63. Низшая и высшая теплота сгорания топлива
Важная теплотехническая характеристика топлива – его удельная теплота сгорания.
Удельной теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы количества вещества топлива.
Различают удельную высшую и низшую теплоту сгорания. Удельная теплота сгорания рабочего топлива с учетом дополнительной теплоты, которая выделяется при конденсации водяных паров, находящихся а продуктах сгорания, называется высшей удельной теплотой сгорания рабочего топлива 
. Это дополнительное количество теплоты можно определить путем умножения массы водяных паров, образующихся от испарения влаги топлива 
/100 и от горения водорода9
/100, на скрытую теплоту конденсации водяного пара, равную примерно 2500 кДж/кг.
Удельная низшая теплота сгорания топлива 
– то количество теплоты, которая выделяется в обычных практических условиях, т.е. когда водяные пары не конденсируются, а выбрасываются в атмосферу.
Таким образом связь между высшей и низшей удельной теплотой сгорания может быть выражена уравнением 
—
= =25(9
).
64. Условное топливо.
Топливом называется любое вещество, которое при сгорании (окислении) выделяется значительное количество теплоты на единицу массы или объёма и доступно для массового использования.
В качестве топлива применяют природные и производные органические соединения в твердом, жидком и газообразном состояниях.
Любое органическое топливо состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, летучей серы, а твердые и жидкие топлива — из золы (минеральные остатки) и влаги.
Важная теплотехническая характеристика топлива – его удельная теплота сгорания.
Удельной теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы количества вещества топлива.
Чем меньше удельная теплота сгорания топлива, тем больше его расходуется в котельном агрегате. Для сравнения различных видов топлива по их тепловому эффекту введено понятие об условном топливе, удельная теплота сгорания которого принята =29,3 МДж/кг.
Отношение QН Р данного топлива к Qуд условного топлива называется эквивалентом Э. Тогда пересчет расхода натурального топлива ВН в условное топливо ВУТ осуществляется по формуле : 
Условное топливо — принятая при расчетах единица учёта органического топлива, то есть нефти и ее производных, природного и специально получаемого при перегонке сланцев и каменного угля, газа, торфа – которая используется для счисления полезного действия различных видов топлива в их суммарном учёте.
В СССР и России за единицу условного топлива (у.т.) принималась теплотворная способность 1 кг каменного угля = 29,3 МДж или 7000 ккал.Международное энергетическое агентство (IEA) приняло за единицу нефтяной эквивалент , обычно обозначаемый аббревиатурой TOE (англ. Tonne of oil equivalent). Одна тонна нефтяного эквивалента равняется 41,868 ГДж или 11,63 МВт·ч. Применяется также единица — баррель нефтяного эквивалента (BOE).
65. Коэффициент избытка воздуха.
Число, показывающее, во сколько раз действительный расход воздуха больше теоретически необходимого количества воздуха, называется коэффициентом избытка воздуха, т. е. действительный расход воздуха L (в кг/кг) или V (м 3 /м 3 ) равен теоретически необходимому его количеству Lo или Vo> умноженному на коэффициент избытка воздуха а
Состав и характеристики топлив
Топливом может быть названо любое вещество, способное при горении (окислении) выделять значительное количество теплоты. По определению, данному Д. И. Менделеевым, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения тепла».
В таблицах ниже представлены основные характеристики различных видов топлив: состав, низшая теплота сгорания, зольность, влажность и т. д.
Примерный состав и теплотехнические характеристики горючей массы твердого топлива
| Топливо | Состав горючей массы, % | Выход летучих веществ, V Г , % |
Низшая теплота сгорания, МДж/кг |
Жаро- производи- тельность, tmax, °С |
RO2 max* продуктов сгорания, % |
||||
| C Г | S Г | H Г | O Г | N Г | |||||
| Дрова | 51 | — | 6,1 | 42,2 | 0,6 | 85 | 19 | 1980 | 20,5 |
| Торф | 58 | 0,3 | 6 | 33,6 | 2,5 | 70 | 8,12 | 2050 | 19,5 |
| Горючий сланец | 60—75 | 4—13 | 7—10 | 12—17 | 0,3—1,2 | 80—90 | 7,66 | 2120 | 16,7 |
| Бурый уголь | 64—78 | 0,3—6 | 3,8—6,3 | 15,26 | 0,6—1,6 | 40—60 | 27 | — | 19,5 |
| Каменный уголь | 75—90 | 0,5—6 | 4—6 | 2—13 | 1-2,7 | 9—50 | 33 | 2130 | 18,72 |
| Полуантрацит | 90—94 | 0,5—3 | 3—4 | 2—5 | 1 | 6—9 | 34 | 2130 | 19,32 |
| Антрацит | 93—94 | 2—3 | 2 | 1—2 | 1 | 3—4 | 33 | 2130 | 20,2 |
Характеристики жидких топлив, получаемых из нефти
| Топливо | Состав горючей массы, % | Зольность сухого топлива, A С , % |
Влага рабочего топлива, W Р , % |
Низшая теплота сгорания рабочего топлива, МДж/кг |
|||
| Углерод C Г | Водород H Г | Сера S Г | Кислород и азот O Г + N Г |
||||
| Бензин | 85 | 14,9 | 0,05 | 0,05 | 0 | 0 | 43,8 |
| Керосин | 86 | 13,7 | 0,2 | 0,1 | 0 | 0 | 43,0 |
| Дизельное | 86,3 | 13,3 | 0,3 | 0,1 | Следы | Следы | 42,4 |
| Солярное | 86,5 | 12,8 | 0,3 | 0,4 | 0,02 | Следы | 42,0 |
| Моторное | 86,5 | 12,6 | 0,4 | 0,5 | 0,05 | 1,5 | 41,5 |
| Мазут малосернистый | 86,5 | 12,5 | 0,5 | 0,5 | 0,1 | 1,0 | 41,3 |
| Мазут сернистый | 85 | 11,8 | 2,5 | 0,7 | 0,15 | 1,0 | 40,2 |
| Мазут многосернистый | 84 | 11,5 | 3,5 | 0,5 | 0,1 | 1,0 | 40,0 |
Топливо в том виде, в каком оно поступает для сжигания в топки или в двигатели внутреннего сгорания, называется рабочим.
Название «горючей массы» носит условный характер, т. к. действительно горючими ее элементами являются только углерод, водород и сера. Горючую массу можно характеризовать как топливо, не содержащее золы и в абсолютно сухом состоянии.
Зольность топлива. Золой называют твердый негорючий остаток, остающийся после сжигания топлива в атмосфере воздуха. Зола может быть в виде сыпучей масы с плотностью в среднем 600 кг/м 3 и в виде сплавленный пластин и кусков, называемых шлаками, с плотностью до 800 кг/м 3 .
Влажность топлива определяется по ГОСТ 11014-2001 высушиванием навески при 105 — 110 °С. Максимальная влажность достигает 50% и более и определяет экономическую целесообразность использования данного топлива. Влага снижает температуру в топке и увеличивает обхем дымовых газов.
Для превращения 1 кг воды в пар комнатной температуры нужно затратить 2,5 МДж теплоты.
Состав и теплота сгорания горючих газов
| Наименование газа | Состав сухого газа, % по объему | Низшая теплота сгорания сухого газа Qн с , МДж/м 3 |
|||||||
| CH4 | H2 | CO | CnHm | O2 | CO2 | H2C | N2 | ||
| Природный | 94,9 | — | — | 3,8 | — | 0,4 | — | 0,9 | 36,7 |
| Коксовый (очищенный) | 22,5 | 57,5 | 6,8 | 1,9 | 0,8 | 2,3 | 0,4 | 7,8 | 16,6 |
| Доменный | 0,3 | 2,7 | 28 | — | — | 10,2 | 0,3 | 58,5 | 4,0 |
| Сжиженный (ориентировочно) | 4 | Пропан 79, этан 6, изобутан 11 | 88,5 | ||||||
Низшей теплотой сгорания рабочего топлива называют теплоту, выделяемую при полном сгорании 1 кг топлива, за вычетом теплоты, затраченной на испарение как влаги, содержащейся в топливе, так и влаги, образующейся от сгорания водорода.
Высшей теплотой сгорания рабочего топлива называю теплоту, выделяемую при полном сгорании 1 кг топлива, считая, что образующиеся при сгорании водяные пары конденсируются.
Источник: Основы энергетики : учебник / Г. Ф. Быстрицкий. — 2-е изд., испр. и доп. — М. :КНОРУС, 2011. — 352 с.
Высшая и низшая теплота сгорания
Теплота сгорания, или теплотворная способность (теплотворность), топлива Q – это количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 моля (кДж/моль), 1 кг (кДж/кг) или 1 м 3 топлива (кДж/м 3 ).
Значения объемной теплоты сгорания применяют обычно при расчетах, связанных с использованием газообразного топлива. При этом различают теплоту сгорания 1 м 3 газа при нормальных условиях (кДж/м 3 ), т.е. при температуре газа 0 ºС и давлении 1 ата, и при стандартных условиях – при температуре 20 ºС и давлении 760 мм рт.ст.
При анализе топлива и в теплотехнических расчетах приходится иметь дело с высшей и низшей теплотой сгорания. Высшая теплота сгорания топлива представляет собой количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива с образованием CO2, H2O в жидком состоянии и SO2 . К высшей теплоте сгорания близка теплота сгорания, определяемая путем сжигания топлива в калориметрической бомбе в атмосфере кислорода . Незначительное отличие теплоты сгорания в бомбе от высшей теплоты сгорания обусловлено тем, что при сжигании в атмосфере кислорода происходит более глубокое окисление топлива, чем при его сгорании на воздухе. Так, например, сера топлива сгорает в калориметрической бомбе не до SO2 , а до SO3, и при сжигании топлива в бомбе происходит образование серной и азотной кислот.
Низшая теплота сгорания топлива представляет собой количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива с образованием CO2, H2O в парообразном состоянии и SO2. Кроме того, при подсчете низшей теплоты сгорания учитывается расход тепла на испарение влаги топлива. Следовательно, низшая теплота сгорания отличается от высшей расходом тепла на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании топлива ().
При подсчете разницы между высшей и низшей теплотой сгорания учитывается расход тепла на конденсацию пара и на охлаждение образующегося конденсата до 0 ºС. Эта разница составляет около 2,51 МДж на 1 кг влаги, т.е. 25 кДж на каждый процент влаги, содержащейся в топливе или образующийся при сгорании водорода, входящего в состав горючего.
При оценке эффективности использования указанных видов топлива существенное значение имеет вопрос о том, какая теплота сгорания принята в расчет- высшая или низшая. Поэтому при сопоставлении данных испытаний котлов и печей, выполненных на основе низшей и высшей теплоты сгорания, необходимо производить соответствующий пересчет и по формуле
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
О производстве литья
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:
Где W p и H p – 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
Q р н = 329 С р + 1256Н р – 109 (0 р – S р ) – 25 (W p + 9H p ), 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:
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.