Тепловым эффектом реакции горения, или теплотой сгорания
топлива, называется количество тепла, выраженное в ккал или МДж, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м3 газа при температуре ОоС и давлении 0,1013 МПа (760 мм рт. ст.). В общем случае теплоту сгорания топлив определяют экспериментально с помощью калориметра.
Различают высшую Qв и низшую Qн теплоту сгорания топлива. Высшая теплота сгорания соответствует условиям, при которых водяные пары, образующиеся при реакциях горения, доводятся за счет охлаждения до жидкого состояния (например, в низкотемпературных контактных нагревателях воды). В практических условиях сжигания топлив водяные пары, содержащиеся в продуктах сгорания, как правило, не конденсируются и вместе с ними отводятся в атмосферу.
Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или 1 м3 газового топлива, за вычетом тепла парообразования водяных паров, образующихся при горении, называется низшей теплотой сгорания.
|
|
Соотношене между высшей и низшей теплотой сгорания можно написать в следующем виде:
Qнр = Qвр – GH2Оλп,
где GH2О - масса влаги, содержащейся в 1 кг топлива, и влаги, образующейся в результате горения водорода топлива,
GН2О = 0,01(9Нр + Wр),
а λп – теплота парообразования, условно принимаемая равной 2,51 МДж/кг.
При отсутствии опытных данных для приближенного расчета (с достаточной для технических расчетов точностью) теплоты сгорания твердого и жидкого топлива Qнр, МДж/кг, пользуются формулой Д.И. Менделеева:
Qнр = 0,339 Ср + 1,03Нр – 0,109 (Ор – Sор+пр) – 0,025Wр,
или в ккал/кг
Qнр = 81Ср + 246Нр – 26(Ор – Sор+пр) - 6Wр,
в которой коэффициенты подобраны экспериментально и несколько отличаются от теплот сгорания отдельных горючих элементов, входящих в состав топлива.
.Низшую теплоту сгорания сухого газообразного топлива в МДж/м3 при отсутствии экспериментальных данных определяют как сумму теплот сгорания горючих газов, входящих в его состав, по формуле:
Qнс = 0,01(QCН4СН4 + QC2Н6С2Н6 + QС3Н8С3Н8 + QС4Н10С4Н10 + …),
где СН4, С2Н6 и т.д. – содержание горючих газов в сухом газовом топливе, в % по объему;
QСН4, QC2Н6 и т.д. – низшая теплота сгорания соответствующих газов, МДж/м3.
Значения высшей теплоты сгорания для твердого и жидкого топлива приведены в табл.1.1. Высшая и низшая теплоты сгорания газов, входящих в состав газообразного топлива, приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.1
|
|
Элементарный химический состав горючей массы различных видов твердого и жидкого топлива и их теплота сгорания
Топливо | Состав горючей массы, % | Высшая теплота сгорания | |||||
Сг | Нг | Ог | Nг | Sгор+пэ | МДж/кг | ккал/кг | |
Древесина | 51 | 6 | 42,6 | 0,5 | - | 18,86-20,1 | 4500-4800 |
Торф | 58 | 6 | 33 | 2,5 | 0,5 | 21,4-24,7 | 5100-5900 |
Бурый уголь | 64-77 | 4-6 | 15-25 | 1 | 0,5-7,5 | 26,4-30,2 | 6300-7200 |
Каменный уголь длиннопламенный | 75-80 | 5-6 | 10-16 | 1,5 | 0,5 -7 | 31,4-34,8 | 7500-8300 |
Каменный уголь тощий | 88-90 | 4-4,5 | 3-4 | 1,5 | 1-3 | 34,4-36,45 | 8200-8700 |
Антрацит | 90-93 | 2-4 | 2-4 | 1 | 0,5-2 | 33,7-35 | 8050-8350 |
Горючие сланцы | 60-75 | 7-9 | 10-17 | 1 | 5-15 | 29,3-37,7 | 7000-9000 |
Мазут | 86-88 | 10-10,5 | 0,5-0,8 | 0,5-0,8 | 0,5-3 | 44-46,1 | 10500-11000 |
Таблица 1.2.
Характеристика индивидуальных газов, входящих в состав газообразного топлива
Газ | Химиче-ская фор-мула | Молекуляр ная масса | Плот-ность, кг/м3
| Теор.объем возд. для горе- ния, м3/м3 | Теор. объ- ем прод. горения, м3/м3 | Теплота сгорания, МДж/м3 | |
Выс шая | Низ шая | ||||||
Метан | СН4 | 16,04 | 0,717 | 9,52 | 10,52 | 39,6 | 35,82 |
Этан | С2Н6 | 30,07 | 1,342 | 16,66 | 18,16 | 69,75 | 63,75 |
Пропан | С3Н8 | 44,09 | 1,967 | 23,80 | 25,80 | 99,3 | 91,40 |
Бутан | С4Н10 | 58,12 | 2,598 | 30,93 | 33,44 | 128 | 118,0 |
Пентан | С5Н12 | 72,15 | 3,219 | 38,08 | 41,08 | 158,2 | 146,0 |
Этилен | С2Н4 | 28,05 | 1,260 | 14,28 | 15,28 | 63,0 | 59,07 |
Пропи- лен | С3Н6 | 42,09 | 1,915 | 21,42 | 22,92 | 92,10 | 86,01 |
Бутилен | С4Н8 | 56,10 | 2,503 | 28,56 | 30,56 | 121,12 | 113,20 |
Бензол | С6Н6 | 78,11 | 3,485 | 35,70 | 37,20 | 146 | 140,0 |
Ацети- лен | С2Н2 | 26,04 | 1,173 | 11,90 | 12,40 | 58,0 | 56,00 |
Окись углерода | CО | 28,01 | 1,250 | 2,38 | 2,88 | 12,58 | 12,64 |
Водород | Н2 | 2,02 | 0,090 | 2,38 | 2,88 | 12,72 | 10,80 |
Сероводород | Н2S | 34,08 | 1,539 | 2,38 | 3,38 | 25,85 | 23,65 |
Диоксид серы | SО2 | 64,06 | 2,926 | - | - | - | - |
Азот | N2 | 28,02 | 1,250 | - | - | - | - |
Кисло род | О2 | 32,00 | 1,428 | - | - | - | - |
Диоксид углерода | СО2 | 44,01 | 1,977 | - | - | - | - |
Расход воздуха для горения топлива