Теплота сгорания топлива

Одной из самых важных теплотехнических характеристик топлива является его теплотворная способность. Всякая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением тепла и соответственно называется экзотермической или эндотермической. Химические реакции, протекающие в процессах горения, преимущественно сильно экзотермические, некоторые реакции, как, например, реакции восстановления углекислоты, являются эндотермическими.

Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании единицы массы данного топлива зависит от того, в паровом или жидком состоянии находится влага в продуктах сгорания. Если водяной пар сконденсируется и вода в продуктах сгорания будет находиться в жидком виде, то тепло парообразования освободится и тогда количество тепла, выделяющегося при сгорании единицы массы топлива, получается больше.

Определение. Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газового топлива, при условии, что образующиеся водяные пары в продуктах сгорания конденсируются, называется высшей теплотой сгорания Qв [ккал/кг, ккал/м³ ] топлива.

В условиях температур и парциального давления Н₂0 на всем протяжении

газового тракта парогенератора водяные пары, содержащиеся в продуктах сгорания, не конденсируются и вместе с ними отводятся в атмосферу. Следовательно, некоторая часть тепла, выделившегося при сгорании затрачивается на образование водяного пара и не может быть использована в парогенераторе. Поэтому теплота сгорания получается меньше освобождающейся при горении химической энергии топлива.

Определение. Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или 1 м^3 газового топлива, за вычетом тепла парообразования водяных паров, образующихся при горении, называется низшей теплотой сгорания топлива Qн [ккал/кг, ккал/м³ ].

Низшая является практической расчетной величиной, отличающейся от первой тем, что влага, выделившаяся при сгорании топлива, находится в продуктах сгорания в виде водяных паров, на образование которых затрачивается часть тепла топлива. Таким образом низшую теплоту сгорания можно определить вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в топливе, так и образовавшихся при его сжигании. Между низшей и высшей теплотворной способностью рабочего топлива существует следующее соотношение

Qн = Qв - 6 * (9 Н^р + W^р ), где

600 ккал/кг – теплота испарения влаги, Н^р, W^р - процентное содержание водо-

рода и влаги в топливе. Множитель 9 указывает, что при сгорании 1кг водорода образуется 9 кг воды. Это же соотношение в единицах измерения системы СИ:

Qн = Qв - 2514 * (9 Н^р + W^р ), где

2514 дж/кг – теплота испарения влаги.

Для возможности сравнения между собой работы котельных установок, сжигающих различные топлива и облегчения планирования потребления топлива введено понятие об условном топливе, теплотворная способность рабочей массы которого принята равной 7000ккал/кг (29,33 МДж/кг). Соответственно этому для каждого топлива установлен свой тепловой эквивалент, определяемый из выражения

η_т = Qн/7000.

Для перевода массы рабочего топлива в условное надо помножить массу рабочего топлива на его тепловой эквивалент:

Мус = η_т * М [кг]

Теплотворная способность топлива обычно определяется лабораторным способом. Теплотворная способность твердых и жидких топлив определяется в калориметрической бомбе, а газообразных в калориметре Юнкерса. Теплотворная способность по бомбе Qб немного больше значения высшей теплотворной способности рабочего топлива. Второй метод определения теплотворной способности является расчетным. Он производится с использованием эмпирических формул. Эта формулы Дюлонга, Менделеева, Фондрачека. Кноре.

Эмпирическая формула Менделеева для определения низшей теплотворности топлива имеет следующий вид:

Qн= 339,5 С^р + 1256 Н^р – 109 (О^р-S^р) – 25.14 (9 Н^p+W^р) [Дж]

или

Qн= 81 С^р + 246 Н^р – 26 (О^р-S^р) – 6 W^р) [ккал/час].