Теплота сгорания топлива

Состав и основные характеристики газообразного топлива

К газообразным топливам относится, прежде всего, природный газ, огромными запасами которого располагает СССР. Основным его компонентом явля­ется метан СН₄, кроме того, в газе раз­ных месторождений содержатся небольшие количества азота N₂, высших угле­водородов С_nН_m, диоксида углерода СO₂. В процессе добычи природного газа его очищают от сернистых соединений, но часть их (в основном сероводород) мо­жет оставаться. Кроме того, в бытовой газ для обнаружения утечек добавляют так называемые одоризаторы, придаю­щие газу специфический запах; они тоже содержат соединения серы. Принято счи­тать, что концентрация водяного пара в природном газе соответствует состоя­нию насыщения при температуре газа в трубопроводе.

Под теплотой сгорания по­нимается количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы топлива. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива обычно относят к 1 кг, а газообразного — к 1 м³ (в нормальных условиях) на рабочее, сухое или сухое беззольное состояние. По ГОСТ 147—74 с изменениями от 01.01.1981 г. и 01.01.1985 г. она определяется в калориметре.

Продукты сгорания пробы топлива охлаждаются в калориметре до комнатной температуры. При этом вода, образу­ющаяся при сгорании водорода и содер­жащаяся во влажном топливе, оказыва­ется в жидком виде. Если в результате сгорания вода получается в виде жидко­сти, теплота сгорания называется высшей — Q_s.

В технических устройствах вода обычно выбрасывается вместе с продук­тами сгорания в виде пара. Если в ре­зультате сгорания вода получается в ви­де пара, теплота сгорания называется низшей — Q_i. Она меньше, чем Q_s, на количество затрат теплоты на испарение. В СССР и ряде других стран обычно оперируют низшей теплотой сгорания на рабочее состояние . В США и Вели­кобритании теплотехнические расчеты выполняют на основе высшей теплоты сгорания.

Поскольку 1 кг водорода дает при сгорании 9 кг воды, а конденсация 1 кг пара при 20 °С — около 2,5 МДж тепло­ты, то приближенно

Значения и подставляются в эту формулу в %, Q— в КДж/кг.

Максимальная теплота сгорания твердых топлив доходит до =28МДж/кг (тощие угли и антраци­ты), минимальная может в зависимости от содержания балласта опускаться до 10 МДж/кг и ниже.

Теплота сгорания обезвоженных ма­зутов = 41,54…39 МДж/кг. Поскольку элементный состав всех жидких топлив, полученных перегонкой нефти, примерно одинаков, их теплота сгорания также примерно одинакова.

Зависимость теплоты сгорания (МДж/кг) широкого круга органических
веществ от их элементного состава (%) хорошо иллюстрирует формула Д. И. Менделеева:

Калориметр позволяет определить тепло­ту сгорания с большей точностью, чем эта и аналогичные ей формулы, поэтому она используется как иллюстративная и иногда — для проверки точности эле­ментного анализа.

Теплоту сгорания газообразного топ­лива обычно относят к 1 м³ сухого газа (так называемая низшая теплота сгора­ния сухого газа ) в нормальных усло­виях и рассчитывают через теплоты сго­рания составляющих его компонентов (кДж/м³), являющиеся коэффициентами в следующей формуле, умноженными на 100:

Здесь СН₄, С₂Н₆ и т. д.— содержание соответствующих компонентов в газе, % по объему. С другой стороны, теплоту сгорания нетрудно определить экспери­ментально в калориметре. Значения Q_i для основных газообразных топлив при­ведены в таблице.

Таблица 17.1 - Состав (% об.) и теплота сгорания горючих газов

Газ	СН4	Н2	СО	СnНm	O2	СO2	H2S	N2
Природный (газопровод Бухара—Урал)   Коксовый (очищенный)   Доменный     Сжиженный   Биогаз	94,9   22,5     0,3       55-70	-   57,5     2,7	-   6,8	3,8   1,9     -	-   0,8     -	0,4   2,3   10,2	-   0,4     0,3	0,9   7,8     58,5	36,7   16,6         88,5   18—23
Пропан 79, этан 6, бутан 11
До 0,5		28—43	До 0,5	До 0,5

Экономические расчеты, сравнение показателей топливоиспользующих устройств друг с другом и планирование необходимо осуществлять на единой ба­зе. Поэтому введено понятие так называ­емого условного топлива, тепло­та сгорания которого принята равной 29,35 МДж/кг (7000 ккал/кг), что соот­ветствует хорошему малозольному сухо­му углю.

Дата добавления: 2014-10-15