5. Теплота сгорания топлива

Одной из основных характеристик любого вида топлива является теплота сгорания, т.е. то количество теплоты, которое может быть получено при полном сгорании единицы массы или объема топлива. Полным сгоранием называется такое, при котором горючие компоненты топлива С, Н и S полностью окисляются кислородом. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива относят к 1 кг, а газового – к 1 м³ при нормальных условиях. Различают низшую Q^p_н и высшую Q^p_в теплоту сгорания. В высшую теплоту сгорания входит количество теплоты, которое может быть выделено при конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания топлива. Влага в продуктах сгорания жидкого топлива образуется при горении Н^Р, а также W^Р. В продукты горения попадает и влага воздуха, однако ее обычно не учитывают. При содержании в топливе Н^р кг водорода при горении образуется 9Н^р кг влаги. При этом в продуктах сгорания содержится (9Н^р+ W^Р) кг влаги. На превращение 1кг влаги в парообразное состояние затрачивается 2 500 кДж теплоты. Если конденсация паров воды не произойдет, то теплота, затраченная на испарение влаги, не будет использована. В этом случае получаем низшую теплоту сгорания. Обычно так и происходит. Поэтому основной характеристикой топлива является Q^p_н. Теплота сгорания может быть отнесена к любой массе топлива, но чаще всего ее относят к рабочей.

Q^p_н = Q^p_в – 25(9Н ^р-W ^р), кДж/кг.

При известном элементарном составе твердого и жидкого топлив теплоту их сгорания (кДж/кг) определяют по эмпирической формуле, предложенной Д.И.Менделеевым:

Q ^p_н = 340С ^р + 1035Н ^р – 109(О ^р – S ^р) – 25W ^р, кДж/кг.

Теплоту сгорания сухого газа (кДж/м³) определяют по объемному составу (в %), и известной теплоте сгорания компонентов:

Q ^p_н = 358СН₄ + 640С₂Н₆ + 915С₃Н₈ + 1190С₄Н₁₀ + 1465 С₅Н₁₂ + 127СО + 108Н₂ + 234Н₂S, кДж/м³.

Если в состав газа входят неизвестные углеводородные компоненты (при условии, что содержание метана известно), то сумму углеводородов условно принимают как содержание этана С₂Н_4. Для сравнения различных видов топлива по их тепловому эффекту вводят понятие условного топлива, теплота сгорания которого принята равной 29300 кДж/кг. Отношение Q^p_н данного топлива к Q_у.т условного топлива называется топливным эквивалентом Э. Тогда для расчета расхода натурального топлива В_н в условное В_у.т, достаточно величину В_н умножить на эквивалент Э, т.е.

В_у.т = В_у.т×Э = В_у.т×(Q^p_н / Q_у.т).

6. Расчет температуры горения топлива

Теоретическая температура горения – это наивысшая температура продуктов сгорания при достаточном расходе воздуха (при α=1) с учетом химического недожога продуктов сгорания:

,

где q_т – физическая теплота единицы топлива, кДж/кг(м³);

q_в – физическая теплота воздуха, расходуемого на горение ед. топлива, Дж/кг(м³);

q_3дис – потери теплоты в рез-те диссоциации углерода и водяного пара, кДж/кг(м³);

V_α – объем продуктов сгорания, м³;

– средняя теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур, .

Поскольку в уравнении два неизвестных , для облегчения расчета его преобразуют: .

Теплосодержание продуктов сгорания.

,

П о известному теплосодержанию, с помощью ( )-диаграмм (рис. 1.1) определяют температуру горения.

Содержание избыточного воздуха . Практическая температура , где – пирометрический коэф-т (эмпирическая величина).