5.2. Энтальпия продуктов сгорания

Энтальпия продуктов сгорания рассчитывается на 1 кг твердого или жидкого либо на 1 м³ газообразного топлива и складывается из энтальпии теоретических продуктов сгорания, энтальпии избыточного воздуха и энтальпии золы, кДж/кг (кДж/ м³):

. (5.26)

Энтальпия продуктов сгорания выше энтальпии воздуха на 15-20% из-за присутствия в них трехатомных газов (СО₂, SO₂, H₂O), обладающих высокой теплоемкостью.

Энтальпия теоретического количества продуктов сгорания при температуре t , ºС, может быть рассчитана так, кДж/кг (кДж/ м³):

. (5.26)

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха, кДж/кг (кДж/ м³):

. (5.27)

Энтальпия золы, кДж/кг (кДж/ м³):

(5.28)

где  доля уносимой золы учитывается, если приведенная величина уноса золы из топки (% кг)/МДж.

Все формулы для подсчета энтальпий относятся к случаю полного сгорания, но с достаточной для расчетов точностью они применимы при наличии химической неполноты сгорания, значение которой не превышает нормативного для этих топлив.

Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, воспринимается продуктами сгорания, которые нагреваются до определенной температуры. В реальных условиях не вся теплота идет на нагрев продуктов сгорания: часть передается теплообменным поверхностям, часть теряется в окружающую среду, а при высоких температурах часть теплоты затрачивается на диссоциацию продуктов сгорания. При атмосферном давлении и t = 1500 С степень диссоциации СО₂ составляет 0,8 %. Далее с повышением температуры она быстро возрастает, достигая 4 % при температуре 2000 ºС и 19 % при 2500 ºС.

Температуру горения для реальных условий можно определить из теплового баланса горения:

. (5.29)

где  располагаемая теплота топлива; и  физическая теплота топлива и воздуха соответственно;   теплота, отданная теплообменными поверхностями в окружающую среду;   теплота, затраченная на диссоциацию. Подставляя в выражение значение энтальпии продуктов сгорания и преобразуя его, получим выражение для расчета

температуры горения

. (5.30)

Максимальное значение температуры получим при условии , т. е. в адиабатных условиях. Температура горения, получаемая в адиабатных условиях, называется теоретической температурой горения. Расчетное определение температуры горения осложнено зависимостью теплоемкости и теплоты диссоциации от температуры и возможно лишь с использованием ЭВМ. Значения энтальпий продуктов сгорания всех видов топлив, рассчитанные с учетом теплоты диссоциации и зависимости теплоемкости продуктов сгорания от температуры, приведены таблицах нормативного метода расчета котельных установок [6]. Для определения теоретической температуры горения можно использовать метод итераций или графический. В последнем случае строят график зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры для различных значений коэффициента избытка воздуха (рис. 5.2). Откладывая по оси ординат значение располагаемой теплоты топлива, графически определяют теоретическую температуру горения при заданном коэффициенте избытка воздуха.

Рис. 5.2. Зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры: цифры у кривых – коэффициент избытка воздуха