Теплота сгорания топлива

Теплота сгорания топлива - количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы (кДж/кг) или объема (кДж/м³) топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая теплота сгорания Q_В - полное количество теплоты, которое выделяется при сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива (или 1 м³ газового топлива) при условии, что образующиеся при сгорании водяные пары конденсируются и возвращается их теплота конденсации Q_КОН.

В паровых котлах продукты сгорания не охлаждаются до температуры конденсации паров. В этих условиях теплота конденсации теряется и общее используемое тепловыделение будет меньше. Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого (или 1 м³ газового) топлива за вычетом теплоты конденсации водяных паров, называют низшей теплотой сгорания Q_Н.

Высшая теплота сгорания связана с низшей теплотой сгорания топлива соотношением

QВ = QН + QКОН

(3.4)

В общем случае теплота конденсации влаги, кДж/кг,

(3.5)

где Н и W - содержание водорода и влаги в топливе, %; 2500 - теплота конденсации 1 кг влаги при давлении водяных паров в топочной камере, кДж/кг.

Масса получающейся влаги при окислении водорода кислородом в 9 раз больше массы водорода, что отражено в формуле (3.5) произведением 9Н.

При увеличении влажности топлива и содержания в нем водорода Q_В и Q_Н различаются в большей степени. Значение высшей теплоты сгорания получено для топлива при его определении в лабораторных условиях. При тепловых расчетах за основу принимается низшая теплота сгорания.

Для определения низшей теплоты сгорания преобразуем формулы (3.4) и (3.5) и получим для рабочей массы

(3.6)

В горючей массе топлива также будет иметь место различие между высшей и низшей теплотой сгорания, но только за счет влаги, образующейся при горении водорода H

(3.7)

Связь между низшей теплотой сгорания рабочей и условно горючей массой топлива выражается следующей формулой

(3.8)

На рис. 3.2 показано соотношение средних значений Q^Р_Н и Q^Г_Н для различных групп топлива. Различие между ними тем меньше, чем меньше в топливе внешнего балласта.

Рис.3.2. Соотношение средних значений низшей теплоты сгорания рабочей и горючей масс различных групп топлив: 1 - торф; 2 - бурый уголь; 3 - каменный уголь; 4 - антрациты, полуантрациты; 5 - горючие сланцы; 6 - мазут. Влажность натурального топлива может изменяться при его транспорте и хранении, может меняться и зольность топлива в зависимости от способа добычи и мощности пласта угля. Теплоту сгорания топлива при изменении его влажности от WР1 до WР2 и зольности от AР1 до AР2 можно получить, если известна его теплота сгорания QР1 в первом случае:

(3.9)

Средний состав и низшая теплота сгорания всех известных месторождений топлив определены и сведены в таблицы расчетных характеристик топлив.

Объемная теплота сгорания газового топлива определяется как сумма теплот сгорания, входящих в его состав различных горючих газов с учетом их процентного содержания. Объемная теплота сгорания Q^С_Н, кДж/м³, относится к 1 м³ сухого газа и определяется по формуле

(3.10)

Здесь СН₄, С₂Н₆, - содержание горючих газов в топливе, % по объему; Q_CH4,Q_C2H6 - объемная теплота сгорания соответствующих газов, кДж/м³. Теплоту сгорания газового топлива определяют в газовом калориметре.

Увеличение теплоты сгорания определяется ростом доли горючих элементов (газов) в составе топлива и, прежде всего, массовой долей углерода и водорода в топливе. Так, теплота сгорания 1 кг мазута значительно превышает аналогичный показатель лучшего твердого топлива, так как в мазуте выше содержание углерода (83,0% против 63,3%) и водорода (10,4% против 4,4%). Можно пересчитать с учетом плотности природного газа его теплоту сгорания Q^c_Н, кДж/м³, на единицу массы Q^С_Н.М, кДж/кг, тогда

(3.11)

где ρ_Г - плотность сухого газа, кг/м³; d_г. - влагосодержание газа, г/м³. В результате окажется, что значение Q^С_Н.М газа будет выше, чем мазута, и это прежде всего определяется большим содержанием водорода в массе природного газа (около 25% против 10…11% в мазуте).

Паровые котлы одинаковой паропроизводительности и тепловой мощности могут потреблять существенно разное количество топлива, так как его теплота сгорания у разных видов топлив меняется в широких пределах. Для сравнения экономичности работы электростанций, упрощения расчетов при попеременном сжигании разных топлив (твердое - газ, мазут - газ и т.п.) введено понятие условного топлива, имеющего теплоту сгорания Q_У.Т = 29 310 кДж/кг (7000 ккал/кг). Потребление разных видов топлив электростанциями пересчитывается на условное топливо на основании баланса тепловыделения B_нQ_н^p = B_У.ТQ_У.Ттогда

(3.12)

где В_У.Т, В_Н - расход соответственно условного и натурального топлива, кг/с. Отношение Q^Р_Н/Q_У.Т называют тепловым эквивалентом топлива. На основе тепловых эквивалентов можно пересчитать в условное топливо потребление природного и других горючих газов электростанций.