Теплота сгорания топлива

Теплотой называют то количество теплоты , кДж, которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или 1 м³ газообразного топлива.

В зависимости от агрегатного состояния влаги в продуктах сгорания различают высшую и низшую теплоту сгорания. Если в продуктах сгорания влага находится в жидком виде, то теплота сгорания будет высшей: Q_B; при парообразном состоянии влаги теплота сгорания будет низшей: Q_H.

Влага в продуктах сгорания жидкого топлива образуется при горении водорода , а также при испарении начальной влаги топлива . В продукты сгорания попадает также и влага воздуха, использованного для горения. Однако ее обычно не учитывают. При содержании в топливе кг водорода при горении образуется кг влаги. При этом в продуктах сгорания содержится кг влаги. На превращение 1 кг влаги в парообразное состояние затрачивается ~2500 кДж теплоты. Если конденсация паров воды не произойдет, то теплота, затраченная на испарение влаги, не будет использована. В этом случае получим низшую теплоту сгорания. Обычно в печах температура газов значительно выше температуры конденсации водяных паров. Поэтому основной характеристикой топлива будет низшая теплота сгорания.

Теплота сгорания (в кДж) может быть отнесена к любой массе топлива, но чаще всего ее относят к рабочей массе.

Можно записать, что

.

В этой формуле содержание и выражено в процентах, поэтому сомножитель перед скобками уменьшен в 100 раз. Аналогичным образом можно выразить разницу между высшей и низшей теплотой сгорания газообразного топлива.

Существует два метода определения теплоты сгорания: экспериментальный и расчетный.

При экспериментальном определении теплоты сгорания навеску топлива сжигают в приборах, называемых калориметрами. Теплота, выделяющаяся при горении топлива, поглощается водой. Зная массу воды, по изменению ее температуры можно вычислить теплоту сгорания. Достоинство метода — его простота. Для определения теплоты сгорания по этому методу достаточно иметь данные технического анализа.

При использовании расчетного, более быстрого метода теплоту сгорания определяют по формулам, но для этого нужны данные элементарного анализа. Существует большое число формул, но для жидкого и твердого топлива чаще используют формулу Д. И. Менделеева:

кДж/кг,

где — соответственно содержание углерода, водорода, кислорода, серы и влаги в рабочем топливе, %.

Формула учитывает тот факт, что небольшая часть углерода и водорода находится в топливе в соединении с другими элементами, образуя негорючие соединения.

Формула для определения теплоты сгорания газообразного топлива построена по такому же простому принципу, что и формула Д. И. Менделеева. Ею суммируются количества теплоты, выделяющейся при горении отдельных составляющих топлива. Естественно, что количество выделившейся теплоты зависит не только от величины теплового эффекта реакции горения того или иного компонента, но и от его количества в топливе. Поэтому в правой части формулы находятся члены, представляющие собой произведение теплового эффекта реакции горения на содержание газа в топливе в процентах.

Для газообразного топлива теплота сгорания, кДж/м³

Если в природном газе содержится до 3 % (непредельных углеводородов неизвестного состава), то их можно принять за этилен . Поэтому в формулу будет входить слагаемое 590 .

В коксовом газе состав непредельных углеводородов сложнее. Они имеют повышенную теплоту сгорания. Поэтому при их содержании до 3 % в формулу вводят слагаемое 710 .

Значение теплоты сгорания газа, вычисленное по формуле, немного меньше значения, определенного с помощью калориметра. При вычислениях по формуле не учитывается наличие в газах смол и паров жидких углеводородов.

Различные топлива имеют различную теплоту сгорания. Для нормирования и учета расхода топлива используют понятие условного топлива.

Условным принято называть топливо с низшей теплотой сгорания (29310 кДж/кг). Для перевода любого топлива в условное следует разделить его теплоту сгорания на 29310 кДж/кг, т. е. найти эквивалент данного топлива: для мазута он равен 1,37—1,43, для природных газов 1,2—1,4.