Теплота сгорания топлива

Наиболее важной характеристикой топлива является теплота сгорания, которой называют количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг): 1 ккал = 4,1868, или 4,19, кДж.

Как указывалось ранее, к горючим элементам в топливе относят углерод С, водород Н и летучую горючую серу S_Л. Элементарно их горение может быть представлено следующими уравнениями:

 

С + О₂ = СO₂; 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О; S + О₂ = SО₂.

 

В процессе горения горючих элементов выделяется следующее количество тепла при сжигании 1 кг:

Углерода – 33,65 МДж (8031 ккал/кг),

Серы – 9 МДж (2172 ккал/кг),

Водорода – 141,5 МДж (33 770 ккал/кг).

 

Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшей теплотой сгорания топлива называют все количество тепла, выделенное при сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива, или 1 м³ газообразного (при нормальных условиях) и превращении водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, в жидкость.

На практике, однако, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания, которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в топливе, так и образовавшихся при его сжигании.

Уравнение связи между высшей и низшей теплотами сгорания твердого и жидкого топлива:

 

Q_н^р=Q_в^р – 25^.(9^.Н^р+W^р), (1.13)

 

где Q_н^р - низшая теплота сгорания, кДж/кг;

Q_в^р – высшая теплота сгорания, кДж/кг;

25 – теплота парообразования при температуре 0°С и атмосферном давлении, кДж/кг;

9 – коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

 

Если известен элементарный состав топлива, то низшая теплота сгорания твердого и жидкого топлива, кДж/кг или ккал/кг, может быть определена по эмпирической формуле, предложенной Д. И. Менделеевым:

 

Q_н^р = 339 · С^р + 1256 · H^р – 109 · (O^р – S_л^р) – 25,14 · (9·Н^р + W^Р). (1.14)

 

Низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м³, может быть определена из выражения:

 

=127^.СО+108^.Н₂+358^.СН₄++590^.С₂Н₄+555^.С₂Н₂+635^.С₂Н₆+913^.С₃Н₈+

+1185^.С₄Н₁₀+1465^.С₅Н₁₂+234^.Н₂S. (1.15)

 

Сама по себе теплота сгорания топлива не влияет на экономичность процесса горения, однако величина теплоты сгорания в значительной степени зависит от содержания в топливе балласта (влаги, золы), влияние которого было рассмотрено выше. По этим причинам теплота сгорания топлива и рассматривается как один из факторов, определяющих экономичность горения.

Путем смешивания топлив разных марок можно значительно повысить экономичность процесса горения.

1 .4.Условное топливо. Температура горения топлива

 

Расход топлива зависит от его теплоты сгорания, которая для различных топлив изменяется в больших пределах. Для сравнения по энергетической ценности и эффективности использования различных сортов топлив введено понятие об условном топливе, которому присваивается теплота сгорания, равная Q_ycл =29,33 МДж/кг (7000 ккал/кг).

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, воспринимается продуктами сго-рания, которые нагреваются до определенной температуры, называемой температурой горения. Различают калориметрическую, теоретическую и действительную температуры сгорания топлива.

Чтобы выявить потенциальные возможности топлива, вводят понятие горения без подогрева топлива и воздуха при идеальном адиабатическом процессе, т. е. горения с теоретическим количеством воздуха, без потерь теплоты и без теплообмена в топочном агрегате и с окружающей средой. Полученная в этих условиях температура продуктов сгорания называется теоретической.

Калориметрическая температура отражает влияние подогрева топлива и воздуха и коэффициента избытка расхода воздуха на температуру адиабатического горения. Повышение температуры подогрева топлива и воздуха увеличивает приход теплоты в зону горения и повышает температуру горения, а увеличение коэффициента избытка воздуха вызывает увеличение объема продуктов сгорания, что понижает температуру горения. Поэтому в зависимости от влияния этих факторов калориметрическая температура может быть выше или ниже теоретической.

Отношение действительной температуры горения топлива к теоретической называется пирометрическим коэффициентом.

 

Контрольные вопросы

 

1 Что такое топливо?

2 По каким критериям классифицируется топливо?

3 Каков состав различных видов топлива?

4 Что подразумевают под горячей и негорючей частью топлива?

5 Как зольность и влажность влияют на теплотехнические свойства топлива?

6 Чем отличается высшая теплота сгорания топлива от низшей?

7 Что такое условное топливо?

8 Что понимают под температурой горения топлива?

9 Чем отличается теоретическая от калориметрической температуры горения?

10 Что понимают под пирометрическим коэффициентом?