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.

К баллону с тслородом

Рис. 1-2. Схема калориметрической установки, калориметрическая бомба и тер­мометр.

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.

Таблица 1-4 Состав и теплота сгорания жидких топлив Наименование топлива Состав топлива, % Теплота сгорания <2РН Теоретическое Количество Ср НР Ор4-ыр Бр ЛР ИРР МДж/кг Ккал/кг Воздуха для сгорания V°, м3/ КГ Продуктов горения - У°р. М3/кг Мазут флотский Ф-5 84,8 12.4 0,4 <2,0 <&Л <1.0 41.4 9870 10,88 11,74- Ф-12 85.4 12,15 0,5 <0,8 <$.10 <1.0 41.4 9870 10,73 11,60- Мазут малосерни­ 40 85,0 10,9 0,55 <0,5 <0.15 <2.0 39.8 9500 10.62 И,41і* Стый 100 84,75 10,8 0,90 <0.5 <0.15 <2.0 39.6 9450 10.56 11,22* Мазут многосерни­ 40 84,10 10,7 0,75 <3.5 <0.15 <2.0 39.8 9500 40.54 И, за Стый 100 83,10 10,3 0,45 <3,5 <0,15 <2.0 39.1 9330 10,38 11.14 200 83,10 10,3 0,40 <3.5 <0.30 <1,0 39.6 9450 10,57 11,22 Соляровое масло 86,3 13,3 0,Ю 0.3 0,02 0,0 42,5 10 110 11,23 12,18 Дизельное топливо 86,7 12,6 0,40 0,2 0,01 0.09 42.6 10 180 11,05 11,92 Керосин 86,0 13,7 0,1 0,2 0 0 43 10 260 11,28 12,22 Бензин 85,0 14,9 0,05 0,05 0 0 43,7 10 450 11,54 12,56

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.

Таблица 1-5
Горючих газов
Низшая теплота сгорания <2Р
Теоретическое количество
10,52 18,16 25,80 33,44 41,08 15,28 12,40 2,88 2,88 7,64
Метан Этан Пропан Бутан Пентан Этилен Ацетилен Водород Окись углерода Сероводород
21 800 28 345 34 900 14 110 13 385 2576 3016 5585	23,80 30,94 30,08 14,28 11,90 2,38 2,38 7,14
118,8 146,0 59.0 58.0 10,8 12,6 24,5

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:

> 273 у Н760‘ < + 273 *

ИЛИ 4рн 760

(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?

(1-17)

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. ■