4.7.3. Теплота сгорания

Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании единицы массы нефти или нефтяного топлива, а также при полном сгорании 1 кмоль или 1 м³ газа, называют теплотой сгорания. Эта важнейшая величина характеризует потенциальный запас энергии в топливе и определяет во многом мощность двигателей (или других устройств), в которых топливо используется.

Теплоту сгорания нефтяных и газообразных топлив подсчитывают по формулам или определяют экспериментально сжиганием топлив в калориметрах.

Лабораторный контроль

Наиболее точным методом определения этой величины является стандартный по ГОСТ 21261, сущность которого за­ключается в следующем.

Точно взятую навеску топлива (бензина, дизельного, реактивного или котельного топлива) в чашечке помещают в специальный герметично закрывающийся сосуд (калориметрическую бомбу), которую заполняют чистым кислородом до давления 3,0 МПа.

Бомбу с образцом устанавливают в специальный калориметрический сосуд (термостат), заполненный определенным количеством дистиллированной воды, температура которой измеряется термометром Бекмана с ценой деления шкалы 0,01^оС в диапазоне измерения температуры 5°С.

После стабилизации температуры системы через специальные токовводы, имеющиеся в бомбе, внутрь последней подают ток и навеску топлива сжигают. Начиная с этого момента ведут отсчет температуры воды по термометру через каждые 30 с. По полученным записям температуры системы калориметра с находящейся в ней бомбой и известным массам и другим калорическим свойствам системы вычисляют общее количество выделившегося тепла, т.е. теплоту сгорания топлива.

В качестве контрольного вещества для определения теплоемкости калориметра используют химически чистую бензойную кислоту, теплота сгорания которой точно известна.

Этим методом определяют высшую и низшую теплоту сгорания топлива.

Высшая теплота сгорания получается расчетом на основании результатов измерений в течение опыта, учитывая при этом все тепло, выделившееся в бомбе и отданное в систему калоримет­ра, включая тепло конденсации образующихся при горении водяных паров.

В реальных условиях использования топлив водяные пары, образующиеся от окисления водорода, не конденсируются, и их тепло не используется. Поэтому низшей теплотой сгорания считают разницу между высшей теплотой сгорания и теплом конденсации образующихся при горении водяных паров:

где и – соответственно низшая и высшая теплоты сгорания, кДж/кг; Н; W – содержание водорода и растворенной воды в испытуемом топливе, %(мас.).

Экспериментальное определение теплоты сгорания углеводородных газов также проводят с помощью калориметра, но методика опыта в этом случае отличается, и она рекомендована другим стандартом (ГОСТ 10062).

Теплота сгорания – величина аддитивная, поэтому если известен углеводородный состав (например, природного или попутного газа), теплоту сгорания можно найти как сумму теплот сгорания этих углеводородов (берутся по справочным табли­цам), умноженных на их объемные доли в смеси. В таблице 4.7.1 приве­дены значения теплот сгорания для наиболее употребляемых видов топлив:

Таблица 4.7.1

Теплота сгорания горючих газов

Газ	Молярная		Массовая		Объёмная
	QВ кДж/моль	QН кДж/моль	QВ кДж/кг	QН кДж/кг	QВ кДж/м3	QН кДж/м3
Метан СН4	800952	800931	55546	49933	40157	35756
Этан С2Н6	1560955	1425790	52019	47415	69685	63652
Пропан С3Н8	2221497	2041497	50385	46302	99173	91138
i-Бутан С4Н10	2873580	2648361	51222	47208	128284	118230
н-Бутан С4Н10	2880405	2655060	51344	47327	128500	118530
н-Пентан С5Н12	3539145	3274401	49052	45383	158000	146178

Очень важное значение при тепловых расчётах имеют такие характеристики горючих газов, как жаропроизводительность (t_Ж) и калориметрическая температура горения (t_К). t_К отличается от t_Ж тем, что в расчёте применяются действительные значения температур газа, воздуха и коэффициента избытка воздуха. Следовательно, t_К имеет прямую зависимость от теплоёмкости и температуры газа – чем выше указанные параметры, тем выше t_К. В табл. 4.7.2 даны некоторые значения t_Ж^оС.

Таблица 4.7.2.

Жаропроизводительность (в сухом воздухе) некоторых газов

Газ	Метан	Этан	Пропан	н-Бутан	н-Пентан
tЖоС	2045	2100	2110	2120	2120