Теплота сгорания топлива

Состав топлива

Котельное топливо и его характеристики

В котельных установках используется твердое, жидкое и газообразное топливо (угли, дрова, мазуты, природный газ и др.). Наиболее важными характеристиками топлива являются его состав и теплота сгорания.

Состав твердого и жидкого топлива обычно выражается балансовым уравнением вида:

С^Р + Н^Р + S^Р + О^Р +N^Р + А^Р + W^Р = 100%,(1)

Где С – углерод; Н – водород; S – сера; О – кислород; N – азот; А – минеральная часть (зола); W – влага.

Каждый из указанных химических элементов выражается в процентах по массе топлива.

Индекс «р» указывает на состав рабочей массы топлива, т.е. на топливо, которое поступает в котлы. Если топливо не содержит влагу, то его масса называется сухой. При отсутствии в составе топлива влаги и золы масса топлива называется горючей.

Горючими (тепловыделяющими) элементами топлива являются углерод, водород и сера. Остальные элементы составляют балласт топлива, который снижает его энергетическую ценность.

Горючие газы являются смесью метана СН _4, этана С₂Н _6, пропана С₃Н₈, окиси углерода СО, водорода Н₂, сероводорода Н₂S, азота N₂, кислорода О₂, углекислого газа СО₂ и др. Каждый компонент смеси выражается в % по объему смеси.

Теплотой сгорания называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива. Для газообразного топлива за единицу количества топлива принимается 1м³ газа при нормальных физических условиях, т.е. при температуре 0⁰С и давлении 101,3 кПа. Теплота сгорания измеряется в кДж/кг (кДж/ м³) или в МДж/кг (МДж/м³).

Носителем теплоты сгорания являются продукты сгорания, которые содержат различные газы и водяные пары. Чтобы получить теплоту сгорания, продукты сгорания нужно охладить. Если продукты сгорания охлаждать так, чтобы водяные пары полностью превращались бы в конденсат, то полученная от газов теплота называется высшей теплотой сгорания топлива Q^Р_В. (Индекс «р» указывает на сжигание топлива рабочей массы).

Конденсация водяных паров происходит при охлаждении газов ниже, так называемой, «температуры точки росы водяных паров», которая в большинстве случаев равна 40 - 60 ⁰С. Конденсат выделяется на трубах поверхностей нагрева и, соединяясь с окислами серы, кислородом и углекислым газом, образует растворы кислот, активно разрушающие металл. Такая коррозия котельного металла называется «низкотемпературной газовой коррозией». Для обеспечения надежной работы котлов охлаждение продуктов сгорания ведут так, чтобы не было конденсации водяных паров. С этой целью в котел подают воду с такой температурой, чтобы она превышала «температуру точки росы» на 10- 20 ⁰С и более. Поэтому в подавляющем большинстве котлов температура уходящих газов значительно выше «температуры точки росы водяных паров» и составляет 120 – 200 ⁰С.

Теплота, которую газы отдают поверхностям нагрева без конденсации водяных паров, называется низшей теплотой сгорания топлива Q^Р_Н. В зависимости от содержания в топливе водорода и влажности (это источники водяных паров) Q^Р_Н меньше Q^Р_В для жидкого топлива на 7%, для природного газа на 12%, для влажных сортов твердого топлива на 20-25%.

Для сравнения экономичности работы котлов и котельных, нормирования и планирования расходов топлива используется понятие условного топлива. Теплота сгорания условного топлива принимается равной 29, 35 МДж/кг.