Высшая и низшая теплота сгорания

Т.Б.Степанова

Методические указания для проведения расчётных работ

по дисциплине «Общая энергетика»

для студентов специальности 140211 – «Электроснабжение »

всех видов обучения

Ангарск

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ

ЗАДАЧ

1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВА И МЕТОДЫ ИХ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ............. ……………………………………………………. 4

2. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА

2.1. Высшая и низшая теплота сгорания ……………………………………… 5

2.2. Определение теплоты сгорания …………………………………………... 6

3. РАСЧЕТЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА ……………………………………………. 9

3.1. Определение расхода воздуха ……………………………………………. 10

3.2. Определение состава и количества продуктов сгорания ……………….. 11

3.3. Определение теплоемкости продуктов сгорания ………………………. 12

3.4. Определение жаропроизводительности топлива ………………………. 13

4. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ………………………………… 13

ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………………………. 15

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Таблица П 1.1. Множители для пересчета состава топлив из одного

состояния в другое ………………………………………………………… 16

Таблица П 1.2. Термодинамические свойства компонентов топлива и

продуктов его сгорания …. ...…………………………………………...... 17

Таблица П 1.3. Средняя удельная теплоемкость газов от 0 ° до t °C,

ккал/нм³·град по Юсти …………...………………………………………. 19

Приложение 2. Исходная информация для проведения расчетов

Таблица П 2.1. Физико-химическая характеристика углей ……………... 21

Таблица П 2.2. Компонентный состав природных и искусственных

газов ………………………………………………………………………… 26

Методические указания состоят из краткого изложения теоретических положений, необходимых для более ясного представления о тех задачах, которые ставятся перед студентами при выполнении практических работ по дисциплине «Общая энергетика», методик и алгоритмов расчета показателей, сведений о нормативно-справочных материалах, необходимых для выполнения заданий (Приложение 1) и вариантов исходных данных для расчетов (Приложение 2).

Исходные данные для выполнения работы №1 приведены в табл. П.1.2 (номер варианта выбирается по порядковому номеру студента в списке группы).

Исходные данные для выполнения работ №2 и №3 приведены в табл. П.2.1 и П.2.2 (Варианты выбираются по двум последним цифрам номера зачетной книжки студента).

Раздел 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВА И МЕТОДЫ ИХ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Народнохозяйственную ценность топлива определяют следующие основные его характеристики:

1. Теплота сгорания, или теплотворная способность, т.е. количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг твердого и жидкого топлива или

1 м³ газообразного.

2. Жаропроизводительность ( ) – максимальная температура горения, развиваемая при полном сгорании топлива в условиях, когда выделяемое топливо полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания.

3. Содержание балласта, т.е. минеральной массы и влаги, в твердом и жидком топливе, азота и двуокиси углерода – в газообразном. Наличие балласта в топливе понижает его теплоту сгорания. При большом содержании балласта заметно снижается также жаропроизводительность топлива.

4. Содержание вредных примесей, снижающее ценность топлива, в особенности технологического и бытового.

5. Выход летучих веществ и обуглероженного остатка (кокса) при нагревании твердого топлива, определяющий легкость его зажигания, а также целесообразность использования в технологических процессах.

Применяемые в народном хозяйстве многочисленные твердые, жидкие и газообразные виды топлива можно, в свою очередь, разделить на естественные и искусственные (табл. 1.1). Последние представляют собой, как правило, продукты переработки естественных видов топлива.

Состав твердого и жидкого топлива выражают в процентах по массе, а газообразного – в процентах по объему. В твердом топливе различают органическую, горючую, сухую, рабочую и аналитическую массы.

Органическая масса состоит из углерода, водорода, кислорода и серы, входящей в состав органических соединений, и азота:

. (1.1)

Горючая масса, близкая по составу к органической массе, отличается от последней наличием колчеданной, или пиритной, серы, входящей в состав сернистого колчедана (FeS₂) и других сернистых соединений, окисляемых кислородом в процессе горения топлива:

. (1.2)

Сухая масса состоит из горючих компонентов и минеральных веществ, образующих при сгорании топлива золу (A):

. (1.3)

Таблица 1.1

Классификация видов топлива, применяемых в народном хозяйстве

Рабочая масса состоит из сухой массы и влаги (W):

; (1.4)

(1.5)

Аналитическая масса состоит из сухой массы и влаги, соответствующей подсушенному топливу, анализируемому в лаборатории:

. (1.6)

2. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА

Высшая и низшая теплота сгорания

Теплота сгорания, или теплотворная способность (теплотворность), топлива Q – это количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 моля (кДж/моль), 1 кг (кДж/кг) или 1 м³ топлива (кДж/м³).

Значения объемной теплоты сгорания применяют обычно при расчетах, связанных с использованием газообразного топлива. При этом различают теплоту сгорания 1 м³ газа при нормальных условиях (кДж/м³), т.е. при температуре газа 0 ºС и давлении 1 ата, и при стандартных условиях – при температуре 20 ºС и давлении 760 мм рт.ст.

При анализе топлива и в теплотехнических расчетах приходится иметь дело с высшей и низшей теплотой сгорания. Высшая теплота сгорания топлива представляет собой количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива с образованием CO₂, H₂O в жидком состоянии и SO₂ . К высшей теплоте сгорания близка теплота сгорания, определяемая путем сжигания топлива в калориметрической бомбе в атмосфере кислорода . Незначительное отличие теплоты сгорания в бомбе от высшей теплоты сгорания обусловлено тем, что при сжигании в атмосфере кислорода происходит более глубокое окисление топлива, чем при его сгорании на воздухе. Так, например, сера топлива сгорает в калориметрической бомбе не до SO₂ , а до SO₃, и при сжигании топлива в бомбе происходит образование серной и азотной кислот.

Низшая теплота сгорания топлива представляет собой количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива с образованием CO₂, H₂O в парообразном состоянии и SO₂. Кроме того, при подсчете низшей теплоты сгорания учитывается расход тепла на испарение влаги топлива. Следовательно, низшая теплота сгорания отличается от высшей расходом тепла на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании топлива ( ).

При подсчете разницы между высшей и низшей теплотой сгорания учитывается расход тепла на конденсацию пара и на охлаждение образующегося конденсата до 0 ºС. Эта разница составляет около 2,51 МДж на 1 кг влаги, т.е. 25 кДж на каждый процент влаги, содержащейся в топливе или образующийся при сгорании водорода, входящего в состав горючего.

При оценке эффективности использования указанных видов топлива существенное значение имеет вопрос о том, какая теплота сгорания принята в расчет- высшая или низшая. Поэтому при сопоставлении данных испытаний котлов и печей, выполненных на основе низшей и высшей теплоты сгорания, необходимо производить соответствующий пересчет и по формуле

кДж/кг.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: