1.2. Теплота сгорания топлива

При горении топлива выделяется большое количество теплоты. Количество теплоты, выделяющееся при полном горении единицы топлива, определяет теплоту его сгорания и имеет размерность (кДж/кг или кДж/м³). При окислении водорода и водородсодержащих составляющих топлива образуется водяной пар, который вместе с влагой топлива и воздуха переходит в продукты горения. В зависимости от того, в каком виде находится в дымовых газах водяной пар, различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива.

Высшая теплота сгорания топлива соответствует условию, при котором продукты горения охлаждаются до температуры 20C, а пары воды конденсируются и конденсат охлаждается до температуры t=20C с выделением теплоты парообразования (r=2257 кДж/кг) и охлаждения конденсата (q=335,2 кДж/кг). Общее количество теплоты, выделившееся в этом случае, составит 2592,2 кДж/кг. Низшая теплота сгорания топлива соответствует условию, при котором содержащаяся в продуктах горения влага находится в виде пара при температуре 20C. При охлаждении 1 кг водяных паров до 20C возвращается лишь 164 кДж теплоты.

Следовательно, количественное различие между высшей и низшей теплотой сгорания топлива составит:

(5)

где - содержание в процентах по массе соответственно

влаги и водорода.

В практических расчетах обычно пользуются величиной Q_H, поскольку в тепловых устройствах пары воды, содержащиеся в продуктах горения, удаляются из рабочего пространства в газообразном состоянии.

Низшая теплота сгорания газового топлива определяется как сумма тепловых эффектов каждого компонента, содержащегося в одном кубическом метре топлива:

(6)

Низшая теплота сгорания рабочей массы жидкого и твердого топлива определяется по формуле Д.И. Менделеева, кДж/кг

(7)

1.3. Определение расхода воздуха

Количество окислителя (кислорода), необходимого для полного горения единицы топлива, определяется на основе стехиометрических соотношений горючих компонентов и окислителя. Рассчитанное количество окислителя по стехиометрическим уравнениям представляет собой теоретически необходимое количество кислорода ( ) для полного сжигания единицы топлива до СО₂ и Н₂О.

Для сжигания 1 м³ газового топлива требуется кислорода

(8)

На 1 кг твердого или жидкого топлива теоретически необходимое количество кислорода составит:

(9)

Коэффициенты в уравнении (9) представлены в табл. 2.

Таблица 2

Расход кислорода и выход продуктов полного

горения твердого и жидкого топлива

Компоненты топлива	Расход кислорода для полного горения		Вход продуктов полного горения, м3/кг
	м3/кг	кг/кг
Углерод	22,4/12=1,867	32/12=2,667	1,867
Водород	22,4/(2Ч2)=5,6	32/(2Ч2)=8,0	11,2
Сера	22,4/32=0,7	32/32=1,0	0,7

В атмосферном воздухе содержится 79% N₂ и 21% O₂. Таким образом, азота по объему в 79/21 = 3,762 раза больше, чем кислорода. Учитывая это, теоретически необходимый расход атмосферного воздуха L_o можно определить из выражения:

(10)

При обогащении воздуха кислородом отношение K = N₂/O₂ уменьшается. Тогда теоретически необходимое количество воздуха на сжигание единицы топлива составит

(11)

На практике топливо сжигается с количеством окислителя, превышающим теоретически необходимое. Величина, представляющая отношение фактического расхода воздуха (L_n) к теоретически необходимому, называется коэффициентом расхода воздуха

(12)

Величина коэффициента расхода воздуха при сжигании топлива с недостатком воздуха меньше единицы, при сжигании топлива с избытком воздуха n больше единицы. Величина его зависит от агрегатного состояния топлива и от конструкции топливосжигающих устройств (табл. 3).

Таблица 3

Рекомендуемые значения коэффициентов расхода воздуха

Условие сжигания топлива	Коэффициент
	расхода воздуха
Слоевые топки для сжигания твердого топлива	1,20...1,40
Горелки для сжигания пылевидного топлива	1,20...1,30
Форсунки низкого давления	1,15...1,20
Форсунки высокого давления	1,10...1,15
Горелки с внешним смешиванием	1,10...1,15
Горелки с улучшенным смешиванием	1,05...1,08
Горелки с предварительным смешиванием	1,01...1,05

Следует учесть, что атмосферный воздух содержит некоторое количество влаги. Влажность воздуха измеряется влагосодержанием (d_в г/м³) и может быть определена при условии насыщения для соответствующей температуры воздуха по таблице прил. 1.

Поскольку масса влаги, содержащаяся во влажном воздухе d_в, будет занимать объем, равный: то теоретически необходимый и фактический расходы влажного воздуха для сжигания единицы топлива могут быть определены:

(13)