Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Теплота сгорания антрацита: Показатели технического анализа угля – влага, зольность, сера и теплота сгорания

Содержание

Показатели технического анализа угля – влага, зольность, сера и теплота сгорания

С помощью технического анализа определяют в углях и горючих сланцах зольность, содержание влаги, серы и фосфора, выход летучих веществ на горючую массу, теплоту сгорания и характеристику нелетучего твердого остатка. Все анализы производят по аналитическим пробам угля и сланца, а содержание влаги в рабочем топливе – по лабораторным пробам.

Пересчёт элементарного состава, выхода летучих веществ и теплоты сгорания для углей (кроме сланцев) при переходе на другую массу производится по соотноше­ниям, согласно формулам. При пересчёте элементарного состава и теплоты сгорания сланца зольность А должна быть заменена на A+С02 для соответствующей массы сланца.

ВЛАГА

При анализе углей различают следующие виды влаги:

  • лабораторную – Wл, определяемую по лабораторным пробам для технических анализов;
  • аналитическую – Wа, определяемую по аналитическим пробам для элементар­ного анализа;
  • воздушно-сухую – Wавс, определяемую по аналитическим пробам при воздуш­но-сухом состоянии навески в условиях фактического состояния воздуха в лаборатории по относительной влажности и температуре;
  • гигроскопическую (внутреннюю) – Wги, близкую к Wa, но определяемую по аналитическим пробам, доведенным до воздушно-сухого равновесного состояния при* постоянной относительной влажности (60±2%) и температуре (20±5 °С) воздуха;
  • рабочую влагу – Wp определяемую по лабораторной пробе с учетом потери вла­ги при пересылке пробы в лабораторию.

Влага рабочего топлива подразделяется на внутреннюю влагу, равную гигроско­пической (Wги), и внешнюю влагу (Wвнешн), определяемую как разность Wвнешн = Wp-Wг,%. Внутренняя гигроскопическая влага (Wги) зависит от относительной влажности и температуры окружающего воздуха и адсорбционной способности углей. Влажность и зольность, составляющие балласт Бр = Wp+Aр топлива, в особе­нности внешняя влага, ухудшают качество углей, уменьшают сыпучесть, затрудняют классификацию и транспортирование и вызывают смерзание угля в зимнее время.

Угли с повышенным содержанием влаги непригодны к длительному хранению, так как влага способствует самонагреванию и самовозгоранию. В связи с этими техни­ческими условиями и стандартами на угли по видам потребления установлены пре­дельные (браковочные) нормы содержания влаги для отдельных марок и сортов углей.

Тощие угли, полуантрацит и антрацит – менее влажные, бурые угли – более влажные. Содержание влаги в углях и горючих сланцах определяют по ГОСТ 11014-2001. Сущность метода определения содержания влаги заключается в высушивании навески пробы топлива в сушильном шкафу при температуре 105-110 °С до постоян­ной массы и в вычислении потери массы взятой навески в процентах. Определение содержания влаги ускоренным методом производится по ГОСТ 11014-2001. Сущность уско­ренного метода определения содержания влаги заключается в высушивании навески топлива в сушильном шкафу при температуре, повышающейся в течение 5 мин от 130 до 150 °С для аналитической пробы и в течение 20 мин – для лабораторной, и в вы­числении потери массы взятой навески топлива в процентах. Расхождения между результатами двух параллельных определений содержания влаги по указанному ГОСТу не должны превышать допустимых значений.

ЗОЛЬНОСТЬ

Угли всегда содержат негорючие минеральные примеси, в состав которых входят карбонаты кальция СаСОз, магния MgC03, гипс CaS04-2h30, колчедан FeS2, редкие элементы. При сжигании угля несгоревшая часть минеральных примесей образует золу, которая в зависимости от ее состава, может быть тугоплавкой или лег­коплавкой, сыпучей или сплавленной.

Минеральные примеси ухудшают качество углей, уменьшают теплоту сгорания, загружают транспорт перевозкой лишнего балласта, повышают расход угля на едини­цу вырабатываемой продукции, усложняют условия использования и ухудшают качество кокса.

Минеральные примеси не всегда являются балластом, иногда в них содержатся редкие элементы в количествах, позволяющих их промышленное использование. Кроме того, шлак может быть использован для производства цемента и других строительных материалов.

Зольность углей определяют по ГОСТ 11022-95. Сущность метода заключается в озолении навески топлива в муфеле и прокаливании зольного остатка до постоянной массы при температуре 800-825 °С для углей и 850-875 °С для горючих сланцев и определении массы зольного остатка в процентах к массе навески топлива. Зольность, полученная в результате анализа аналитической пробы, пересчитывается на зольность в абсолютно сухом топливе Ас.

Зольность рабочего топлива Ар в процентах вычисляют по формуле:

Ар =Ас(100-Wр)/100

Определение зольности ускоренным методом производится по ГОСТ 11022-95. Его сущность заключается в озолении навески угля в муфеле, нагретом до температуры 850-875±25°С, и определении массы зольного остатка в процентах к массе навески.

Расхождения между результатами определения зольности Лс по дубликатам од­ной лабораторной пробы в разных лабораториях по указанным ГОСТам не должны превышать:

для топлива с зольностью:

  • до 12%... 0,3%
  • от 12 до 25%... 0,5%
  • свыше 25%... 0,7%
  • свыше 40%... 1,0%

Техническими условиями и ГОСТами устанавливаются средние и предельные (браковочные) нормы зольности для различных марок и классов угля по отдельным шахтам, разрезам и обогатительным фабрикам.

СЕРА

Общая сера, содержащаяся в углях, состоит из колчеданной Sк, суль­фатной Sc, и органической Sо серы. Колчеданная сера встречается в углях в виде отдельных зерен и крупных кусков минералов пирита и марказита. При выветривании угля в шахтах, разрезах и на поверхности колчедан окисля­ется и образует сульфаты.

Сульфатная сера содержится в углях, главным образом в виде сульфатов железа FeS04 и кальция CaS04. Содержание сульфатной серы в углях обычно не пре­вышает 0,1-0,2%. При сжигании сульфатная сера переходит в золу, а при коксовании углей – в кокс. Органическая сера входит в состав органической массы угля. Содержание общей серы и ее разновидной в топливе определяют по ГОСТ 8606-93.

Сера содержится во всех видах твердого топлива, причем содержание общей серы в углях колеблется в основном от 0,2 до 10%.

Сера – нежелательная и даже вредная часть топлива. При сжигании угля она выделяется в виде SO2, загрязняя и отравляя окружающую среду и корродируя металлические поверхности, уменьшает теплоту сгорания топлив, а при коксовании переходит, ухудшая его свойства и качество металла. Выбор путей использования углей часто зависит от содержания в них общей серы. Именно поэтому общая сера – важнейший показатель качества углей.

Содержание общей серы определяют сжиганием навески топлива со смесью окиси магния и углекислого натрия (смесь Эшка), растворением образовавшихся сульфатов, осаждением сульфат-иона в виде сернокислого бария, определением массы последнего и пересчетом его на массу серы. Содержание сульфатной серы определяют растворением сульфатов, содержащихся в топливе, в дистиллированной воде, осаждением сульфат-иона в виде сернокислого бария, определением массы последнего и пересчетом его на массу серы. Содержание колчеданной серы определяют обработкой пробы топлива разбав­ленной азотной кислотой и растворением в ней сульфатов, образовавшихся при окисле­нии колчедана азотной кислотой с последующим осаждением сульфат-иона в виде сернокислого бария, определением массы последнего и пересчетом его на массу серы. Со­держание колчеданной серы определяется по разности между содержанием серы, извлекаемой из топлива азотной кислотой, и водой.

Расхождения между результатами двух параллельных определений содержания серы в одной лаборатории не должны превышать: для угля с содержанием серы до 2% – 0,05%, свыше 2% – 0,1%. Расхождения между результатами определения содержания серы по дубликатам одной лабораторной пробы в разных лабораториях не должны превышать: для угля с содержанием серы до 2% – 0,1%, свыше 2% – 0,2%.

Содержание серы ускоренным методом определяют по ГОСТ 2059-54.

Сущность этого метода заключается в сжигании невески угля в струе кислорода или воздуха при температуре 1150±50 °С, улавливании образовавшихся сернистых соединений раство­ром перекиси водорода и определении объема полученной в растворе серной кислоты титрованием ее раствором едкого кали. Расхождения между результатами двух параллельных определений содержания серы одной пробы для одной лаборатории не должны превышать 0,1%, для разных лабораторий – 0,2%.

ФОСФОР

Содержится в угле в незначительных количествах – 0,003-0,05% и яв­ляется вредной примесью, так как при коксовании переходит в кокс, а из кокса – в металл, придавая ему хрупкость. В донецких углях содержание фосфора колеблется в пределах 0,003-0,04%, в кузнецких и карагандинских – 0,01-0,05%. Фосфор определяется объемным или фотоколориметрическим методом по ГОСТ 1932-93.

Объемный метод заключается в окислении фосфора, содержащегося в пробе угля, в ортофосфорную кислоту с последующим осаждением фосфора в виде фосфорномо-либденовокислого аммония, растворении последнего в избытке титрованного раствора едкой щелочи, обратном титровании полученного раствора серной кислотой и вычис­лении процентного содержания фосфора по количеству раствора щелочи, израсходо­ванного для растворения осадка. Фотоколориметрический метод заключается в сжигании навески угля со смесью окиси магния и углекислого натрия (смесь Эшка), растворении спекшейся массы в кис­лоте, удалении кремниевой кислоты из раствора и фотоколориметрическом определе­нии фосфора в фильтрате.

Расхождения между результатами двух параллельных определений содержания фосфора не должны превышать:

При содержании фосфора:

  • до 0,01%... 0,001%
  • до 0,05%... 0,003%
  • до 0,1%... 0,005%
  • более 0,1%... 0,01%

Вычисление содержания фосфора производят на абсолютно сухую массу угля.

ЛЕТУЧИЕ ВЕЩЕСТВА

При нагревании углей без доступа воздуха образуются твер­дые и газообразные продукты. Выход летучих веществ является одним из основных показателей для классифи­кации углей по маркам и зависит от степени метаморфизма углей. С переходом к более метаморфизованным углям выход летучих веществ уменьшается. Так, выход летучих веществ на горючую массу Vг для бурых углей колеблется от 28 до 67%, для каменных углей – от 8 до 55% и для антрацита – от 2 до 9%. Выход летучих веществ для каменных и бурых углей определяется по ГОСТ 6382-65 по весовому методу, а для антрацита и полуантрацита Донецкого бас­сейна – по ГОСТ 7303-2001 по весовому методу, а для антрацита и полуантрацита Донецкого бассейна – по ГОСТ 7303-90 по объемному методу.

Сущность весового метода заключается в нагревании навески угля в закрытом крышкой фарфоровом тигле при температуре 850±25°С в течение 7 мин и определении потери в массе взятой навески. Выход летучих веществ вычисляется по разности между общей потерей в массе и потерей, происшедшей за счет испарения влаги и удаления углекислоты карбонатов при содержании последней в пробе более 2%. Расхождения между результатами определения выхода летучих веществ Vг не должны превышать 0,5% для углей с Vг менее 45% и 1,0% для углей с Vг>45%.

Сущность объемного метода заключается в нагревании навески антрацита и по­луантрацита при температуре 900±10°С в течение 15 мин и определении объема вы­делившегося газа в см3/г. Расхождения между результатами двух параллельных определений объемного вы­хода летучих веществ в см3/г по одной пробе не должны превышать 7% к меньшему из них.

На основании значений выхода летучих веществ и характеристики нелетучего остатка можно ориентировочно оценить спекаемость углей, а также предугадать поведение топлива в технологических процессах переработки и предложить рациональные способы сжигания.

ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ

Теплота сгорания (Q, ккал/кг) является одним из основных показателей каче­ства углей. Стандартами и техническими условиями предусматривается средняя величина теплоты сгорания топлива на горючую массу по бомбе Qгб для угля, а для сланцев на абсолютно сухое топливо – Q

сб. Теплоту сгорания определяют по ГОСТ 147-95.

Сущность метода заключается в сжигании навески топлива в калориметрической бомбе в сжатом кислороде и определении количества тепла, выделившегося при его сгорании. Теплота сгорания на горючую массу Qгб, определенная по бомбе, содержит, по­мимо теплоты, полученной от сжигания горючей части угля, теплоту, выделяющуюся при образовании и растворении в воде азотной кислоты, и скрытую теплоту парообра­зования при сгорании водорода, которая передается воде калориметра. Низшая теплота сгорания Qгн получается как разность между Qгб и теплотой, полученной в бомбе за счет кислотообразования и конденсации водяных паров, кото­рая в практических условиях сжигания угля не может быть использована.

Низшая теплота сгорания Qгн получается как разность между Qгб и теплотой, полученной в бомбе за счет кислотообразования и конденсации водяных паров, которая в практических условиях сжигания угля не может быть использована:

Qгн = Qгб – 22,5 (Sro + Srk) – aQгб – 54Нг,
где 22,5 – теплота, выделяющаяся при образовании серной кислоты в воде на 1% серы, перешедшей при сжигании угля в бомбе в сернистую кислоту, ккал; Sro + Srk – количество горючей серы, перешедшей при сжигании угля в бомбе в сернистую кислоту (в процентах), отнесенное на горючую массу пробы угля.

Низшая теплота сгорания угля на рабочую массу Qрн, выделяемая при сгорании топлива в промышленных топках, ниже Qгн, так как в рабочем топливе содержится балласт Бр = Wр + Aр и, кроме того, для испарения влаги требуется затратить тепло 6Wр;

Qрн для углей может быть вычислена по формуле:

Qрн = Qгн100 – Wp – Ap100 – 6Wp, ккал/кг,

где Qрн – теплота сгорания низшая на рабочую массу, ккал/кг; Qгн – теплота сгорания низшая на горючую массу, ккал/кг.

Для горючих сланцев Qрн – вычисляется по формуле

Qрн = Qгн100 – Wp – Wpиспр – COp2K100 – 6Wp – 9,7COp2K,

где 9,7COp2K – поглощение тепла при разложении содержащихся в сланцах карбонатов, ккал/кг.

УСЛОВНОЕ ТОПЛИВО

Ввиду того, что теплота сгорания углей отдельных месторож­дений, марок и сортов и других видов топлива различна, для удобства планирования потребности топлива, определения удельных норм и фактических расходов топлива, а также для возможности их сравнения введено понятие «условное топливо». За условное принято такое топливо, низшая теплота сгорания которого на рабочую массу Qрн составляет 7000 ккал/кг. Для перевода натурального топлива в условное и условного в натуральное пользуются калорийным эквивалентом, величина которого зависит от Qрн.

КАЛОРИЙНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ

Калорийный эквивалент Эк – это отношение низшей теплоты сгорания рабочего топлива к теплоте сгорания условного топлива, т. е.

Эк = Qрн7000.

Перевод натурального топлива Вн в условное Ву производится умножением количества натурального топлива на калорийный эквивалент: Ву = Внк.

Перевод условного топлива в натуральное производится делением количества условного топлива на калорийный эквивалент: Ву = Внк.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ

Технический эквивалент применяется для сравнения различных углей и других ви­дов топлива с точки зрения их теплотехнической ценности и определения эквивалент­ных количеств при замене одного вида топлива другим. Технический эквивалент Эт – отношение полезно использованного количества тепла данного топлива к теплоте сгорания условного топлива. Полезно использованное тепло единицы массы топлива выражается произведе­нием низшей теплоты сгорания рабочего топлива Qрн на КПД установки. Таким образом, технический эквивалент, в отличие от калорийного, учитывает не только величину теплоты сгорания данного топлива, но и степень возможного тепло­технического использования, определяется по формуле:

Эт = QрнYк7000,

где Yк – КПД данной котельной установки в долях единицы; 7000 – теплота сгорания условного топлива, ккал/кг.

Технический эквивалент для одного и того же топлива всегда меньше калорийного эквивалента. Технический эквивалент практически используется при определении удельных норм и фактического расхода топлива.

АНТРАЦИТ И ПОЛУАНТРАЦИТ | Газогенераторы МСД

Наиболее углефицированным видом естественного топлива является ант­рацит [89].

Полуаитрацит занимает промежуточное положение между антрацитом н тощими каменными углями. Различия между антрацитом, полуантраци- том и каменными углями рассмотрены в гл. XIII.

Полуантрациты добывают в основном в Донецком бассейне, на Урале (Егоршинское месторождение) и в Приморском крае (Сучанский бассейн).

Состав горючей и рабочей массы полуантрацита, а также теплотехниче­ские характеристики полуантрацита приведены в табл. 68.

Антрацит добывают почти исключительно в Донецком бассейне. Цвет кусков антрацита серовато-черный с металлическим блеском; черта на фар­форовой пластинке темно-серая (до черной). Антрацит характеризуется ра­ковистым изломом и значительной вязкостью. Удельный вес антрацита 1,4—1,7, т. е. выше, чем у каменных углей [73].

Состав и теплотехнические характеристики антрацита даны в табл. 69.

Антрацит классифицируют на следующие марки в зависимости от разме­ра кусков (в мм):

Антрацит плитный — АП

Более 100

Антрацит крупный — АК

50—100

Антрацит мелкий — АМ

6-13

Антрацпг семечко — АС

0—13

Антрацит зубок — АЗ

3-6

Антрацит штыб — АШ

<3

Антрацит рядовой со штыбом — АРШ

<Е0

Таблица 68

Состав и теплотехнические характеристики полуаптраци’/а

Показатели

1

О

Ей

Хо

«

X

РГ

О и Н

1“ О «

И* а о я

В а

о о

*8«

Н рь св ЇМП

О Ь-.

Показатели

О

О

«

5

X

РГ

Егоршинское

Месторождение

(Урал)

К ® о«

Нё

Р. ь со

О о р, Рч <Ь к.

Н ес

Я ** =

6‘ёё

К *

О в

Но

Состан горючей массы, %

2,5

Теплота сгорания низ­

6400

5900

0,5

0,7

Шая ккал/кг

Сг

91,0

90,0

93,5

Р‘°2тах. %

19,3

19,4

Иг

3,5

1,3

3,6

1,3

3,2

1,0

/ ор

Шах’

21Ю

21. ПРИБ’ %

0,3

0,07

5,0

5,0

6,0

БОЗД. ПРИБ ’

1,14

1,11

АР 8р

16,0

1,9

2,1,0

0,4

■4,0

0,5

V0

Е прив

1,19

1,16

К + ор ср

71,9

66,5

65,5

V0

С. прив’

1,12

1,08

Нр

2,8

2,7

V0

1 НгО ПрИБ’

0,07

0,08

0,7

Плавкость золы,

Кр

1,6

1,0

/1

1050

1500

Ор

1,4

3,4

1,1

Н

1_50

1300

С уменьшением размера кусков антрацита значительно увеличивается содержание в топливе пустой породы и возрастает его зольность. Так, сред­няя зольность антрацита марок АП и АК менее 6%, а марок АШ и АРШ бо­лее 16% (см. табл. 69).

Сортированный антрацит является ценным видом топлива для газоге­нераторов, печей и котлов с топками для слоевого сжигания угля. Антрацит марок АШ и АРШ (после измельчения) используют в камерных топках.

Применение несортированного антрацита со штыбом (АРШ) для слоевого сжигания нецелесообразно вследствие больших потерь топлива с провалом и уносом.

Сухие продукты полного сгорания антрацита, не разбавленные воздухом, содержат — 20,2% 1Я02 и — 79,8% 1М2.

Состав продуктов сгорания антрацита при различной степени разбавле­ния воздухом, а также значения коэффициентов избытка воздуха а и разбав­ления сухих продуктов сгорания к приведены в табл. 70.

Располагаемое тепло продуктов сгорания антрацита д, потери тепла с уходящими газами q2 и уменьшение потерь тепла с уходящими газами вслед­ствие снижения их температуры Ад можно подсчитать по универсальным формулам, справедливым для всех видов топлива, а также по локальным формулам [6]:

(XVI. 1) (XVI.2) (XVI. 3) (ХУІ.4)

Д — 0,01іГІр хг2;

Чч = 0,01 (І у г 7/

0’2 = 0,01 (<У. Г-И„)2,

Д72 = 0,01 (іу г — іуг) Z.

Состав к теплотехнические характеристики антрацита

Марка антрацита

Показатели

Trp

Прив-

Av,

Прив’

S1′ к

1||1ИВ

V" прип’

Vй ЕЦприв’

У° с. г. прив

Н20 прип, 11 Плаикость золы, ГС <1 It Із

 

 

Состав горючей массы топлива (средний по Донецкому бассей­ну), %

Sk

Sop

Cr

Нг

Nr

Выход летучих Vr % Теплота сгорания Ql, к кал/кг Состан рабочей массы, %

WP

АР

S! U-

Нр

NP

О*’

Теплота сгорании низшая QP, к кал/кг

*^2 шах-

, max’ ^

Р, ккал/нм3 И, ккал/нм3 В

 

1,5

0,8

93,5

2,0

0,8

1. 4

3.5 8150

5.0

13.3

1,7

76.4

1.4 0,8 1,3

0500

20,2

2150

915

870

0,90

0,8

2.0 0,25 1,11 1,15 1,10 0,05

1060

1170

1200

 

7,0

16,7

1.7

70,5

1,4

0,8

1.9 сооо

10,2

2140

910

865

0,95

1,2

2.8 0,3 1,11 1,15

1.9 0,06

1070

1200

1:40

 

4.0

5.7

1.7 85,0

1,6

0,9

1.1 7250

20,2 21 НО 915 875 0,95 0, 0,7 0,25 1,11 1,14 1,10 0,04

1060

1170

1200

 

0,0

16,9

И

71,8

1.4 0,8

1.4

6100

20,2

2150

915

870

0,95

1,0

2,8

0,3

1,11

1,15

1,10

0,05

1070

1200

1240

 

Состав и теплотехнические характеристики’продуктов полного сгорания антрацита

Состав сухих продуктов полного сгорания, %

Коэффициент разбавления су­хих продуктов сгорания Л

Коэффициент избытка воз­духа а

Калориметрия е — ская темпер ату-

Ра горения <К£П

1Ю>

О,

N.

20,2

0,0

79,8

1,00

1,00

2140

20,0

0,2

79,8

1,01

1,01

2120

19,8

0,4

79,8

1,02

1,02

2100

19,6

0,6

79,8

1,03

1,03

2080

19,4

0,8

79,8

1,04

1,04

2070

19,2

1,0

79,8

1,05

1,05

2060

19,0

1,3

79,7

1,06

1,06

2040

18,8

1,5

79,7

1,07

1,Й7

2020

18,6

1,7

79,7

1,09

1,09

2ІХЮ

18,4

1,9

79,7

1,10

1,10

1990

18,2

2,1

79,7

1,11

1,11

1970

18,0

2,3

79,7

1,12

1,12

1960

17,8

2,5

79,7

1,13

1,13

1940

17,6

2,7

79,7

1,15

1,15

1930

17,4

2,9

79,7

1,16

1,16

1910

17,2

3,1

79,7

I,17

1,17

1890

17,0

3,4

79,6

1,19

1,19

1870

16,8

3,6

79,6

1,20

1,20

1360

16,6

3,8

79,6

1,21

1,21

1840

16,4

4,0

79,6

1,23

1,23

1830

16,2

4,2

79,6

1,24

1,24

І8Ю

16,0

4,4

79,6

1,26

1,26

І800

15,8

4,6

79,6

1,28

1,28

І790

15,6

4,8

79,6

1,29

1,29

1770

15,4

5,0

79,6

1,31

1,30

1750

15,2

5,2

79,6

1,33

1,33

1730

15,0

5,4

79,6

1,34

1,34

1710

14,8

5,6

79,6

1,36

1,36

І690

14,6

5,8

79,6

1,38

1,38

1670

14,4

6. 0

79,6

1,40

1,40

1640

14,2

6,2

79,6

1,42

1,42

_

14,0

6,4

79,6

1,44

1,44

13,8

6,6

79,6

1,46

1,46

13,6

6,8

79,6

1,48

1,48

_

13,4

7,0

79,6

1,51

1,50

_

13,2

7,3

79,5

1,53

1,52

_

13,0

7,5

79,5

1,55

1,54

12,8

7,7

79,5

1,58

1,57

_

12,6

7,9

79,5

1,60

1,59

12,4

8,1

79,5

1,63

1,62

_

12,2

8,3

79,5

1,66

1,65

12,0

8,5

79,5

1,68

1,67

11,8

8,7

79,5

1,71

1,70

11,6

8,9

79,5

1,74

1,73

_

11,4

9,1

79,5

I,77

1,76

_

11,2

9,4

79,4

1,80

1,79

_

М^о

9,6

79,4

1. 83

1,82

_

І 9,8

79,4

1,87

1,86

_

10.0

79,4

1.90

1,89

_

10,2

79,4

1,94

1,93

Состав сухих продуктов полного сгорания, %

Коэффициент разбавления су­хих продуктов сгорания К

Коэффициент избытка воз­духа а

Калориметриче­ская температу­ра горения („ад

ИОа

О.

N.

.

10,2

10,4

79,4

1,98

1,97

10,0

10,6

79,4

2,02

2,01

9,8

10,8

79,4

2,06

2,05

9,0

11,0

79,4

2,10

2,09

9,4

11,2

79,4

2,15

2,14

9,2

11,4

79,4

2,20

2,19

9,0

11,0

79,4

2,25

2,24

8,8

11,8

79,4

2,30

2,29

8,6

12,0

79,4

2,35

2,34

8,4

12,2

79,4

2,40

2,39

8,2

12,5

79,3

2,46

2,45

8,0

12,7

79,3

2,52

2,51

7,8

12,9

79,3

2,59

2,58

7,6

13,1

79,3

2,66

2,65

7,4

13,3

79,3

2,73

2,71

7,2

13,6

79,2

2,80

2,78

7. ,8

79,2

2,88

2,86

0,8

14,0

79,2

2,97

2,95

0,0

14,2

79,2

3,07

3,05

6,4

14,4

79,2

3,16

3,14

0.2

14,6

79,2

3,26

3,24

0,0

14,8

79,2

3,36

3,34

5,8

15.0

79,2

3,46

3,43

5,6

15.2

79,2

3,60

3,57

5,4

15,4

79,2

3,74

3,71

5,2

15,6

79,2

3,88

3,85

5,0

15,8

79,2

4,04

4,01

Примечание. 2 = 1 м ИОг 13,33

Вначения величины 2 для антрацита при температуре уходящих газов от 100 до 300° С

Содержание в продуктах сгорания ИОв + СО, %

Ъ

Содержание в продуктах сгорания

НО, + СО, %

Ъ

Содержание в продунтах сгорания НОа + СО, %

Ъ

Содержание в продуктах сгорания КО, + СО, %

Г

20,2

3,87

16,8

4,57

13,4

1

5,СО

10,0

7,40

20,1

3,90

16,7

4,59

13,3

5,65

9,9

7,46

20,0

3,92

16,6

4,62

13,2

5,70

9,8

7,52

19,9

3,94

16,5

4,64

13,1

5,75

9,7

7,59

19,8

3,96

16,4

4,66

13,0

5. 80

9,6

7,66

19,7

3,98

16, г

4,69

12,9

5,85

9,5

7,76

19,6

3,99

16,2

4,72

12,8

5,90 !

9,4

7,86

19,5

4,01

16,1

4,74

12,7

5,94

9,3

7,95

19,4

4,02

16,0

4,76

12,6

5,98

9,2

8,04

19,3

4,04

15,9

4,80

12,5

6,02

9,1

8,12

19,2

4,05

15,8

4,83

12,4

6,07

9,0

8,20

19,1

4,07

15,7

4,86

12,3

6,11

8,9

8,28

19,0

4,08

15,6

4,89

12,2

6. 15

8,8

‘ 8,35

18,9

4,10

15,5

4,92

12,1

6,20

8,7

8,45

18,8

4,11

15,4

4,95

12,0

6,25

8,6

8,55

18,7

4,13

15,3

4,98

11,9

6.30

8,5

8,65

18,6

4,15

15,2

5,00

11,8

6.35

8,4

8,75

18,5

4,18

15.1

5,03

11,7

6,40

8,3

8,85

18,4

4,20

15,0

5,06

11,6

0,45

8,2

8,95

18,3

4,22

14,9

5,09

11,5

6. 50

8,1

9,05

18,2

4,24

14,8

5,12

11,4

6,55

8,0

9,15

18,1

4,26

14,7

5,15

11,3

6,60

7,9

9,25

18,0

4,29

14,6

5,18

11,2

6,65

7,8

9,37

17,9

4,32

14,5

5,21

11,1

6.70

7,7

9,50

17,8

4,34

14,4

5,24

11,0

6,75

7,6

9,61

17,7

4,36

14,3

5,27

10,9

6,80

7,5

9,72

17,6

4,38

14,2

5,30

10,8

6,85

7,4

9,85

17,5

4,40

14,1

5,33

10,7

6,90

7,3

10,00

17,4

4,42

14,0

5,26

10,6

6,96

7,2

10,12

17,3

4,44

13,9

5,40

10,5

7,03

7,1

10,25

17,2

4,47

13,8

5,44

10,4

7,12

7,0

10,40

17,1

4,49

13,7

5,48

10,3

7И9

17,0

4,52

13,6

5,52

10,2

7,26

16,9

4,54

13,5

5,56

10,1

7,33

Для антрацита марки АШ (см. - + 9НР + Т7Р + 0,1йау г10 ) (*у. г — *„) = 322

= 322 ккал/кг

2 322

Дг= -100= дГ|о0 -1С0 = 5,2%.

Подсчет 2.

При сжигании в котлоагрегате производительностью 150 т пара в час антрацита марки АШ, предварительно подсушенного до содержания влаги 2%, были получены продукты полного сгорания с содержанием 1Ю2 = 14,25%. Температура уходящих га­зов 140°, температура воздуха 20° Подсчитать потери тепла с уходящими газами.

1- Й метод. По формуле (XVI.2) и табл. 71

92 = 0,01 (1у г — д г = 0,01 (140 — 20) • 5,285 = 6,34% ж 6,3%.

2- Й метод. По универсальной формуле

Чг=-—,——————————————— [С’ + (к — 1) ВК-100 = [0,82 + 0,42-0,95.0,78] ■ 100 = 6,3%.

/щах

3- Й метод. На основе определения теплоты сгорания и состава сжигаемого антра­цита потери тепла с уходящими газами подсчитаны равными 6,1% без учета содержа­ния влаги в воздухе. С учетом содержания влаги в воздухе д2 = 6,2%.

Следовательно, расхождение в подсчетах дг на основе жаропроизводительности и теплоты сгорания составляет всего лишь 0,1%, несмотря на то что при подсчетах по пер­вым двум методам не учитывалось повышение жаропроизводительности вследствие под­сушки антрацита. С учетом этого положения различия в подсчетах по рассматриваемым методам практически нет.

Потери тепла с уходящими газами при работе на твердом топливе в ряде случаев

Подсчитывают по отношению к сгоревшему топливу, т. е. за вычетом потерь топлива вслед­ствие провала и уноса (<74)

-испр 9»(1М-9») о/

= 100

Подсчет 3.

При сжигании антрацитового штыба с примесью 15% тощего каменного угля полу­чены продукты сгорания с содержанием: И02 = 12,75% и СО = 0,13. Температура ухо­дящих газов 160°; температура воздуха 40,4°. Подсчитать потери тепла с уходящими га­зами <?2СПР с Учетом потерь тепла вследствие механической неполноты сгорания = 9,7%.

1- Й метод. Поскольку теплотехнические характеристики антрацита и тощего камен­ного угля близки, а присадка каменного угля к антрациту невелика, определяем потери тепла по формуле (XVI.2), принимая значение 7* по табл. 71 для антрацита

Дг = 0,01 (гу г — ) г = 0,01 (160 — 40,4; — 5,85 = 7,0"/

ЮО — 04 100 — 9,7

?2ИСПР = 9* —ШсТ“ = 7’° -Тоб^- = 6-3%-

2- Й метод. ’+0ДЗ~ = 6,7%-

2- Й метод. По универсальной формуле (Х.24) на основе теплосодержания 1ил3 су­хих продуктов сгорания Р и коэффициента разбавления продуктов сгорания Н

Ь _ К02та*_____________ ?012_____

П~ аОг+СО ~ 12,75 + 0,13 _ 1,01

30,2-СО-/г.1СО 30,2-0,13-1,57.100

?з— р = 915 —6,7%.

Шунгит. Вблизи деревни Шуньга у Онежского оаера и на Кольском полуострове об­наружен своеобразный вид топлива, названный шунгитом.

Горючая масса шунгита содержит около 97% углерода, 1% водорода и 2% кислорода [71, 90].

Изучено четыре разновидности шунгита. Первая разновидность характеризуется весьма малой зольностью — порядка 2—4%. Однако ее наличие обнаружено лишь в виде весьма тонких прожилок толщиной 1—2 см. Вторая разновидность шунгита содержит около 40% минеральной массы, третья — 60—80%, а четвертая — более 90%. Высокая зольность шунгита, наряду с термической неустойчивостью топлива и малым выходом летучих, крайне затрудняет его использование. Многочисленные попытки, предприни­мавшиеся в этом направлении, пока не увенчались успехом [91].

В Северо-Западный район страны издалека завозят каменный уголь и транспорти­руют природный газ из Средней Азии. Намечается подача природного газа также иа Тюменской области. В соответствии с этим интересно повторить попытку использования местного топлива — шунгита, на этот раз совместно с природным газом.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Классификация угля: виды, марки

     Основной показатель любого топлива — удельная теплота сгорания. Для бурого угля этот показатель составляет около 3500, для антрацита 7400 ккал/кг. Мы в своих расчетах используем 5300 ккал/кг. В справочниках иногда приводят значение 7000 ккал/кг, но эти цифры относятся к угольному концентрату.

     

 

 

Виды и сорта угля

     Уголь классифицируется по многим параметрам (география добычи, химический состав), но с «бытовой» точки зрения, покупая уголь, достаточно разобраться в маркировке и возможности использования в Термороботе.
     По степени углефикации выделяют три вида угля: бурый, каменный и антрацит. Используют следующую систему обозначений угля: Сорт = (марка) + (класс крупности).


 

Бурые

Б

Каменные

Длиннопламенные

Д

Газовые

Г

Жирные

Ж

Коксовые

К

Отощенно-спекающиеся

ОС

Слабоспекающийся

СС

Тощие

Т

Антрациты

А

 

     Кроме основных марок, приведенных в таблице, выделяют также промежуточные марки каменного угля: ДГ (длиннопламенно-газовые), ГЖ (газовые жирные), КЖ (коксовые жирные), ПА (полуантрациты), бурые угли также делятся по группам.
     Коксующиеся марки угля (Г, кокс, Ж, К, ОС) в теплоэнергетике практически не используются, так как они являются дефицитным сырьем для коксохимической промышленности.
 

     По классу крупности (размеру кусков, фракции) сортовой каменный уголь подразделяется на:

    
 

П

Плитный

более100 мм

К

Крупный

50-100 мм

О

Орех

26-50 мм

М

Мелкий

13-25 мм

С

Семечко

6-13 мм

Ш

Штыб

менее 6 мм

Р

Рядовой

не ограниченный размерами

     Кроме сортового угля в продаже присутствуют совмещенные фракции и отсевы (ПК, КО, ОМ, МС, СШ, МСШ, ОМСШ). Размер угля определяют исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанных в названии марки угля.
     Например, фракция ОМ (М — 13–25, О — 25-50) составляет 13–50 мм.

     Кроме указанных сортов угля в продаже можно встретить угольные брикеты, которые прессуют из низкообогащенного угольного шлама.  

Сравнение теплоты сгорания, коэффициента утилизации тепла и КПД при отоплении газом, жидким и твёрдым топливом

Особенности конструкции котлов объясняют, почему сжиженный газ лучше подходит для отопления частного дома, чем дизельное топливо, уголь, пеллеты или дрова.

  • Жидкотопливные (например, дизельные) и твердотопливные (например, угольные и использующие дрова и пеллеты) котлы используют естественную тягу. Газовые котлы могут использовать искусственную тягу.
  • Среднегодовой КПД жидкотопливных и твердотопливных котлов с естественной тягой не поднимается выше 85%. Для газовых котлов с искусственной тягой этот показатель составляет 97-98%. Относительный КПД газовых конденсационных котлов может превышать 100%.
  • Коэффициент утилизации теплоты сгорания твёрдого топлива (уголь, дрова, пеллеты) составляет лишь 68%. Жидкое топливо используется не более чем на 77%. Современные газовые котлы обеспечивают коэффициент утилизации теплоты до 98%.

Теплота сгорания

Топливо Wв, МДж/кг Wн, МДж/кг
Антрацит (марки А) 32-34 19-27
Бурые угли 25-29 10-17
Древесный уголь 30 -
Дрова 19  
Каменные угли длиннопламенные (Д) 31-32 21-24
Торф 22-25 8. 4-11
Природный газ 38.23  
Пропан-бутан   42.16
Дизельное топливо 42.7  
Пеллеты 19  

Теплоту сгорания, определяемая без учета потерь на испарение воды, которая содержится в топливе и продуктах сгорания, называют высшей теплотой Wв. Теплота сгорания с учётом потерь на испарение воды - называется низшей теплотой Wн.

При расчёте производительности современных котлов на газообразном топливе используется высшая удельная теплота сгорания топлива. Жидкотопливные и твердотопливные котлы рассчитываются по низшей удельной теплоте сгорания топлива.

Дело в том, что в связи с высокой температурой процесса горения топлива и сложностью регулировки тепловой реакции жидкотопливных и твердотопливных котлов используются процессы с естественной дымовой тягой. Для горения газового топлива применяются процессы с искусственной тягой.

При работе атмосферных котлов (то есть котлов с естественной тягой) принято выбрасывать в атмосферу дымовые газы вместе с парами воды при температуре выше 100°С. В таких случаях теплоту парообразования считают паразитной, так как она не используется в теплообменных процессах.

Именно поэтому для тепловых расчетов котлов, в которых не используется теплота конденсации пара, содержащегося в продуктах сгорания, учитывается только низшая теплота сгорания топлива.

КПД котла

Максимального КПД атмосферные котлы, использующие жидкое и твёрдое топливо, достигают при температурах теплоносителя выше 100°. При этом коэффициент утилизации тепла остается низким из-за высокой температуры дымовых газов.

Поскольку теплоносители (вода, антифриз) закипают при температурах выше 100°, теплоноситель не нагревается выше 90°. При рабочих температурах теплоносителя 40°-80°, среднегодовой КПД атмосферных котлов не превышает 85%.

Современные газовые котлы с принудительной тягой (вентиляторные, конденсационные) не нуждаются в поддержании тяги, поэтому достигают максимального КПД 97-98% при любых температурах теплоносителя.

Конденсационные котлы используют температуру конденсации пара для нагрева теплоносителя, и достигают максимального относительного (относительно котлов не использующих процесс конденсации пара) КПД до 110%, при низких температурах теплоносителя (40°).

Коээфициент утилизации тепла

Коэффициент утилизации тепла – отношение количества теплоты, воспринятой котлом-утилизатором, к теплу топлива, сожженного в печи.

Коэффициент утилизации тепла современных газовых котлов с закрытой камерой сгорания, с регулируемой процессором подачей газа и воздуха превышает 99%.

Коэффициент утилизации тепла всех атмосферных котлов не превышает 90% в связи с тем, что в процессе сгорания в атмосферных котлах не используется часть теплого воздуха, который забирается из помещения, нагревается в топке выделяемой топливом энергией до температуры, превышающей 100° и выбрасывается в дымовую трубу.

Коэффициент утилизации тепла твердотопливных котлов не превышает 80% в связи с высокой температурой в реакторе (топке) и сложностью её регулировки.

Таким образом, коэффициент использования теплоты сгорания газообразного топлива в современных котлах с закрытой камерой сгорания достигает 98%, причем рассчитывается по высшей теплоте сгорания (если используется котел конденсационного типа). Жидкое топливо используется не более чем на 77%, а твердое всего лишь на 68%.

Читайте также: Сравнение расходов на отопление дома при помощи газа и других видов топлива.

Учебное пособие по химии сжигания углеводородов

Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

Полное сжигание углеводородов

Любой углеводород сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода и водяного пара.

Для полного сгорания углеводорода:

⚛ газообразный кислород - избыток реагента

⚛ углеводород - ограничивающий реагент

Мы можем написать общее словесное уравнение для полного сгорания любого углеводорода, как показано ниже:

углеводород + избыточный газообразный кислород → газообразный диоксид углерода + водяной пар

Углеводороды включают алканы, алкены и алкины, поэтому мы можем сказать, что:

⚛ любой алкан сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода и водяного пара

алкан + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

⚛ любой алкен сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода и водяного пара

алкен + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

⚛ любой алкин сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода и водяного пара

алкин + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

Пример: полное сгорание метана

Метан, CH 4 (г) , представляет собой углеводород. Это соединение, состоящее только из элементов углерода (C) и водорода (H).

Метан - это газ при комнатной температуре и давлении. Это обычный компонент природного газа, который используется в качестве топлива.

Метан сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода (CO 2 (г) ) и водяного пара (H 2 O (г) ).

Сгорание с избытком кислорода называется полным сгоранием.

Мы можем написать сбалансированное химическое уравнение для представления полного сгорания газообразного метана, как показано ниже:

  1. Напишите словесное уравнение для полного сгорания метана:
    общее уравнение: реактивы товаров
    слово уравнение: метан + газообразный кислород углекислый газ + водяной пар
  2. Запишите молекулярную формулу для каждого реагента и продукта в словесном уравнении:
    Реагенты Продукты
    метан:

    газообразный кислород:

    CH 4 (г)

    O 2 (г)

    углекислый газ:

    водяной пар:

    CO 2 (г)

    H 2 O (г)

  3. Напишите несбалансированное химическое уравнение, подставив молекулярную формулу для названия каждого реагента и продукта в словесное уравнение:
    общее уравнение: реактивы товаров
    уравнение слова: метан + газообразный кислород углекислый газ + водяной пар
    несбалансированное химическое уравнение: CH 4 (г) + O 2 (г) CO 2 (г) + H 2 O (г)
  4. Уравновесить химическое уравнение:
    несбалансированное химическое уравнение: CH 4 (г) + O 2 (г) CO 2 (г) + H 2 O (г)
    No. Атомы C: 1 = 1 C-атомы сбалансированы
    Кол-во атомов H: 4 2 Атомы H НЕ сбалансированы
    Необходимо умножить количество молекул воды на 2 , чтобы уравновесить атомы водорода.Затем проверьте баланс этого нового химического уравнения, как показано ниже.
    CH 4 (г) + O 2 (г) CO 2 (г) + 2 H 2 O (г)
    Кол-во атомов C: 1 = 1 C-атомы сбалансированы
    No.Атомы H: 4 = 4 Сбалансированные атомы H
    Кол-во атомов O: 2 2 + 2 Атомы O НЕ сбалансированы
    Необходимо умножить количество молекул кислорода на 2 , чтобы уравновесить атомы кислорода. Затем проверьте баланс этого нового химического уравнения, как показано ниже:
    CH 4 (г) + 2 O 2 (г) CO 2 (г) + 2H 2 O (г)
    Кол-во атомов C: 1 = 1 C-атомы сбалансированы
    No.Атомы H: 4 = 4 Сбалансированные атомы H
    Кол-во атомов O: 4 = 2 + 2 Атомы О сбалансированы
  5. Сбалансированное химическое уравнение полного сгорания газообразного метана:

    CH 4 (г) + 2O 2 (г) → CO 2 (г) + 2H 2 O (г)

Неполное сжигание углеводородов

Если присутствует недостаточно газообразного кислорода для сгорания углеводорода, чтобы произвести наиболее окисленную форму углерода, которой является газообразный диоксид углерода, мы называем реакцию неполным сгоранием углеводорода.

Для неполного сгорания углеводорода:

⚛ газообразный кислород - ограничивающий реагент

⚛ углеводород - избыток реагента

Неполное сгорание углеводорода обычно приводит к возникновению «сажистого» пламени из-за присутствия углерода (C) или сажи как продукта реакции неполного сгорания.

Водород в углеводороде будет окислен до воды, H 2 O, но углерод в углеводороде может или не может быть окислен до газообразного монооксида углерода (CO (г) ).

Пример: неполное сгорание метана

В конкретном эксперименте избыточный газообразный метан (CH (g) ) сжигался в ограниченном количестве газообразного кислорода с образованием сажи (твердого углерода) и водяного пара.

Мы можем написать сбалансированное химическое уравнение, чтобы представить это неполное сгорание метана в этом эксперименте, как показано ниже:

  1. Напишите уравнение неполного сгорания метана в словах:
    общее уравнение: реактивы товаров
    слово уравнение: метан + газообразный кислород твердый углерод + водяной пар
  2. Запишите молекулярную формулу для каждого реагента и продукта в словесном уравнении:
    Реагенты Продукты
    метан:

    газообразный кислород:

    CH 4 (г)

    O 2 (г)

    твердый углерод:

    водяной пар:

    C (с)

    H 2 O (г)

  3. Напишите несбалансированное химическое уравнение, подставив формулу названия каждого реагента и продукта в словесное уравнение:
    общее уравнение: реактивы товаров
    слово уравнение: метан + газообразный кислород твердый углерод + водяной пар
    несбалансированное химическое уравнение: CH 4 (г) + O 2 (г) C (т) + H 2 O (г)
  4. Уравновесить химическое уравнение:
    несбалансированное химическое уравнение: CH 4 (г) + O 2 (г) C (т) + H 2 O (г)
    No. Атомы C: 1 = 1 C-атомы сбалансированы
    Кол-во атомов H: 4 2 Атомы H НЕ сбалансированы
    Необходимо умножить количество молекул воды на 2 , чтобы уравновесить атомы водорода.Затем проверьте баланс нового уравнения:
    CH 4 (г) + O 2 (г) C (т) + 2 H 2 O (г)
    Кол-во атомов C: 1 = 1 C-атомы сбалансированы
    No.Атомы H: 4 = 4 Сбалансированные атомы H
    Кол-во атомов O: 2 = 2 Атомы О сбалансированы
  5. Уравновешенное химическое уравнение неполного сгорания газообразного метана в этом эксперименте имеет следующий вид:

    CH 4 (г) + O 2 (г) → C (с) + 2H 2 O (г)

Теплота сгорания

Теплота сгорания (ΔH c 0 ) - это энергия, выделяющаяся в виде тепла, когда соединение полностью сгорает с кислородом в стандартных условиях. Химическая реакция обычно представляет собой реакцию углеводорода с кислородом с образованием диоксида углерода, воды и тепла. Его можно выразить числами:

  • энергия / моль топлива (кДж / моль)
  • энергия / масса топлива
  • энергия / объем топлива

Теплота сгорания традиционно измеряется калориметром бомбы. Его также можно рассчитать как разницу между теплотой образования (Δ f H 0 ) продуктов и реагентов.

Теплотворная способность

Теплотворная способность или Энергетическая ценность вещества, обычно топлива или пищи (см. Пищевая энергия), представляет собой количество тепла, выделяющееся при сгорании определенного количества вещества. Энергетическая ценность является характеристикой каждого вещества. Он измеряется в единицах энергии на единицу вещества, обычно массы, например: кДж / кг, кДж / моль, ккал / кг, БТЕ / м³. Теплотворная способность обычно определяется с помощью калориметра бомбы.

Теплота сгорания топлива выражается как HHV, LHV или GHV.

Высшая теплота сгорания

Определяется величина, известная как высшая теплотворная способность ( HHV ) (или валовая энергия или верхняя теплотворная способность или высшая теплотворная способность ( GCV ) или более высокая теплотворная способность ( HCV )) путем доведения всех продуктов сгорания до исходной температуры перед сгоранием и, в частности, конденсации любого образующегося пара. В таких измерениях часто используется температура 25 ° C.Это то же самое, что и термодинамическая теплота сгорания, поскольку изменение энтальпии реакции предполагает общую температуру соединений до и после сгорания, и в этом случае вода, полученная при сгорании, является жидкой.

Более высокая теплотворная способность учитывает скрытую теплоту парообразования воды в продуктах сгорания и полезна при расчете теплотворной способности топлива, когда конденсация продуктов реакции практически возможна (например, в газовом котле, используемом для отопления помещений. ).Другими словами, HHV предполагает, что весь водный компонент находится в жидком состоянии в конце сгорания (в продукте сгорания).

Нижняя теплота сгорания

Величина, известная как нижняя теплотворная способность ( LHV ) ( низшая теплотворная способность ( NCV ) или низшая теплотворная способность ( LCV )), определяется путем вычитания теплоты испарения водяного пара из более высокая теплотворная способность. Это рассматривает любой образовавшийся H 2 O как пар.Таким образом, энергия, необходимая для испарения воды, не выделяется в виде тепла.

Расчеты

LHV предполагают, что водный компонент процесса сгорания находится в парообразном состоянии в конце сгорания, в отличие от более высокой теплотворной способности (HHV) (также известной как высшая теплотворная способность или брутто CV ), которая предполагает все вода в процессе горения находится в жидком состоянии после процесса горения.

LHV предполагает, что скрытая теплота испарения воды в топливе и продуктах реакции не восстанавливается. Это полезно при сравнении видов топлива, в которых конденсация продуктов сгорания нецелесообразна или тепло при температуре ниже 150 ° C не может использоваться.

Приведенное выше является лишь одним определением более низкой теплотворной способности, принятым Американским институтом нефти (API), и они использовали справочную температуру 60 ° F (15,56 ° C).

Другое определение, используемое Ассоциацией поставщиков газоперерабатывающих предприятий (GPSA) и первоначально используемое API (данные, собранные для исследовательского проекта API 44), заключается в том, что нижняя теплотворная способность - это энтальпия всех продуктов сгорания за вычетом энтальпии топлива в эталонная температура (в исследовательском проекте API 44 использовалась 25 ° C.В настоящее время GPSA использует температуру 60 ° F) за вычетом энтальпии стехиометрического кислорода (O 2 ) при эталонной температуре за вычетом теплоты испарения паросодержащих продуктов сгорания.

Различие между ними состоит в том, что это второе определение подразумевает, что продукты сгорания все возвращается обратно к исходной температуре, но тогда содержание тепла от конденсации паров считается не полезно. Это легче вычислить по более высокой теплотворной способности, чем при использовании предыдущего определения, и на самом деле это даст немного другой ответ.

Теплотворная способность брутто

  • Полная теплотворная способность (см. AR ) учитывает воду в выхлопе, выходящую в виде пара, и включает жидкую воду в топливе перед сгоранием. Это значение важно для таких видов топлива, как древесина или уголь, которые обычно содержат некоторое количество воды перед сжиганием.

Измерение теплотворной способности

Более высокая теплотворная способность экспериментально определена в калориметре бомбы путем скрытия стехиометрической смеси топлива и окислителя (например.(два моля водорода и один моль кислорода) в стальном контейнере при 25 ° инициируется устройством зажигания, и реакции горения завершаются. Когда водород и кислород вступают в реакцию во время горения, появляется водяной пар. Затем емкость и ее содержимое охлаждают до исходных 25 ° C, и более высокая теплотворная способность определяется как тепло, выделяющееся между идентичными начальной и конечной температурами.

Когда определяется нижняя теплотворная способность (LHV), охлаждение прекращается при 150 ° C, и тепло реакции восстанавливается только частично.Предел 150 ° C - выбор произвольный.

Примечание: более высокая теплотворная способность (HHV) рассчитывается с произведением воды в жидкой форме , тогда как более низкая теплотворная способность (LHV) рассчитывается с произведением воды в паровой форме .

Связь между теплотворной способностью

Разница между двумя значениями теплотворной способности зависит от химического состава топлива. В случае чистого углерода или монооксида углерода обе величины нагрева почти идентичны, разница заключается в содержании явного тепла в диоксиде углерода между 150 ° C и 25 ° C (явный теплообмен вызывает изменение температуры.Напротив, скрытая теплота добавляется или вычитается для фазовых переходов при постоянной температуре. Примеры: теплота испарения или теплота плавления). Для водорода разница гораздо более значительна, поскольку она включает в себя явную теплоту водяного пара между 150 ° C и 100 ° C, скрытую теплоту конденсации при 100 ° C и явную теплоту конденсированной воды между 100 ° C и 25 ° C. С. В целом, более высокая теплотворная способность водорода на 18,2% выше его более низкой теплотворной способности (142 МДж / кг против 120 МДж / кг). Для углеводородов разница зависит от содержания водорода в топливе.Для бензина и дизельного топлива более высокая теплотворная способность превышает более низкую теплотворную способность примерно на 10% и 7%, соответственно, для природного газа примерно на 11%.

Обычный метод соотнесения HHV с LHV:

HHV = LHV + h v x (n h3O, out / n топливо, дюйм )
где h v - теплота испарения воды, n h3O, out - это количество моль испарившейся воды и n топлива, в - количество молей сожженного топлива. [1]

Большинство применений, сжигающих топливо, производят водяной пар, который не используется, и, таким образом, теряет его теплосодержание. В таких случаях приемлемой мерой является более низкая теплотворная способность. Это особенно актуально для природного газа, в котором из-за высокого содержания водорода образуется много воды. Общая энергетическая ценность относится к газу, сжигаемому в конденсационных котлах и на электростанциях с конденсацией дымовых газов, которые конденсируют водяной пар, образующийся при сжигании, с рекуперацией тепла, которое в противном случае было бы потрачено впустую.

Использование терминов

По историческим причинам эффективность электростанций и теплоэлектростанций в Европе рассчитывается на основе LHV, в то время как, например, в в США он обычно основан на HHV. Это приводит к особому результату: современные теплоэлектроцентрали, где применяется конденсация дымовых газов, могут показывать КПД, превышающий 100% в Европе.

Многие производители двигателей оценивают расход топлива двигателями по более низкой теплотворной способности.Американские потребители должны знать, что соответствующий показатель расхода топлива, основанный на более высокой теплотворной способности, будет несколько выше.

Разница между определениями HHV и LHV вызывает бесконечную путаницу, когда цитирующие не удосуживаются указать используемое соглашение. [2] , поскольку обычно для электростанции, работающей на природном газе, разница между двумя методами составляет 10%.

Учет влажности

И HHV, и LHV могут быть выражены в единицах AR (учитывается вся влажность), MF и MAF (только вода от сжигания водорода).AR, MF и MAF обычно используются для обозначения теплотворной способности угля:

  • AR (Как получено) указывает, что теплотворная способность топлива была измерена со всеми присутствующими минералами, образующими влагу и золу.
  • MF (без влаги) или Dry указывает, что теплотворная способность топлива была измерена после того, как топливо было высушено от всей присущей ему влаги, но все еще сохраняло свои золообразующие минералы.
  • MAF (без влаги и золы) или DAF (без содержания влаги и золы) означает, что теплотворная способность топлива была измерена при отсутствии собственной влаги и минералов, образующих золу.

Столы теплоты сгорания

Высшая (HHV) и Низкая (LHV) Теплотворная способность
некоторых обычных видов топлива [3]
Топливо HHV МДж / кг HHV БТЕ / фунт HHV кДж / моль LHV МДж / кг
Водород 141.80 61 000 286 121,00
метан 55,50 23 900 889 50.00
этан 51,90 22 400 1,560 47,80
Пропан 50,35 21 700 2,220 46,35
Бутан 49,50 20 900 2 877 45,75
пентан 45,35
Бензин 47,30 20 400 44. 40
Парафин 46,00 19 900 41,50
Керосин 46,20 19 862 43,00
Дизель 44,80 19 300
Уголь (антрацит) 27,00 14 000
Уголь (лигнит) 15,00 8 000
Дерево 15.00 6 500
Торф (влажный) 6,00 2 500
Торф (сухой) 15,00 6 500
Более высокая теплотворная способность
некоторых менее распространенных видов топлива [3]
Топливо HHV МДж / кг БТЕ / фунт кДж / моль
Метанол 22,7 9 800 726. 0
этанол 29,7 12 800 1 300,0
пропанол 33,6 14 500 2,020,0
Ацетилен 49,9 21 500 1 300,0
Бензол 41,8 18 000 3 270,0
Аммиак 22,5 9 690 382,0
Гидразин 19.4 8,370 622,0
гексамин 30,0 12 900 4 200,0
Углерод 32,8 14 100 393,5
Теплота сгорания для некоторых обычных видов топлива (более высокое значение)
Топливо кДж / г ккал / г БТЕ / фунт
Водород 141,9 33,9 61 000
Бензин 47. 0 11,3 20 000
Дизель 45,0 10,7 19 300
этанол 29,7 7,1 12 000
Пропан 49,9 11,9 21 000
Бутан 49,2 11,8 21 200
Дерево 15,0 3,6 6 000
Уголь (лигнит) 15.0 4,4 8 000
Уголь (антрацит) 27,0 7,8 14 000
Природный газ 54,0 13,0 23 000

Более низкая теплотворная способность некоторых органических соединений (при 15,4 ° C) [ необходима ссылка ]

Неправильное преобразование единиц измерения. Например, если посмотреть на бутан, 21896,1 БТЕ / фунт составляет 50,93 МДж / кг.

Топливо МДж / кг МДж / л БТЕ / фунт кДж / моль
Парафины
Метан 50.009 23 934,6 802.34
этан 47,794 22 871,8 1437,17
Пропан 46,357 22 182,6 2044.21
Бутан 45,752 21 896,1 2659,30
Пентан 45,357 28,39 21 705.9 3272,57
гексан 44,752 29,30 21 415,6 3856,66
Гептан 44,566 30,48 21 326,0 4465,76
Октан 44,427 31,23 22 748,1 5430
Нонан

PPT - Тепловыделение при горении Презентация PowerPoint, скачать бесплатно

  • Тепловыделение при горении 朱 信 Hsin ChuProfessorDept. Экологической инженерииНациональный университет Ченг Кунг

  • 1. Введение • Важно иметь возможность количественно оценить тепловые изменения, происходящие при сгорании топлива, поэтому мы должны рассмотреть термодинамику процесса сгорания. • Следующий слайд (Рис. 3.1) Элементарная открытая система внутри границы, содержащая рабочую жидкость, которая изначально представляет собой смесь топлива и воздуха. Смесь может воспламениться и сгореть при постоянном давлении (как в котлах) или горение может происходить при постоянном объеме.

  • 2. Сжигание при постоянном давлении • Система сгорания должна подчиняться Первому закону термодинамики, но применение этого закона на первый взгляд может показаться трудным из-за изменения химического состава «рабочего тела» от смесь топлива и воздуха к образующимся продуктам сгорания. • Применение Первого закона к открытой системе на рис. 3.1 дает для каждого кг рабочей жидкости следующее уравнение: (U2 - U1) + (P2V2 - P1V1) + g (Z2 - Z1) + ½ (C22 -C12) = QW (1)

  • Термины в левой части являются соответственно изменением внутренней энергии жидкости (u), «работой потока», участвующей в продвижении жидкости через систему ( pv), изменение потенциальной энергии жидкости (z) и, наконец, ее изменение кинетической энергии (c). • Работа, выполняемая системой (W), в случае котла, равна нулю, поэтому правая часть уравнения представляет количество тепла, переданного в систему (Q).

  • Изменения потенциальной и кинетической энергии жидкости можно считать незначительными, поэтому уравнение (1) упрощается до: (U2 - U1) + (P2V2 - P1V1) = Q • Энтальпия жидкости, H , задается формулой H = U + PV, ведущей к окончательной форме уравнения стационарного потока: h3 - h2 = Q (2)

  • Это простое выражение связывает тепло, передаваемое через границу системы, с изменением энтальпия жидкости на входе и выходе из системы.• Позже мы увидим, как это приводит к очень удобному методу измерения эффективности котла. Мы можем подойти к этой проблеме, рассмотрев отдельно энтальпии реагентов и продуктов.

  • 3. Энтальпия смеси газов • Изменение энтальпии реагентов можно рассчитать путем суммирования изменений энтальпии каждого из составляющих газов. • Изменение энтальпии газа как функция температуры определяется выражением H = cp (△ t), что на первый взгляд может показывать прямолинейную зависимость между изменением энтальпии и разностью температур.

  • Температурные изменения, возникающие при горении, значительны; например, азот может попасть в систему сгорания при температуре окружающей среды (25 ℃) и нагреваться в пламени примерно до 2000 ℃. • При более низкой температуре азот имеет удельную теплоемкость при постоянном давлении 1,04 кДж / кг / К, повышаясь до 1,30 кДж / кг / К при температуре пламени. • Все газы имеют значения cp, которые увеличиваются с температурой, поэтому диаграмма свойств, связывающая энтальпию реагентов HR с их температурой, будет кривой, аналогичной кривой на рис.3.2 (следующий слайд).

  • Изменение энтальпии смеси может быть получено суммированием изменений каждого из ее компонентов, уравнение, описывающее кривую: • Для большинства целей достаточно усредненного значения CP, взятого по температурному интервалу, но изменение теплоемкости с температурой не является линейным, и для точной работы следует использовать табличные значения энтальпии.

  • 4. Энтальпия сгорания • Аналогично, диаграмма энтальпия-температура для продуктов будет следующей: • Если некоторое количество тепла покинуло систему, энтальпия продуктов будет меньше энтальпии реагентов при такая же температура.• Таким образом, мы можем нарисовать две кривые на диаграмме энтальпии-температуры, одну для реагентов и одну для продуктов, причем кривая для продуктов расположена ниже кривой для реагентов. (Рис. 3.3, следующий слайд).

  • Энтальпия △ h35

  • При любой заданной температуре расстояние по вертикали между двумя кривыми на рис. 3.3 представляет собой энтальпию, выделяемую в процессе сгорания. В общем, величина этой величины будет зависеть от выбранная температура.• Стандартная принятая температура составляет 25 ℃, а величина △ h35 - энтальпия сгорания рассматриваемого топлива.

  • Некоторые примеры энтальпии сгорания газообразного топлива приведены в таблице 3. 1.

  • При сгорании всех вышеуказанных видов топлива образуется вода в дымовых газах, которые можно рассматривать как присутствующие в жидкой или паровой фазе. • Все приведенные выше значения энтальпии сгорания относятся к воде в паровой фазе.• Если требуется энтальпия сгорания воды в жидкой фазе, необходимо учитывать скрытую теплоту испарения водяного пара, образующегося в продуктах сгорания (Hfg): (h35) f = (△ h35) g - n × Hfg, где n представляет количество кмоль воды, произведенной на кмоль топлива.

  • Скрытая теплота при 25 ℃ составляет 44 000 кДж / кмоль из произведенной воды. • Пример 1: значение h35 для метана составляет -802 300 кДж / кмоль с водой в паровой фазе.Рассчитайте △ h35 для случая, когда весь водяной пар конденсируется. • Решение: соответствующее стехиометрическое уравнение горения для метана: Ch5 + 2 O2 → CO2 + 2 h3Oi.e. На каждый кмоль сгоревшего топлива образуется 2 кмоль водяного пара. (△ h35) f = (△ h35) g - 2 × Hfg = -802,300 - 2 × 44,000 = -890,300 кДж / кмоль

  • 5. Постоянная -volume Сжигание • Тепло, выделяемое при сжигании твердого или жидкого топлива, измеряется путем сжигания образца топлива при постоянном объеме, поэтому важно смотреть на термодинамику этого процесса, а также на процесс сгорания при постоянном давлении. .• Двигатель внутреннего сгорания (автомобили) - это система сгорания постоянного объема.

  • 6. Внутренняя энергия сгорания • Сгорание смеси топлива и воздуха при постоянном объеме легче всего представить как происходящее внутри жесткого закрытого контейнера. • Уравнение энергии Первого закона для замкнутой системы: (U2 - U1) = Q –W (3) • Поскольку граница системы фиксирована, никакая работа не может пересечь ее, поэтому уравнение (3) становится: (U2 - U1) = Q

  • Изменение внутренней энергии может быть связано с повышением температуры следующим образом: △ U = cV (△ t) • Таким образом, мы можем построить диаграмму внутренней энергии-температуры для реагентов и продуктов сгорания в одном и том же Так как график энтальпии-температуры был построен в разделе 3. (Рис. 3.4, следующий слайд)

  • внутренняя энергия △ U25

  • Кривые на рис. 3.4 описываются следующим образом: • Еще ​​раз, при любой заданной температуре внутренняя энергия продуктов должна быть меньше, чем у реагентов (поскольку тепло покинуло систему). • Разница между двумя кривыми при эталонной температуре 25 ℃ называется внутренней энергией сгорания этого топлива.

  • Каждое топливо будет иметь два значения внутренней энергии сгорания: одно для воды в паровой фазе и одно для воды в жидкой фазе.• Эти два значения будут отличаться внутренней энергией испарения (Ufg) воды при 25 ℃, которая составляет 37 602 кДж / кмоль.

  • 7. Связь между h35 и △ U25 • Эти две величины связаны с типами топлива, поскольку измерения теплотворной способности обычно выполняются при постоянном давлении для газообразного топлива и при постоянном объеме для жидкого и твердого топлива. • Поскольку все виды топлива сжигаются при постоянном давлении в отопительных установках, естественно возникает вопрос о природе и величине разницы между двумя значениями.

  • Мы получаем • Термины (PV) для твердых и жидких тел очень малы, поэтому для любого реагента или продукта в газовой фазе: PV = nR Отсюда: △ h35 = △ U25 + RT (nP - nR), где nP и nR представляют собой общее количество кмолей продуктов сгорания и реагентов в газовой фазе соответственно.

  • Если nP = nR, то △ h35 и △ U25 будут иметь одинаковое значение. • Пример 2: △ h35 для пропана (C3H8) составляет -2 045 400 кДж / кмоль с водой в паровой фазе.Рассчитайте соответствующую внутреннюю энергию сгорания. • Решение: мы можем написать стехиометрическое уравнение для пропана, игнорируя присутствие азота и любого избыточного кислорода, поскольку они будут присутствовать как в реагентах, так и в продуктах: C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 h3OSo nP - nR = 7 - 6 = 1

  • △ h35 = △ U25 + RT (nP - nR) -2,045,400 = △ U25 + (8,314 × 298 × 1) △ U25 = -2,047,878 кДж / кмоль • В заключение, обычно существует небольшая численная разница между энтальпией и внутренней энергией сгорания топлива. Однако очень важна фаза любой воды, образующейся при сгорании.

  • 8. Теплотворная способность • Термины «энтальпия сгорания» и «внутренняя энергия сгорания» имеют точные термодинамические определения. • Однако в более практических ситуациях инженеры обычно используют теплотворную способность как меру тепла, выделяемого при сжигании единицы количества топлива. • Теплотворная способность жидкого топлива, измеренная при постоянном объеме, отличается от его внутренней энергии сгорания.Такие расхождения небольшие.

  • Теплотворная способность топлива обычно выражается в кДж (или МДж) на м3 (газообразное топливо) или кДж (МДж) на кг, что применимо ко всем типам топлива. • Если теплотворная способность включает скрытую теплоту конденсации производимой воды, ее обычно называют «высшей теплотворной способностью», где, как если бы вода находится в паровой фазе, используется термин «низшая теплотворная способность». • Также используются выражения «более высокая теплотворная способность» и «более низкая теплотворная способность».

  • Топливо может иметь четыре значения теплотворной способности: (1) высшая теплотворная способность при постоянном объеме; (2) высшая теплотворная способность при постоянном давлении; (3) низшая теплотворная способность при постоянном объеме; (4) низшая теплотворная способность при постоянном давлении. • Числовые значения (1) и (3) близко соответствуют двум значениям U25, а значения (2) и (4) близки к двум значениям для h35.

  • Значение hfg для воды при 25 ℃ составляет 2442 кДж / кг. • Пример 3: Жидкое топливо состоит из 86% углерода и 14% водорода (по массе).Его высшая теплотворная способность составляет 43,5 МДж / кг. рассчитать низшую теплотворную способность. • Решение: h3 + ½ O2 → h3 Из 2 кг водорода образуется 18 кг водяного пара. Таким образом, масса водяного пара, образующегося при сгорании 1 кг топлива, составляет 0,14 × 9 = 1,26 кг, низшая теплотворная способность топлива тогда составляет 43,5 - 1,26 × 2,442 = 40,42 МДж / кг

  • на килограмм на основе, водород имеет гораздо более высокую теплотворную способность , чем углерод. Углерод имеет теплотворную способность 32,8 МДж / кг, тогда как молекулярный водород имеет низшую теплотворную способность 120.9 МДж / кг. • Теплотворная способность углеводородного топлива не может быть предсказана с какой-либо степенью точности на основе этих цифр, но есть неявное предположение, что теплотворная способность топлива может быть примерно связана с относительными количествами углерода и водорода, из которых оно изготовлено. вверх. • Общая тенденция проиллюстрирована на рис. 3.5 (следующий слайд). Диапазон отношения C: H простирается от антрацита и битуминозного угля (самое высокое соотношение C: H) до природного газа (самое низкое).

  • Гораздо более последовательную тенденцию демонстрируют жидкое и газообразное топливо, в которых доля водорода намного выше, чем в углях.• На Рис. 3.6 (следующий слайд) показана высшая теплотворная способность этих видов топлива в зависимости от их отношения C: H. Остаточное жидкое топливо (H, M и Z) Дистиллятное масло (G и K) Пропан (P) Природный газ (N)

  • Можно получить приблизительную оценку теплотворной способности твердого или жидкого топлива на основе его окончательного анализа и теплотворной способности его горючих компонентов. • Для этой цели соответствующие значения высшей теплотворной способности составляют: углерод 33,9 МДж / кг водорода 144,4 МДж / кг серы 9.4 МДж / кг • Расчетная теплотворная способность определяется как где C, H, O и S - массы этих элементов, присутствующих в 1 кг топлива. Предполагается, что кислород в топливе уже связан с присутствующим водородом.

  • Теплотворная способность газообразного топлива измеряется с помощью прибора , известного как калориметр Мальчика. Принцип работы этого устройства схематично показан на рис. 3.7 (следующий слайд). По сути, это противоточный теплообменник.

  • При достижении стационарных условий количество тепла, выделяемого при сжигании топлива, рассчитывается на основе повышения температуры охлаждающей воды и ее массового расхода.• Устройство спроектировано таким образом, чтобы средняя начальная и конечная температуры газа была близка к эталонному значению 25 ℃.

  • Эта температура значительно ниже точки росы продуктов сгорания , поэтому измеренное значение является высшей теплотворной способностью топлива. • Не весь водяной пар, образующийся при сгорании топлива, может конденсироваться в калориметре, но это можно исправить, подавая в калориметр почти насыщенный воздух.

  • Теплотворная способность жидкого или твердого топлива измеряется в калориметре бомбы (рис.3.8, следующий слайд). • Это устройство состоит из сферического сосуда, содержащего небольшой образец топлива в атмосфере сжатого кислорода. Бомба погружена в изолированную водяную баню, которая действует как калориметр тепла, выделяемого при инициировании горения.

  • Изменение температуры воды измеряется чувствительным термометром , и, зная тепловую емкость устройства, можно определить выделяемое тепло. • Еще ​​раз: повышение температуры происходит снизу, чуть выше эталонной температуры 25 ℃ с максимальным повышением примерно на 4 ℃.

  • На практике теплоемкость устройства оценивается экспериментально путем сжигания известного количества эталонного топлива, обычно бензойной кислоты, в устройстве. • В бомбу вводится некоторое количество воды, чтобы обеспечить насыщение, следовательно, конденсацию всей воды, образующейся при сгорании топлива.

  • определение теплоты сгорания и синонимы теплоты сгорания (английский)

    теплота сгорания () - это энергия, выделяющаяся в виде тепла, когда соединение полностью сгорает с кислородом в стандартных условиях.Химическая реакция обычно представляет собой реакцию углеводорода с кислородом с образованием диоксида углерода, воды и тепла. Его можно выразить числами:

    • энергия / моль топлива (кДж / моль)
    • энергия / масса топлива
    • энергия / объем топлива

    Теплота сгорания обычно измеряется бомбовым калориметром. Его также можно рассчитать как разницу между теплотой образования () продуктов и реагентов.

    Теплотворная способность

    Теплотворная способность или Энергетическая ценность вещества, обычно топлива или пищи (см. Пищевая энергия), представляет собой количество тепла, выделяющееся при сгорании определенного количества вещества.Энергетическая ценность является характеристикой каждого вещества. Он измеряется в единицах энергии на единицу вещества, обычно массы, например: кДж / кг, кДж / моль, ккал / кг, БТЕ / фунт. Теплотворная способность обычно определяется с помощью калориметра бомбы.

    Теплота сгорания топлива выражается как HHV, LHV или GHV.

    Высшая теплота сгорания

    Определяется величина, известная как высшая теплотворная способность ( HHV ) (или валовая энергия или верхняя теплотворная способность или высшая теплотворная способность ( GCV ) или более высокая теплотворная способность ( HCV )) путем доведения всех продуктов сгорания до исходной температуры перед сгоранием и, в частности, конденсации любого образующегося пара.В таких измерениях часто используется стандартная температура 25 ° C. Это то же самое, что и термодинамическая теплота сгорания, поскольку изменение энтальпии реакции предполагает общую температуру соединений до и после сгорания, и в этом случае вода, полученная при сгорании, является жидкой.

    Более высокая теплотворная способность учитывает скрытую теплоту парообразования воды в продуктах сгорания и полезна при расчете теплотворной способности топлива, когда практически возможна конденсация продуктов реакции (например,г., в газовом котле, используемом для отопления помещений). Другими словами, HHV предполагает, что весь водный компонент находится в жидком состоянии в конце сгорания (в продукте сгорания).

    Нижняя теплота сгорания

    Величина, известная как нижняя теплотворная способность ( LHV ) ( низшая теплотворная способность ( NCV ) или низшая теплотворная способность ( LCV )), определяется путем вычитания теплоты испарения водяного пара из более высокая теплотворная способность.Это рассматривает любой образовавшийся H 2 O как пар. Таким образом, энергия, необходимая для испарения воды, не выделяется в виде тепла.

    Расчеты

    LHV предполагают, что водный компонент процесса сгорания находится в парообразном состоянии в конце сгорания, в отличие от более высокой теплотворной способности (HHV) (также известной как высшая теплотворная способность или CV брутто), которая предполагает, что все вода в процессе сгорания находится в жидком состоянии после процесса сгорания.

    LHV предполагает, что скрытая теплота испарения воды в топливе и продуктах реакции не восстанавливается.Это полезно при сравнении видов топлива, в которых конденсация продуктов сгорания нецелесообразна или тепло при температуре ниже 150 ° C невозможно использовать.

    Это всего лишь одно определение более низкой теплотворной способности, принятое Американским институтом нефти (API) и использующее эталонную температуру 60 ° F (15,56 ° C).

    Другое определение, используемое Ассоциацией поставщиков газоперерабатывающих предприятий (GPSA) и первоначально используемое API (данные, собранные для исследовательского проекта API 44), - это энтальпия всех продуктов сгорания за вычетом энтальпии топлива при эталонной температуре (исследовательский проект API 44 использовали 25 ° C.В настоящее время GPSA использует температуру 60 ° F) за вычетом энтальпии стехиометрического кислорода (O 2 ) при эталонной температуре за вычетом теплоты испарения паросодержащих продуктов сгорания.

    Различие между ними заключается в том, что это второе определение предполагает, что все продукты сгорания возвращаются к исходной температуре, а теплосодержание конденсирующегося пара считается бесполезным. Это легче вычислить, исходя из более высокой теплотворной способности, чем при использовании предыдущего определения, и на самом деле это даст немного другой ответ.

    Теплотворная способность брутто

    • Полная теплотворная способность (см. AR ) учитывает воду в выхлопе, выходящую в виде пара, и включает жидкую воду в топливе перед сгоранием. Это значение важно для таких видов топлива, как древесина или уголь, которые обычно содержат некоторое количество воды перед сжиганием.

    Измерение теплотворной способности

    Более высокая теплотворная способность экспериментально определена в калориметре бомбы. Сгорание стехиометрической смеси топлива и окислителя (например,(например, два моля водорода и один моль кислорода) в стальном контейнере при 25 ° инициируется устройством зажигания, и реакции позволяют завершиться. Когда водород и кислород вступают в реакцию во время горения, образуется водяной пар. Затем сосуд и его содержимое охлаждают до исходных 25 ° C, и более высокая теплотворная способность определяется как тепло, выделяющееся между идентичными начальной и конечной температурами.

    Когда определяется нижняя теплотворная способность (LHV), охлаждение прекращается при 150 ° C, и тепло реакции восстанавливается только частично.Предел 150 ° C - выбор произвольный.

    Примечание: более высокая теплотворная способность (HHV) рассчитывается с произведением воды в жидкой форме , тогда как более низкая теплотворная способность (LHV) рассчитывается с произведением воды в паровой форме .

    Соотношение теплотворной способности

    Разница между двумя значениями теплотворной способности зависит от химического состава топлива. В случае чистого углерода или монооксида углерода две величины нагрева почти идентичны, разница заключается в содержании явного тепла в диоксиде углерода между 150 ° C и 25 ° C (явный теплообмен вызывает изменение температуры.Напротив, скрытая теплота добавляется или вычитается для фазовых переходов при постоянной температуре. Примеры: теплота испарения или теплота плавления). Для водорода разница гораздо более значительна, поскольку она включает в себя явную теплоту водяного пара между 150 ° C и 100 ° C, скрытую теплоту конденсации при 100 ° C и явную теплоту конденсированной воды между 100 ° C и 25 ° C. ° C. В целом, более высокая теплотворная способность водорода на 18,2% выше его более низкой теплотворной способности (142 МДж / кг против 120 МДж / кг). Для углеводородов разница зависит от содержания водорода в топливе.Для бензина и дизельного топлива более высокая теплотворная способность превышает более низкую теплотворную способность примерно на 10% и 7% соответственно, а для природного газа примерно на 11%.

    Обычный метод соотнесения HHV с LHV:

    HHV = LHV + h v x (n h3O, out / n топливо, дюйм )
    где h v - теплота испарения воды, n h3O, out - это количество моль испарившейся воды и n топлива, в - количество молей сожженного топлива. [1]

    Большинство применений, сжигающих топливо, производят водяной пар, который не используется, и, таким образом, расходуется его теплосодержание. В таких случаях приемлемой мерой является более низкая теплотворная способность. Это особенно актуально для природного газа, в котором из-за высокого содержания водорода образуется много воды. Общая энергетическая ценность относится к газу, сжигаемому в конденсационных котлах и электростанциях с конденсацией дымовых газов, которые конденсируют водяной пар, образующийся при сгорании, с рекуперацией тепла, которое в противном случае было бы потеряно.

    Использование терминов

    По историческим причинам эффективность электростанций и теплоэлектростанций в Европе, возможно, когда-то рассчитывалась на основе LHV. Однако в настоящее время это, похоже, не так, и большинство стран склонны правильно использовать HHV для получения истинных показателей эффективности, и если они еще не сделали этого, то им следует это сделать. Это становится заметным в современных британских публикациях по энергетике с ростом осведомленности об энергетике и основывается на том простом факте, что это правильно.В США значения, возможно, в основном основаны на HHV, хотя любое предварительное расследование может выявить, что США все еще склонны использовать LHV в некоторых обстоятельствах, независимо от того, является ли это технически правильным или нет. Это дает тот особенный результат, что современные теплоэлектроцентрали, где применяется конденсация дымовых газов, могут иметь КПД, превышающий 100%. Использование LHV в других расчетах энергии приводит к аналогичным ошибкам, особенно когда они используются (неправильно) в расчетах электролиза и т. Д.

    Многие производители двигателей оценивают расход топлива двигателями по более низкой теплотворной способности. Американские потребители должны знать, что соответствующий показатель расхода топлива, основанный на более высокой теплотворной способности, будет несколько выше.

    Разница между определениями HHV и LHV вызывает бесконечную путаницу, когда цитирующие не удосуживаются указать используемое соглашение. [2] , поскольку обычно существует разница в 10% между двумя методами для электростанции, сжигающей природный газ.Для простого сравнительного анализа части реакции может быть подходящим LHV, но HHV следует использовать для общих расчетов энергоэффективности, хотя бы во избежание путаницы, и в любом случае значение или соглашение должны быть четко указаны.

    Учет влажности

    И HHV, и LHV могут быть выражены в единицах AR (учитывается вся влажность), MF и MAF (только вода от сжигания водорода). AR, MF и MAF обычно используются для обозначения теплотворной способности угля:

    • AR (Как получено) указывает, что теплотворная способность топлива была измерена со всеми присутствующими минералами, образующими влагу и золу.
    • MF (без влаги) или Dry указывает, что теплотворная способность топлива была измерена после того, как топливо было высушено от всей присущей ему влаги, но все еще сохраняло свои золообразующие минералы.
    • MAF (без влаги и золы) или DAF (без содержания влаги и золы) означает, что теплотворная способность топлива была измерена при отсутствии собственной влаги и минералов, образующих золу.

    Столы теплоты сгорания

    Высшая (HHV) и Низкая (LHV) Теплотворная способность
    некоторых обычных видов топлива [3]
    Топливо HHV МДж / кг HHV БТЕ / фунт HHV кДж / моль LHV МДж / кг
    Водород 141.80 61 000 286 121,00
    метан 55,50 23 900 889 50,00
    этан 51,90 22 400 1,560 47,80
    Пропан 50,35 21 700 2,220 46,35
    Бутан 49,50 20 900 2 877 45.75
    пентан 45,35
    Бензин 47,30 20 400 44,4
    Парафин 46,00 19 900 41,50
    Керосин 46,20 19 862 43,00
    Дизель 44,80 19 300 43.4
    Уголь (антрацит) 27,00 14 000
    Уголь (лигнит) 15,00 8 000
    Дерево (MAF) 21,7 9 400
    Торф (влажный) 6,00 2 500
    Торф (сухой) 15,00 6 500
    Более высокая теплотворная способность
    некоторых менее распространенных видов топлива [3]
    Топливо HHV МДж / кг БТЕ / фунт кДж / моль
    Метанол 22.7 9 800 726,0
    этанол 29,7 12 800 1 300,0
    пропанол 33,6 14 500 2,020,0
    Ацетилен 49,9 21 500 1 300,0
    Бензол 41,8 18 000 3 270,0
    Аммиак 22,5 9 690 382.0
    Гидразин 19,4 8,370 622,0
    гексамин 30,0 12 900 4 200,0
    Углерод 32,8 14 100 393,5
    Теплота сгорания некоторых обычных видов топлива (более высокое значение)
    Топливо кДж / г ккал / г БТЕ / фунт
    Водород 141.9 33,9 61 000
    Бензин 47,0 11,3 20 000
    Дизель 45,0 10,7 19 300
    этанол 29,7 7,1 12 000
    Пропан 49,9 11,9 21 000
    Бутан 49,2 11,8 21 200
    Дерево 15.0 3,6 6 000
    Уголь (лигнит) 15,0 4,4 8 000
    Уголь (антрацит) 27,0 7,8 14 000
    Природный газ 54,0 13,0 23 000

    Более низкая теплотворная способность некоторых органических соединений (при 15,4 ° C) [ требуется ссылка ]

    Топливо МДж / кг МДж / л БТЕ / фунт кДж / моль
    Парафины
    Метан 50.009 21 504 802.34
    этан 47,794 20 551 1 437,2
    Пропан 46,357 19 934 2044,2
    Бутан 45,752 19 673 2 659,3
    Пентан 45,357 28,39 21 706 3 272.6
    гексан 44,752 29,30 19 504 3 856,7
    Гептан 44,566 30,48 19 163 4 465,8
    Октан 44,427 31,23 19 104 5 074,9
    Нонан 44,311 31,82 19 054 5 683,3
    декан 44.240 33,29 19 023 6 294,5
    Ундекан 44,194 32,70 19 003 6 908,0
    Додекан 44,147 33,11 18 983 7 519,6
    Изопарафины
    Изобутан 45,613 19 614 2 651,0
    Изопентан 45.241 27,87 19 454 3 264,1
    2-метилпентан 44,682 29,18 19 213 6 850,7
    2,3-диметилбутан 44.659 29,56 19 203 3 848,7
    2,3-Диметилпентан 44,496 30,92 19 133 4 458,5
    2,2,4-триметилпентан 44.310 30,49 19 053 5 061,5
    Нафтен
    Циклопентан 44,636 33,52 19 193 3,129,0
    Метилциклопентан 44,636? 33,43? 19 193? 3756,6?
    Циклогексан 43,450 33,85 18 684 3 656,8
    Метилциклогексан 43.380 33,40 18 653 4 259,5
    Моноолефины
    Этилен 47,195
    Пропилен 45,799
    1-бутен 45,334
    цис-2-бутен 45,194
    транс-2-бутен 45.124
    Изобутен 45.055
    1-пентен 45.031
    2-метил-1-пентен 44,799
    1-гексен 44,426
    Диолефины
    1,3-бутадиен 44.613
    Изопрен 44.078
    Закись азота
    Нитрометан 10,513
    Нитропропан 20,693
    ацетилены
    Ацетилен 48.241
    Метилацетилен 46,194
    1-Бутыне 45,590
    1-Pentyne 45,217
    Ароматические углеводороды
    Бензол 40,170
    Толуол 40.589
    о-ксилол 40.961
    м-ксилол 40,961
    п-ксилол 40,798
    Этилбензол 40,938
    1,2,4-триметилбензол 40.984
    Пропилбензол 41,193
    Кумол 41,217
    Спирты
    Метанол 19,930 15,78 8 570 638,55
    этанол 28,865 22,77 12 412 1,329.8
    н-пропанол 30,680 24,65 13,192 1843,9
    Изопропанол 30,447 23,93 13 092 1829,9
    н-бутанол 33,075 26,79 14 222 2 501,6
    Изобутанол 32,959 26,43 14 172 2442,9
    трет-бутанол 32.587 25,45 14 012 2 415,3
    н-пентанол 34,727 28,28 14 933 3 061,2
    Изоамиловый спирт 31,416? 35,64? 13 509? 2 769,3?
    Эфиры
    Метоксиметан 28,703 12 342 1 322,3
    этоксиэтан 33.867 24,16 14 563 2 510,2
    пропоксипропан 36,355 26,76 15,633 3 568,0
    Бутоксибутан 37,798 28,88 16 253 4 922,4
    Альдегиды и кетоны
    Метаналь 17,259
    этанал 24.156
    Пропионовый альдегид 28,889
    Бутиральдегид 31,610
    Ацетон 28,548 22,62
    Прочие виды
    Углерод (графит) 32.808
    Водород 120.971 52 017 244
    Окись углерода 10,112 4 348 283,24
    Аммиак 18,646 8 018 317,56
    Сера ( твердый ) 9,163 3 940 293,82

    Обратите внимание, что нет никакой разницы между более низкой и высокой теплотворной способностью для сжигания углерода, монооксида углерода и серы, поскольку при горении этих веществ не образуется вода.Значения БТЕ / фунт рассчитываются из МДж / кг (1 МДж / кг = 430 БТЕ / фунт).

    Высшая теплота сгорания природного газа из различных источников

    Международное энергетическое агентство сообщает следующие типичные более высокие значения теплотворной способности: [4]

    • Алжир: 42 000 кДж / м³
    • Бангладеш: 36 000 кДж / м³
    • Канада: 38 200 кДж / м³
    • Индонезия: 40 600 кДж / м³
    • Нидерланды: 33,320 кДж / м³
    • Норвегия: 39 877 кДж / м³
    • Пакистан: 34 900 кДж / м³
    • Россия: 38 231 кДж / м³
    • Саудовская Аравия: 38 000 кДж / м³
    • Великобритания: 39 710 кДж / м³
    • США: 38 416 кДж / м³
    • Узбекистан: 37 889 кДж / м³

    Нижняя теплотворная способность природного газа обычно составляет около 90 процентов от его более высокой теплотворной способности.

    См. Также

    Список литературы

    • "Carburants et moteurs", JC Guibet, Publication de l'Institut Français du Pétrole, ISBN 2-7108-0704-1

    Внешние ссылки

    тепла горения

    Было предложено объединить Теплота сгорания в эту статью или раздел. (Обсудить)

    Теплота сгорания (ΔH c 0 ) - это энергия, выделяющаяся в виде тепла, когда соединение полностью сгорает с кислородом.Химическая реакция обычно представляет собой реакцию углеводорода с кислородом с образованием диоксида углерода, воды и тепла. Это может быть выражено в количествах:

    • энергии / моль топлива
    • энергия / масса топлива
    • энергия / объем топлива

    Теплота сгорания традиционно измеряется калориметром бомбы. Его также можно рассчитать как разницу между теплотой образования (Δ f H 0 ) продуктов и реагентов.

    Рекомендуемые дополнительные знания

    Теплотворная способность

    Теплота сгорания топлива выражается как HHV (более высокая теплотворная способность) или LHV (более низкая теплотворная способность).

    При более низкой теплоте сгорания любой образующийся H 2 O рассматривается как пар. Таким образом, энергия, необходимая для испарения воды, не выделяется в виде тепла.

    Более высокая теплотворная способность совпадает с термодинамической теплотой сгорания, поскольку изменение энтальпии реакции предполагает общую температуру соединений до и после сгорания, и в этом случае вода, полученная при сгорании, является жидкой.

    Теплота сгорания обычных видов топлива (высшее значение)

    Теплота сгорания
    Топливо МДж / кг Мкал / кг БТЕ / фунт
    Водород 141.9 33,9 61 000
    Бензин 47 11,3 20 400
    Дизель 45 10,7 19 300
    этанол 29,8 7,1 12 800
    пропан 49,9 11,9 21 500
    Бутан 49,2 11.8 21 200
    Дерево 15 3,6 6 500
    Уголь 15–27 4,4 - 7,8 8 000–14 000
    Природный газ ~ 54 ~ 13 ~ 23 000

    Низкая теплотворная способность некоторых органических соединений (при 25 ° C)

    Топливо МДж / кг кДж / л БТЕ / фунт кДж / моль
    Парафины
    Метан 50.009 --- --- ---
    этан 47,794 --- --- ---
    пропан 46,357 --- --- ---
    Бутан 45,752 --- --- ---
    пентан 45,357 72,455 --- ---
    гексан 44.752 68,34 --- ---
    гептан 44,566 64,68 --- ---
    Октановое число 44,427 63,19 --- ---
    Нонан 44,311 61,71 --- ---
    декан 44,240 --- --- ---
    ундекан 44.194 --- --- ---
    Додекан 44,147 --- --- ---
    изопарафины
    Изобутан 45,613 --- --- ---
    Изопентан 45,241 --- --- ---
    2-метилпентан 44.682 --- --- ---
    2,3-диметилбутан 44,659 --- --- ---
    2,3-диметилпентан 44,496 --- --- ---
    2,2,4-триметилпентан 44,310 64,40 --- ---
    Нафтен
    Циклопентан 44.636 --- --- ---
    метилциклопентан 44,636 --- --- ---
    Циклогексан 43,450 --- --- ---
    метилциклогексан 43,380 --- --- ---
    Моноолефины
    Этилен 47.195 --- --- ---
    пропилен 45,799 --- --- ---
    1-бутен 45,334 --- --- ---
    цис-2-бутен 45,194 --- --- ---
    транс-2-бутен 45,124 --- --- ---
    изобутен 45.055 --- --- ---
    1-пентен 45,031 --- --- ---
    2-метил-1-пентен 44,799 --- --- ---
    1-гексен 44,426 --- --- ---
    Диолефины
    1,3-бутадиен 44.613 --- --- ---
    Изопрен 44,078 64,73 --- ---
    Производное азота
    Нитрометан 10,513 --- --- ---
    Нитропропан 20,693 --- --- ---
    ацетилены
    ацетилен 48.241 --- --- ---
    Метилацетилен 46,194 --- --- ---
    1-Бутыне 45,590 --- --- ---
    1-Pentyne 45,217 --- --- ---
    Ароматические углеводороды
    Бензол 40.170 --- --- ---
    Толуол 40,589 --- --- ---
    о-ксилол 40,961 --- --- ---
    м-ксилол 40,961 --- --- ---
    пара-ксилол 40,798 --- --- ---
    Этилбензол 40.938 --- --- ---
    1,2,4-триметилбензол 40,984 --- --- ---
    пропилбензол 41,193 --- --- ---
    Кумол 41,217 --- --- ---
    Спирты
    Метанол 19.937 --- --- ---
    этанол 28,865 --- --- ---
    н-пропанол 30,680 --- --- ---
    изопропанол 30,447 --- --- ---
    н-бутанол 33,075 --- --- ---
    изобутанол 32.959 --- --- ---
    Тертиобутанол 32,587 --- --- ---
    н-пентанол 34,727 --- --- ---
    эфиров
    метоксиметан 28,703 --- --- ---
    этоксиэтан 33.867 --- --- ---
    пропоксипропан 36,355 --- --- ---
    Бутоксибутан 37,798 --- --- ---
    Альдегиды и кетоны
    Метаналь 17,259 --- --- ---
    Ethanal 24.156 --- --- ---
    пропионовый альдегид 28,889 --- --- ---
    Бутиральдегид 31,610 --- --- ---
    Ацетон 28,548 --- --- ---
    Прочие виды
    Углерод (графит) 32.808 --- --- ---
    Водород 120,971 --- --- ---
    Окись углерода 10,112 --- --- ---
    Аммиак 18,646 --- --- ---
    Сера ( твердый ) 9,163 --- --- ---

    Обратите внимание, что нет никакой разницы между более низкой и высокой теплотворной способностью для сжигания углерода, окиси углерода и серы, поскольку при горении этих веществ не образуется вода.

    Список литературы

    • "Carburants et moteurs", JC Guibet, Publication de l'Institut Français du Pétrole, ISBN 2-7108-0704-1

    См. Также

    Глава 11: Горение (Обновлено 31.05.10)

    Глава 11: Горение (Обновлено 31.05.10)

    Глава 11: Сжигание
    (Спасибо to Дэвид Bayless за письменную помощь. этот раздел)

    Введение - До этого точка тепла Q во всех задачах и примерах была либо заданной значение или было получено из отношения Первого закона.Однако в различных тепловые машины, газовые турбины и паровые электростанции тепло полученные в процессе сгорания с использованием твердого топлива (например, уголь или дрова). жидкое топливо (например, бензин, керосин или дизельное топливо), или газообразное топливо (например, природный газ или пропан).

    В этой главе мы познакомимся с химией и термодинамика горения типовых углеводородных топлив - (C x H y ), в котором окислителем является кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. Обратите внимание, что мы не будем рассматривать сжигание твердого топлива или сложные смеси и смеси углеводородов, составляющих бензин, керосин или дизельное топливо.

    Атмосферный воздух содержит примерно 21% кислорода (O 2 ) по объему. Остальные 79% «прочих газов» в основном азот (N 2 ), т. предположим, что воздух состоит из 21% кислорода и 79% азота объем. Таким образом, каждый моль кислорода, необходимый для окисления углеводорода, равен сопровождается 79/21 = 3,76 моля азота. Используя эту комбинацию молекулярная масса воздуха становится 29 [кг / кмоль]. Обратите внимание, что это предполагается, что азот обычно не подвергается никаким химическим воздействиям. реакция.

    Процесс горения - Основной процесс сгорания можно описать с помощью топлива ( углеводород) плюс окислитель (воздух или кислород) под названием Реагенты , которые подвергаются химическому процессу, выделяя тепло, чтобы сформировать Продукты горения, так что масса сохраняется. в простейший процесс сгорания, известный как стехиометрический Сгорание , весь углерод в топливе образует диоксид углерода (CO 2 ) и весь водород образует воду (H 2 O) в продуктах, поэтому мы можем записать химическую реакцию следующим образом:


    где z известен как стехиометрический коэффициент для окислителя (воздуха)

    Обратите внимание, что эта реакция дает пять неизвестных: z, a, b, c, d, поэтому нам нужно решить пять уравнений.Стехиометрический горение предполагает отсутствие в продуктах избыточного кислорода, поэтому d = 0. Остальные четыре уравнения мы получаем в результате уравновешивания числа атомов каждого элемента в реагентах (углерод, водород, кислород и азота) с числом атомов этих элементов в продукты. Это означает, что никакие атомы не разрушаются и не теряются в реакция горения.

    Элемент

    Количество в реактивах

    =

    Количество товаров

    Приведенное уравнение

    Карбон (C)

    х

    а

    а = х

    Водород (H)

    л

    b = y / 2

    Кислород (O)

    2z

    2a + b

    г = а + б / 2

    Азот (N)

    2 (3.76) z

    2c

    c = 3.76z

    Обратите внимание, что образующаяся вода может находиться в паре или жидкая фаза, в зависимости от температуры и давления продукты сгорания.

    В качестве примера рассмотрим стехиометрическое горение метана (CH 4 ) в атмосферном воздухе. Приравнивание моляра коэффициенты реагентов и продуктов получаем:

    Теоретическое соотношение воздух и топливо-воздух -The минимальное количество воздуха, которое позволит полностью сгорать топливо называется Теоретический Air (также именуемый Стехиометрический воздух ).В этом случае продукты не содержат кислорода. Если мы поставляем меньше теоретического воздуха, тогда продукты могут содержать углерод монооксида (CO), поэтому обычной практикой является подача более теоретический воздух, чтобы предотвратить это явление. Это превышение Воздух приведет к появлению кислорода в продукты.

    Стандартная мера количества воздуха, используемого в процесс сгорания топлива воздух-топливо Коэффициент (AF), определяемый следующим образом:

    Таким образом, учитывая только реагенты метана при сжигании теоретического воздуха, представленного выше, получаем:

    Решенная задача 11.1 - дюйм эту задачу мы хотим разработать уравнение горения и определить соотношение воздух-топливо для полного сгорания н-бутана (C 4 H 10 ) с а) теоретическим воздухом и б) 50% избытком воздуха.


    Анализ продуктов сгорания - Горение всегда происходит при повышенных температурах и мы предполагаем, что все продукты сгорания (включая воду пар) ведут себя как идеальные газы. Поскольку у них другой газ постоянных, удобно использовать уравнение состояния идеального газа в условия универсальной газовой постоянной:

    В анализе продуктов сгорания нет представляет ряд интересных объектов:

    • 1) Что такое процентный объем конкретных продуктов, в частности диоксида углерода (CO 2 ) и углерода монооксид (CO)?

    • 2) Что такое роса точка водяного пара в продуктах сгорания? Это требует оценка парциального давления паровой составляющей воды продукты.

    • 3) Существуют экспериментальные методы объемного анализ продуктов сгорания, обычно проводится на Dry Основа , дающая процент объема всех компонентов, кроме водяного пара. Это позволяет просто метод определения фактического отношения воздух-топливо и использованного избыточного воздуха в процессе горения.

    Для идеальных газов мы находим, что мольная доля y i i-го компонента в смеси газов при определенном давлении P а температура T равна объемной доле этого компонента.
    Поскольку из молярного отношения идеального газа: P.V = N.R u .T, у нас:

    Кроме того, поскольку сумма составляющих объемов V i должен равняться общему объему V, имеем:

    Используя аналогичный подход, определяем частичную давление компонента с использованием закона парциальных давлений Дальтона:

    Решенная проблема 11.2 - В эта проблема Пропан (C 3 H 8 ) сжигается с 61% избытком воздуха, который поступает в камеру сгорания при 25 ° С.Предполагая полное сгорание и полное давление 1 атм. (101,32 кПа), определите а) соотношение воздух-топливо [кг-воздух / кг-топливо], б) процентное содержание двуокиси углерода в продуктах, и c) температура точки росы продуктов.

    Решенная проблема 11,3 - дюйма эта проблема Этан (C 2 H 6 ) сжигается атмосферным воздухом, и объемный анализ сухие продукты сгорания дает: 10% CO 2 , 1% CO, 3% O 2 и 86% № 2 .Разработать уравнение горения, и определить а) процент превышения воздух, b) соотношение воздух-топливо, и c) точка росы при сгорании. продукты.


    Анализ горения по первому закону - Основная цель горения - выработка тепла за счет изменения энтальпия от реагентов к продуктам. Из Первого Закона уравнение в контрольном объеме без учета кинетической и потенциальной энергии изменений и, если не делать никаких работ, имеем:

    , где суммирование ведется по всем продукты (p) и реагенты (r).N означает количество молей каждого компонента, а h [кДж / кмоль] относится к молярной энтальпии каждый компонент.

    Поскольку существует ряд различных веществ нам нужно установить общее эталонное состояние для оценки энтальпии, обычно выбирают 25 ° C и 1 атм, что обычно обозначается надстрочным индексом o. Проф. С. Бхаттачарджи из Государственный университет Сан-Диего разработал экспертную систему на базе Интернета в < www.thermofluids.net > позвонил ТЕСТ ( T he E xpert S система для T гермодинамика) в который он включил набор таблиц свойств идеального газа, все основанные на по энтальпии h o = 0 по этой общей ссылке.Мы адаптировали некоторые из этих таблиц специально для этого раздела, и их можно найти в следующая ссылка:

    Горение Таблицы молярной энтальпии

    В качестве примера снова рассмотрим полное сгорание метана (CH 4 ) с теоретическим воздухом:

    Обратите внимание, что в реагентах и ​​продуктах В приведенном выше примере у нас есть основные элементы O 2 и N 2 как а также соединения CH 4 , CO 2 и H 2 O.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *