Определение высшей и низшей теплот сгорания газообразных топлив и их жаропроизводительности

Теплота сгорания, или теплотворная способность (теплотворность), топлива Q – это количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 моля (кДж/моль), 1 кг (кДж/кг) или 1 м³ топлива (кДж/м³).

Значения объемной теплоты сгорания применяют обычно при расчетах, связанных с использованием газообразного топлива. При этом различают теплоту сгорания 1 м³ газа при нормальных условиях (кДж/м³), т.е. при температуре газа 0 ºС и давлении 1 ата, и при стандартных условиях – при температуре 20 ºС и давлении 760 мм рт.ст.

При анализе топлива и в теплотехнических расчетах приходится иметь дело с высшей и низшей теплотой сгорания. Высшая теплота сгорания топлива представляет собой количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива с образованием CO₂, H₂O в жидком состоянии и SO₂ . К высшей теплоте сгорания близка теплота сгорания, определяемая путем сжигания топлива в калориметрической бомбе в атмосфере кислорода . Незначительное отличие теплоты сгорания в бомбе от высшей теплоты сгорания обусловлено тем, что при сжигании в атмосфере кислорода происходит более глубокое окисление топлива, чем при его сгорании на воздухе. Так, например, сера топлива сгорает в калориметрической бомбе не до SO₂ , а до SO₃, и при сжигании топлива в бомбе происходит образование серной и азотной кислот.

Низшая теплота сгорания топлива представляет собой количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива с образованием CO₂, H₂O в парообразном состоянии и SO₂. Кроме того, при подсчете низшей теплоты сгорания учитывается расход тепла на испарение влаги топлива. Следовательно, низшая теплота сгорания отличается от высшей расходом тепла на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании топлива ().

При подсчете разницы между высшей и низшей теплотой сгорания учитывается расход тепла на конденсацию пара и на охлаждение образующегося конденсата до 0 ºС. Эта разница составляет около 2,51 МДж на 1 кг влаги, т.е. 25 кДж на каждый процент влаги, содержащейся в топливе или образующийся при сгорании водорода, входящего в состав горючего.

При оценке эффективности использования указанных видов топлива существенное значение имеет вопрос о том, какая теплота сгорания принята в расчет- высшая или низшая. Поэтому при сопоставлении данных испытаний котлов и печей, выполненных на основе низшей и высшей теплоты сгорания, необходимо производить соответствующий пересчет и по формуле

кДж/кг.

Теплоту сгорания можно определять двумя путями. Первый из них заключается в непосредственном измерении количества тепла, выделяющегося при сжигании определенного количества исследуемого горючего, т.е. путь экспериментальный. Второй путь основан на том, что эта характеристика вычисляется исходя из теплоты горения горючих составляющих топлива и, следовательно, определяется содержанием последних в горючем. Таким образом, во втором случае требуется знание точного состава топлива и тех тепловых эффектов, какими сопровождаются реакции окисления горючих составляющих.

Подсчет теплоты сгорания газообразного топлива по компонентному составу. Высшую и низшую теплоту сгорания газообразного топлива посчитывают на основе реакций окисления компонентов и стандартных теплот образования веществ по формулам:

= 0,126 CO + 0,128 H₂ + 0,398 CH₄ + 0,695 C₂H₆ + 0,992 C₃H₈ +

+ 1,285 C₄H₁₀ + 1,578 C₅H₁₂ + 0,628 C₂H₄ + 0,921 C₃H₆ + 1,214 C₄H₈ +

+ 1,507 C₅H₁₀ + 1,465 C₆H₆ + 0,255 H₂S МДж/м³. (2.6)

= 0,126 CO + 0,108 H₂ + 0,358 CH₄ + 0,636 C₂H₆ + 0,913 C₃H₈ +

+ 1,206 C₄H₁₀ + 1,461 C₅H₁₂ + 0,590 C₂H₄ + 0,858 C₃H₆ + 1,135 C₄H₈ +

+ 1,411 C₅H₁₀ + 1,403 C₆H₆ + 0,234 H₂S МДж/м³. (2.7)

Для природных и попутных нефтепромысловых газов с высоким содержанием CH₄, включающих помимо метана его гомологи, а также углекислый газ, сероводород и азот, низшую теплоту сгорания можно подсчитать по формуле с округленными коэффициентами:

= 0,358 CH₄ + 0,628 C₂H₆ + 0,921 C₃H₈ + 1,172 C₄H₁₀ +

+ 1,465 C₅H₁₂ + 0,251 H₂S МДж/м³. (2.8)