Теплота сгорания топлива.

Теплотой сгорания топлива называют количество тепла в килоджоулях, выделяемое при полном сгорании 1кг твёрдого (жидкого) топлива или 1 куб. м газообразного топлива.

Различают теплоту сгорания топлива высшую Q (кДж/кг) и низшую Q (кДж/кг).

Величины высшей и низшей теплоты сгорания рабочей массы топлива связаны выражением:

(1.6.)

Тепловые расчёты котельных агрегатов выполняют, пользуясь низшей теплотой сгорания топлива (рабочей массы).

Низшая теплота сгорания рабочей массы для твёрдого и жидкого топлива:

(1.7.)

Для газообразного топлива (кДж/м ):

(1.8.)

Пересчёт низшей теплоты сгорания с горючей массы на рабочую и обратно производится по формулам:

; (1.9.)

; (1.10)

Для твёрдого и жидкого топлива высшая теплота сгорания горючей массы (кДж/кг):

; (1.11.)

Пересчёт низшей теплоты сгорания топлива при изменении влажности производится по формуле:

(1.12.)

Для смеси двух твёрдых, жидких или газообразных топлив низшая теплота сгорания:

(1.13.)

где – массовая доля одного из топлив смеси; – низшая теплота сгорания одного вида топлива в смеси, кДж/кг (кДж/м ); – низшая теплота сгорания второго вида топлива в смеси, кДж/кг (кДж/м ).

Для сравнения тепловой ценности различных видов топлива пользуются понятием условного топлива.

Перерасчет расходов натурального топлива на условное осуществляется по формуле:

В = В * Э ; (1.14.)

где Э – тепловой эквивалент топлива; В_ут – соответственно расходы условного и натурального топлива, кг/с.

тепловой эквивалент топлива

(1.15)

где 29300 – низшая теплота сгорания условного топлива, кДж/кг.

4 Горение газообразного топлива

Общие положения

К газообразному топливу, которое широко применяет­ся в промышленности и быту, относится природный газ газовых и газоконденсатных месторождений. Углево­дороды метанового ряда, входящие в состав природного газа, склонны к термическому разложению. Температу­ра термического разложения углеводородных газов не­сколько выше температуры воспламенения газа. Поэтому при хорошем смесеобразовании, когда все молекулы го­рючего вступают в контакт с необходимым для полного горения количеством молекул окислителя, горение про­текает до начала термического разложения углеводо­родных соединений их пиролиз не происходит.

Если же количества окислителя недостаточно для полного окисления газа (α < 1) или смесеобразование организовано плохо, то часть молекул газа, не имея контакта с молекулами окислителя, в зоне высоких температур подвергается термическому разложению с образованием более легких соединений и атомов угле­рода. Например, разложение метана происходит по реакции

СН₄ С + 2Н₂.

Атомы углерода, имея четыре свободные связи (ва­лентности), отдельно не существуют и соединяются между собой, образуя твердые кристаллы графита — сажистые частицы углерода. Горение твердых час­тиц сажи протекает медленно, в результате чего оно затягивается и протекает с потерями теплоты в виде не­догоревших частиц сажи. Количество сажи, которое мо­жет образоваться при термическом разложении углево­дородного газа, зависит от отношения содержания уг­лерода к водороду в топливе. Для газообразных топлив, состав которых выражен в процентах по объему су­хого газа, отношение С/Н определяют по составу газа с учетом молекулярных масс углерода (12) и водорода (1):

где т и п — количество атомов углерода и водорода в углеводородном соединении; С_mН_n — содержание отдельных углеводородных соединений в газообразном топливе, % (для природных газов С/Н = 3,0...3,2).

Если нагревание природного газа происходит в воз­душной среде, то под действием кислорода метан сравни­тельно легко распадается с образованием неустойчи­вого радикала СН₃ и атомарного водорода:

СН₄ СН₃+H.

Освободившийся при этом атом водорода реагирует с молекулой кислорода, в результате чего образуется гидроксильная группа ОН и атомарный кислород: Н + О₂ ОН + О.

Затем возможны или дальнейшее отщепление водорода от группы СН₃ с образованием СН и его взаимодействие с гидроксилом, в результате которого образуется не­устойчивый формальдегид

СН ОН = НСНО,

или соединение радикала СН₃ с гидроксилом, сопровож­дающееся появлением сравнительно неустойчивого ме­тилового спирта

СН₃ + ОН = СН₃ОН,

при окислении которого также образуется формальдегид

СН₃ОН + О НСНО + Н₂O.

Образование формальдегида может протекать также в результате окисления СH₃:

СН₃ + О, HCHO + OH.

Формальдегид легко распадается на оксид углерода (II) и водород

HCHO CO + H₂

или окисляется с образованием, СО₂, и Н₂О

НСНО + О₂ = СО₂ + Н₂О.

Таким образом, при нагревании углеводородных со­единений в атмосфере со свободным кислородом образо­вания сажистого углерода не происходит, что благо­приятствует полному сжиганию газа.

Для ввода газа и воздуха в зону горения и образова­ния горючей смеси применяют специальные устройства — горелки. В зависимости от способа образования горючей

смеси различают сле­дующие принципы горе­ния газа: горение пред­варительно подготовлен­ной однородной смеси горючего с воздухом; го­рение при раздельной подаче в зону горения горючего и воздуха; го­рение при предваритель­ном смешении газа с частью необходимого для горения воздуха; горение при незавершенном предвари­тельном перемешивании газа со всем необходимым для горения воздухом.

По аэродинамическим характеристикам газовоздуш­ного потока в зоне горения различают ламинарное и турбулентное горение. В промышленных установках, как правило, осуществляется турбулентное горение га­за. Однако пульсации и вибрации турбулентного пламе­ни значительно затрудняют его исследование. Поэтому вначале рассмотрим ламинарное горение, изучение кото­рого позволяет выявить основные закономерности горе­ния, сохраняющиеся и при турбулентном горении.