Теплоемкость продуктов полного сгорания в стехиометрическом объеме воздуха

ТЕПЛОЕМКОСТЬ МОЛЬНАЯ, МАССОВАЯ И ОБЪЕМНАЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТОПЛИВА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для на­гревания единицы массы вещества на 1 °С. За единицу массы вещества в технических расчетах принимают 1 кмоль, 1 кг и 1 м³ при нормаль­ных условиях (для газов). В соответствии с этим различают теплоем­кость мольную, массовую и объемную. Массовая теплоемкость с равна мольной μ c, делённой на молекулярный вес данного вещества М. Объ­емная теплоемкость С газа равна мольной теплоемкости, деленной на объем 1 моля идеального газа в кубометрах при нормальных условиях, т. е. на 22,41. Следовательно, мольная, массовая и объемная теп­лоемкости газов связаны уравнением:

μс=cМ= C·22,41.

Отсюда объемная теплоемкость газообразных продуктов сгорания топлива:

C=cМ/22,41.

Теплоемкость газа зависит от того, в каких условиях осуществляется его нагревание (или охлаждение) — при постоянном давлении или при постоянном объеме. При нагревании газа при постоянном давлении за­трачивается энергия на расширение газа. Вследствие этого теплоемкость при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объе­ме.

Подсчитывая эффективность использования топлива в печах и кот­лах, обычно попользуют значения теплоемкости при постоянном давле­нии. Средняя теплоемкость — количество тепла, необходимое для изме­нения температуры единицы массы (или объема) вещества на 1 град в заданном температурном интервале.

Теплоемкость возрастает с повышением температуры, поэтому при нагреве воздуха или топлива от температуры t₁ до температуры t₂ истинная теплоемкость при температуре t₂ больше истинной теплоемко­сти при температуре t₁, а средняя теплоемкость от t₁ до t₂ больше истин­ной теплоемкости при температуре t₁, но меньше истинной теплоемкости при температуре t₂.. При определении эффективности использования топлива и подсчетах распо­лагаемого тепла продуктов сгорания обычно применяют средние тепло­емкости.

При сгорании углерода топлива в воздухе по уравнению (21C+21О₂ + 79N₂=21C0₂ + 79N₂) на каждый объем С0₂ в продуктах сгорания приходится 79: 21 =3,76 объема N₂.

При сгорании антрацита, тощих каменных углей и других видов топ­лива с высоким содержанием углерода образуются продукты сгорания, близкие по составу к продуктам сгорания углерода.

При сгорании водорода по уравнению

42H₂+210₂+79N₂=42H₂0+79N₂

на каждый объем Н₂0 приходится 79: 42 = 1,88 объема азота.

В продуктах сгорания природного, сжиженного и коксового газов, жидкого топлива, дров, торфа, бурого угля, длиннопламенного и газо­вого каменного угля и других видов топлива со значительным содержа­нием водорода в горючей массе образуется большое количество водя­ного пара, иногда превышающее объем С0₂. Присутствие влаги в топливе, естественно, повышает содержание водяного пара в продуктах сгорания.

Поскольку содержание С0₂ в десятки раз превышает содержание S0₂, а объемные теплоемкости их мало различаются, при подсчете теп­лоемкости продуктов сгорания обычно исходят из содержания в них R0₂, т. е. суммы С0₂ и S0₂, принимая теплоемкость R0₂ равной тепло­емкости С0₂.

В соответствии с этим теплоёмкость продуктов сгорания равна:

C=0,01(C_CO2RO₂ + C_H2OH₂O+C_NaN₂) ккал/(м³.°С).

Колебания в теплоемкости у продуктов сгорания различных видов топлива сравнительно невелики. У твердого топлива с высоким содер­жанием влаги (дрова, торф, бурые угли и т. д.) теплоемкость продук­тов сгорания в том же температурном интервале выше, чем у топлива с малым содержанием влаги (антрацита, каменных углей, мазута, при­родного газа и т. д.). Это объясняется тем, что при сгорании топлива с высоким содержанием влаги в продуктах сгорания повышается содер­жание водяного пара, обладающего более высокой теплоемкостью по сравнению с двухатомным газом — азотом.

Увеличение содержания влаги в топливе повышает теплоемкость продуктов сгорания вследствие повышения содержания в них водяного пара в том же температурном интервале, по сравнению с теплоемко­стью продуктов сгорания топлива с меньшим содержанием влаги, и одновременно с этим понижает температуру горения топлива вследст­вие увеличения объема продуктов сгорания за счет водяного пара.

Дата добавления: 2014-01-11