Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива, это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объема топлива. Говоря о теплоте сгорания, необходимо различать высшую QВ и низшую Qн теплоту сгорания.
Продукты горения топлива содержат пары воды, которые либо конденсируются, либо остаются в парообразном состоянии.
Высшая теплота – сгорания топлива соответствует условию охлаждения продуктов горения до 0 ᴼ С и конденсации водяного пара, которая сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования.
Низшая теплота – сгорания топлива соответствует условию, при котором продукты горения имеют высокую температуру, а вода остается в парообразном состоянии. Теплоту испарения 1 кг воды в теплотехнических расчетах принимают равной 2500 кДж. Разница между Qd и Qн составляет 25 кДж/кг воды.
В технике в большинстве случаев используют низшую теплоту сгорания. Это объясняется тем, что температура горения топлив, уходящих из различных нагревательных устройств, выше температуры конденсации водяных паров. Формула пересчета QВ на Qн может быть использована для любого вида топлива:
QВ — Qн = 25(Wp + 9Hp), кДЖ/кг,
Где Wp и Hp – в %.
Связь теплоты сгорания топлив с их элементарным составом и расчет теплоты сгорания топлив по их составу
Теплота сгорания любого топлива представляет собой сумму теплоты сгорания элементов и соединений, составляющих данной топливо. Поэтому для расчета теплоты сгорания необходимо знать состав топлив и теплоту сгорания элементов и соединений, составляющих их.
Для всех видов твердого и жидкого топлив можно использовать формулу Д.И. Менделеева
Qрн = 329 Ср + 1256Нр – 109 (0р – Sр) – 25 (Wp + 9Hp), кДж/кг.
Индекс «р» указывает на то, что в формулу следует подставлять содержание С, Н, О, S и W (%), пересчитанное на рабочую массу. Эмпирические коэффициенты учитывают энергию связи между элементами.
Теплоту сгорания газообразных топлив подсчитывают суммированием тепловых эффектов реакций горения:
Qн = 126СО + 108Н2 + 358СН4 + 590С2Н4 + 638С2Н6 + 913С3Н8 + 1187С4Н10 + 234Н2S, кДж/м3,
Где, СО, Н2, СН4, С2Н4, С2Н6, С3Н8, С4Н10, Н2S – содержание их в сухом газообразном топливе, об. %.
Теплоту сгорания топлив экспериментальным путем определяют в калориметрах. При этом теплота, выделяющаяся при горении топлива, поглощается средой, свойства которой хорошо изучены. Такой средой чаще всего служит вода.
В технике количество топлива принято измерять количеством условного топлива. Условным считается топливо, теплота сгорания которого 29 300 кДж/кг. Приблизительно такую теплоту сгорания имеет коксовый уголь Донецкого бассейна.
Реальное топливо переводят в условное с помощью теплового эквивалента. Тепловой эквивалент представляет собой частное от деления теплоты сгорания реального топлива на теплоту сгорания условного топлива.
Например, если теплота сгорания данного топлива составляет 27 400 кДж/кг, то это соответствует 27 400:29 300 = 0,94 кг условного топлива, т.е. в данном примере тепловой эквивалент равен 0,94.
Поведение топлива при нагреве без доступа воздуха
Процесс горения топлив всегда связан с их нагревом. Условия сжигания топлив выбирают в зависимости от поведения топлив при нагреве. При нагреве некоторых топлив изменение их агрегатного состояния (плавление, испарение) не сопровождается изменением структуры молекул топлива; для других топлив нагрев сопровождается изменением структуры молекул; происходит разрушение неустойчивых молекул с образованием новых, устойчивых при данной температуре.
Принято разделение топлив по отношению к нагреву без доступа воздуха на теплоустойчивые и теплонеустойчивые.
К теплоустойчивым топливам относятся чистый углерод ( температура плавления свыше 3000 ᴼ С), водород и оксид углерода СО.
Углеводородные топлива обладают ограниченной теплоустойчивостью. К ним относятся, в частности, природный газ, нефть и продукты ее переработки.
Практический интерес представляет поведение каменных углей при нагреве без доступа воздуха, как это имеет место при коксовании каменных углей. По мере повышения содержания углерода в каменном угле температура его термического разложения повышается.
При нагреве угли претерпевают не только химические, но и физические изменения. Это выражается в том, что, например, битумы, входящие в состав некоторых сортов угля, при нагреве до температуры 400 – 700 ᴼС плавятся и переходят в пластическое состояние.
При дальнейшем повышении температуры битумы опять переходят в твердое состояние. Угли, содержащие плавящиеся битумы, называют спекающимися. Угли, не содержащие битумов, плавящихся при нагреве, называют неспекающимися.
На способности угля спекаться основано получение металлургического кокса.
Используемая литература:
«Печи и сушила Литейного производства», Г.П. Долотов, Е.А. Кондаков.
