукты горе­ния при теоретическом количестве воздуха и без предвари­тельного нагрева газа и воздуха. Из определения t_н.к выте­кает

откуда

(14)

где и т.д. — удельные объемы продуктов горения и их соответствующих компонентов, м³; и т.д.—средние объемные теплоемкости продуктов го­рения и их соответствующих компонентов в интервале температур 0-t_Н.К к, кДж/(м³ • К). Все удельные объемы здесь и далее приведены на 1 м³ газа.

В связи с тем что теплоемкость продуктов горения за­висит от их температуры, которая в данном случае явля­ется искомой величиной, значение t_Н.К определяют методом подбора. Температура горения может быть также найдена по упрощенной методике, предложенной М. Б. Равичем, основанной на том, что теплоемкости продуктов горения разных газов очень близки, так как в основном определяются содержанием азота в них, а не колебаниями в соотношении водяных паров и диоксида углерода. Еще меньше будут отличаться по теплоемкости продукты горения различных горючих газов. Поэтому можно не рассчитывать теплоемкость про­дуктов горения по их составу, а с достаточной для практи­ческих расчетов точностью использовать значения, приве­денные в литературе (например в Справочнике коксохимика.

Нормальная калориметрическая температура обезводороженного коксового газа, несмотря на его высокую теп­лоту сгорания, ниже, чем у коксового газа. Это объясня­ется большим удельным количеством образующихся про­дуктов горения, что обусловливает их высокую суммарную теплоемкость.

Калориметрическая температура горения t_к — это тем­пература, которую имели бы продукты горения при сжига­нии газа с избытком воздуха и подогревом воздуха и газа в регенераторах. Газ для обеспечения полноты сгорания сжигают с избытком воздуха. Для экономии тепла и повы­шения температуры горения воздух в регенераторах подо-, гревают, а при использовании низкокалорийного газа по­догревается также и газ. Для такого случая формула (14) преобразуется (числитель возрастет за счет энтальпии воз­духа и газа , а знаменатель — за счет теплоем­кости избыточного воздуха):

(15)

где — удельные количества воздуха — действительного и избыточного, м³;

—соответственно температуры подогрева воздуха и газа, °С; —соответственно теплоемкости воздуха и газа в интервале температур 0—t_в и 0-t_г, кДж/(м³ • К);

V_Г —количество газа, 1 м³.

Воздух подогревается за счет тепла уходящих продук­тов горения, которое остается практически неизменным. Поэтому при увеличении коэффициента избытка воздуха снижается температура его подогрева и величина почти не изменяется. Знаменатель же возрастает, что при­водив. к уменьшению температуры горения. Таким обра­зом, с увеличением коэффициента избытка воздуха температура горения снижается.

Теоретическая температура горения t_т ниже калориметрической, так как при ее определении учитываются затраты тепла на диссоциацию части продуктов горения. При вычислении t_к было принято, что происходит полное горение, конечными продуктами которого являются СО₂ и H₂O. В действительности при высоких температурах (выше 1800° С) становится ощутимой диссоциация части диоксида углерода и водяного пара по реакциям

2СО₂  2СО + О₂ - 566 МДж;

2Н₃О  2Н₂ + О₂ - 485 МДж.

В результате диссоциации температура горения снижается как за счет эндотермического эффекта реакций диссоциа­ции, так и за счет увеличе­ния количества, а следова­тельно, и теплоемкости про­дуктов горения.

Разница теплоемкостей продуктов го­рения с учетом и без учета диссоциации незначительна, поэтому в практических рас­четах достаточно ввести в чис­литель формулы (15) поправ­ку, учитывающую затрату тепла на диссоциацию, не вводя в знаменатель поправок, связанных с изменением состава и количества продуктов горения при диссоциации. Тогда формула для теоретической температуры горения примет вид

(16)

где (17)

Действительная температура горения t_д соответствует реальным условиям сжигания, в процессе которого не все тепло идет на нагрев продуктов горения: часть его переда­ется через стены коксовых камер в угольную загрузку и уходит в окружающее пространство. Поэтому действи­тельная температура продуктов горения ниже теоретиче­ской, и постепенно она снижается за счет теплопередачи до конечной температуры, при которой продукты горения покидают отопительные каналы печи. Конечная температу­ра продуктов горения зависит от многих факторов: расхода газа в единицу времени» степени разбавления продуктов горения воздухом, температуры подогрева газа и воздуха, а также от условий теплопередачи. Действительная темпе­ратура горения t_д ниже теоретической на 250—400° C. Отношение t_д:t_к составляет примерно 0,6—0,8 и назы­вается пирометрическим коэффициентом. Действительная температура горения при обогреве коксовым газом состав­ляет 1850—1950° С, при обогреве доменным газом 1600— 1650° С.