Температура горения

Температура горения: действительная, адиабатическая и калориметрическая

Тепловой баланс процесса горения

Тепловой баланс составляется для определения температуры продуктов горения, при известной температуре газов. Тепловой баланс характеризуется равенством прихода и расхода тепла в процессе горения.

Q_пр = Q_расх

Количество тепла, образующееся в процессе горения состоит из:

Q_пр = Q_хт + Q_фт + Q_{ф ок},

где Q_хт – химическая энергия топлива (Q_хт = Q_н^р);

Q_фт – физическое тепло топлива;

Q_{ф ок} – физическое тепло окислителя.

Количество тепла, расходуемое в процессе горения (Q_расх):

Q_расх = Q_пг + ΣQ_пот

где Q_пг – теплота продуктов сгорания, определяемая температурой и составом газов на выходе из топки;

ΣQ_пот – суммарные потери теплоты.

ΣQ_пот = Q_хн + Q_мн + Q_ос + Q_шл + Q_дис

где Q_хн – потеря тепла с хим. недожёгом;

Q_мн – потеря тепла с мех. недожёгом;

Q_ос - потеря тепла в окр. среду через наружнее охлаждение;

Q_шл - потеря с физической теплотой шлака;

Q_дис - потеря тепла вследствие термической диссоциации газообразных продуктов сгорания при высоких температурах.

Q_хт + Q_фт + Q_{ф ок} = Q_пг + Q_хн + Q_мн + Q_ос + Q_шл + Q_дис

Для заданных условий полного сгорания топлива полезной составляющей теплового баланса является теплота продуктов сгорания.

Максимальную температуру, развиваемую при сгорании топлива, в условиях, когда все выделяющееся тепло полностью расходуется на нагрев продуктов сгорания, подсчитывают без учета диссоциации про­дуктов сгорания и с учетом диссоциации продуктов сгорания при высо­кой температуре.

Максимальную температуру горения, подсчитанную без учета дис­социации продуктов сгорания, называют калориметрической температу­рой горения. Калориметрическая температура горения зависит от состава топ­лива, его теплоты сгорания и объема продуктов сгорания, а также от условий сжигания топлива, а именно: от степени разбавления про­дуктов сгорания избыточным воздухом и от температуры топлива и воздуха.

Если топливо сгорает полностью без избытка воздуха, а температу­ра топлива и воздуха равна 0°С, то калориметрическая температура горения зависит только от состава топлива и является важнейшей его теплотехнической характеристикой — жаропроизводительностью t_max. Следовательно, жаропроизводительность — это частный случай ка­лориметрической температуры горения.

Калориметрическая температура горения определяется по формуле:

, при = 0.

При температуре горения, превышающей 1700°С, приходится счи­таться с расходом тепла на диссоциацию продуктов сгорания, обуслов­ливающим снижение температуры горения.

Подобно калориметрической температуре горения расчетная темпе­ратура определяется составом топлива и условиями его сжигания.

При полном сгорании топлива без избытка воздуха и при начальной температуре топлива и воздуха 0°С расчетная температура горения зависит только от свойств топлива и является подобно жаропроизводительности его теплотехнической характеристикой, именуемой теоретиче­ской температурой горения.

Следовательно, t_теор является частным случаем расчетной темпера­туры горения.

Отличием t_теор от t_max является учет диссоциации продуктов сгора­ния. При сжигании топлива с высоким содержанием балласта и соот­ветственно низкой температурой горения, например доменного газа или-фрезерного торфа, t_теор практически равна t_max, а при сжигании топли­ва с высокой температурой горения, например мазута или каменного* угля, различие между t_max и t_теор достигает 140 °С.

Под действительной температурой сгорания топлива подразумевают температуру продуктов сгорания в реально работающей установке. Выразив из уравнения теплового баланса теплоту продуктов сгорания, найдём из неё действительную температуру горения:

- действительная температура горения топлива.

- объём продуктов сгорания, образующийся при сжигании единицы топлива.

- теплоёмкость продуктов горения.

Значения теплоемкостей продуктов сгорания С_сг, окислителя С_ок и топлива С_т берутся из таблиц.

Расчетную температуру горения можно определить также на основе калориметрической температуры горения с введением поправочного ко­эффициента φ:

t_расч = t_кал · φ

Для природного и сжиженного газов коэффициент φ равен около 0,95 при калориметрической температуре горения от 2000 до 2100°С и около 0,96 при калориметрической температуре горения от 1900 до 2000°С. Его значение при сжигании различных топлив можно найти в таблицах.

Адиабатическая температура – это температура, при которой нет потерь тепла.

Теоретическая температура горения t_теор отличается от жаропроизводительности тем, что при подсчете t_теор учитывается теплота дис­социации продуктов горения. При высокой температуре (более 2500 ^оС) СО₂ диссоции­рует с образованием СО и О₂, а Н₂0— с образованием Н₂ и О₂.

Степень диссоциации возрастает с повышением температуры и сни­жением парциального давления СО₂ и Н₂О.

Таким образам, с повышением температуры диссоциация СО₂ быст­ро возрастает, и при 3000°С диссоциирует около 90% СО₂.

Диссоциированное количество вещества, выраженное в долях от его исходного количества называется степенью диссоциации.

При подсчете температуры в топках при сжигании топлива с высо­кой жаропроизводительностью и в особенности при подогреве воздуха необходимо считаться с понижением температуры вследствие диссоциа­ции продуктов сгорания.

Следует отметить, что при высокой температуре необходимо счи­таться не только с диссоциацией двуокиси углерода с образованием окиси углерода и кислорода и диссоциацией водяного пара с образова­нием водорода и кислорода, но и с более далеко идущей диссоциацией продуктов сгорания с образованием гидроксилов и атомарного водорода и кислорода, а также с появлением в составе продуктов сгорания окиси азота NO в результате эндотермического процесса окисления азота.

Дата добавления: 2014-01-11