Котельные установки

ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА. УСЛОВНОЕ ТОПЛИВО

Горючие элементь1.топдива—углеродт.-в)эдарод--и. хе-ра—..1Нах0Дяхся в составе горючей.-лдд^хы-хошшва^1Еложных соединениях, что пАка._Н£— ПозволяЕт рАссчитать теплоту сгорания топлива* Определение теплоты сгорания‘любого вида топлива осуществляют опытным путем — кало­риметром (рис. 1-2).

Калориметр состоит из металлического сосуда, заполненного водой (рис. 1-2,а) и сосуда-бомбы (рис. 1-2,6), внутри которой находится исследуемое топливо. Полость сосуда-бомбы заполняется кислородом под давлением 2—3 МПа (20—30 кгс/см2). Если сжечь топливо, воспламенив его электрическим током, то по повышению темпе­ратуры воды в сосуде 5, измеряемой термометром (рис. 1-2,в), можно найти количество выделившейся теплоты, отданной продуктами сгорания. Используя несколько иную кон­струкцию калориметра, таким же путем можно найти теплоту сгорания газообразного топлива, если знать количество сгоревшего газа и теплоту, отданную продуктами горе­ния воде.

Принято различать Высшую и низшую теплоту сгора­ния топлива. Высшая отличается от низшей количеством теплоты, выделяемой при конденсации водяных паров, входящих в состав про­дуктов сгорания топлива.' Полученная в калориметре величина теплоты сгорания топлива отличается от высшей на значение теплоты образо­вания в бомбе азотной и серной кислоты, она ее учитывает также на­грев самого калориметра и его теплообмен с окружающей средой.

Поэтому теплоту сгорания топлива, полученную в бомбе калори­метра, называют Теплотой сгорания по бомбе и для получе­ния высшей теплоты сгерания, кДж/кг или икал/кг, вводят указанные поправки:

<гев=Об-945рл-0,0042<гб или <2РВ=<26 - 22,58рл - 0,001 <2б. (МО)

В формуле:

94 или 22,5 5гл — количество теплоты, выделяющееся в результате образования и растворения в воде окислов серы, кДж/0,01 кг или ккал/0,01 кг содержания горючих соединений серы в топливе, %;

0,0042 или 0,001 фб — количество тепла, кДж/кг или ккал/кг, условно принимаемое за счет выделения теплоты при образовании азотной кислоты.

Связь между высшей и низшей рабочей теплотой можно устано­вить, если принять значение величины теплоты испарения воды равной 2520 кДж/кг или 600 ккал/кг.

Количество теплоты, потребной для испарения воды из топлива, кДж/кг или ккал/кг, можно найти из выражения

<3 = 2520 ^+^==25,2(9№+1П,

ИЛИ

600 (тж+м>) =6(9№+Гр),

Так как при окислении одной массовой части водорода получается девять массовых частей воды.

А — калориметрическая установка: / — оболочка (кожух); 2— привод, к мешалке; 3 — ме­шалка; 4 — калориметрическая бомба; 5 — калориметрический сосуд; 6^ лупа; 7 —электро­щиток с мотором, трансформатором, реостатом и выключателями; 8 — пресс для брикети­рования топлива; 9 — брикет топлива; /0 — нить для запала; 11 — зажим верхний; /2 — за­жим нижний; 13 — установка для зарядки бомбы кислородом; б —. калориметрическая бом­ба: 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — тигель (чашечка); 4 — топливо; 5■ свинцовая прокладка; 6 — изоляционные прокладки; 7 — сальники; в —запорные вентили; 9 — канал для наполне­ния бомбы кислородом; 10 — канал для выпуска газов из бомбы; И — клеммы (электриче - ю ские контакты); /2 — зарядная трубка; 13 — токоведущий штифт; 14 — кольцо; в —термо - 04 метр переменного наполнения ртутью.

Низшая теплота сгорания, кДж/кг или ккал/кг, рабочего топлива

(2Рн = (2Рв_25,2(9Нр+1П.

Или

<2РН = <ЭРВ-54НР-6ГР. (1-11>

Из изложенного видно, что 'высшей теплотой сгорания топлива фРв называют количество теплоты, выделяемой 1 кг (или м3) топлива при пдлном его сгорании и условии, что образующиеся при сгорании топ­лива водяные пары сконденсировались.

Низшей теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, выделяемой 1 кг (или м3) топлива за вычетом количества теплоты, необ­ходимой для испарения влаги.

Аналогично теплота сгорания сухой массы топлива, кДж/кг ил» ккал /кг, будет:

?. = <?. 0-‘2>

Горючей массы, кДж/кг или ккал/кг,

<2гн—<2рн 1оо—1рр—лр • (1-13>

И используя коэффициенты из табл. 1-2, можно сделать пересчет для - любого состава массы топлива.

Например, для топлива, содержащего только гигроскопическую влажность, теплота сгорания, кДж/кг или ккал/кг, будет:

<грга=(<грн+^р)

ИЛИ

Ррги=(Зрн+-щЕ^т - 6^гн-

В табл. 1-3 даны величины теплоты сгорания некоторых твердых топлив, а в табл. 1-4 — жидких топлив.

26

/

Если считать, что элементы, входящие в состав твердого или жид­кого топлива, находятся в механической смеси, то в первом приближе­нии, принимая, что при полном сгорании 1 кг углерода выделяется 340 кДж (8100 «кал), водорода 1030 .кДж (24 600 «кал) и серы 109 кДж (2600 ккал), можно написать выражения для ориентировоч­ного подсчета низшей теплоты сгорания 1 .кг твердого или жидкого топ­лива, кДж/кг или ккал/кг: у

<2ря=340Ср + 1030Нр - Ю9(Ор-8рл) — 25.21Р.

Д. И. Менделеев придал этому выражению следующий вид:

<2*н = 81 Ср+246НР — 26 (Ор - 8РЛ) - 6«7р.

Теплота сгорания газообразного топлива, кДж/(М3 (искал/м3), мо­жет быть найдена с помощью калориметра или определена расчетом, если известно (процентное содержание отдельных газов, входящих в со­став 1 м3 данного топлива:

(2е, = 0,01 (СгсоСО + <эн Нг + <ЭН18Нг8 + <2С1и СН4 +

+ <гСан. СгН. + - + <ЭС н СпНт). (1-15)

Пт

В формуле:

(} — теплота сгорания данного газа, входящего в состав топлива, кДж/ м3 или икал /м3;

СО, Нг, Н28, СН4, СгНв и т. д.—содержание соответствующего га­за по объему, % •

Теплота сгорания газов, входящих в состав газообразного топлива, может быть взята из табл. 1-5.

Если газообразное топливо содержит влагу, то теплоту сгорания ■сухого топлива, «Дж/м3 (ккал/м3), пересчитывают на рабочее топливо по формуле

ЛР ---- ПС 100 Ц7Р

V н Чв 100 •

Приведенные выше формулы для определения теплоты сгорания газообразного топлива даны для нормальных условий; при действи-

Тельных условиях — давлении Р, Па (мм рт. ст.), и температуре І, °С, отличающихся от нормальных, в величину теплоты сгорания вводят По­правку на действительное давление и температуру:

(1-16)

Для сравнительной оценки количества золы, влаги и серы, вноси­мых с топливом в гкотлоагрегат, удобны «приведенные характеристики» топлив, представляющие собой содержание золы (минеральной массы), влаги и серы, отнесенные к 4,19 МДж (1000 ккал) теплоты сгорания топлива, кг• % /МДж (кг• % /ккал):

А?

ДЛЯ ЗОЛЫ Д, р = 1000-фр—;

Для влаги №,ф= 1000 -^р— и серы 8пр= 1000 -щ-.

Учет и планирование топлива ведут в пересчете на Условное топливо, теплота сгорания которого принимается равной 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг). Этой величиной пользуются при суммировании различ­ных топливных ресурсов, сравнении удельных расходов топлива на еди­ницу энергии (выработанной или отпущенной потребителю) и при про­ведении технико-экономических расчетов.

Для пересчета натурального топлива в условное теплоту сгорания натурального топлива <2рн делят на 29,3 МДж/кг или 7000 Ккал/кг, Полученную величину называют Тепловым эквивалентом дан­ного топлива. ■