 |
Расчет теоретической температуры горения
При определении теоретической температуры горения Тг предполагается, что вся выделившаяся теплота сообщается продуктам сгорания. Температура, до которой нагреются продукты сгорания, зависит от количества сообщаемой им теплоты, состава и количества продуктов сгорания и их удельной теплоемкости. Для расчета теоретической температуры горения Тг запишем уравнение теплового баланса.
, (5.3)
где Q – теплотворная способность топлива, Дж/кг;
V – объем продуктов сгорания, образующихся при горении 1 кг топлива, м3/кг;
сp –объемная удельная теплоемкость продуктов сгорания, Дж/(м3∙град);
Тг – теоретическая температура горения, °С;
Тн – начальная температура воздуха, °С.
При горении в нормальных условиях (Тн=0°С) уравнение (5.3) примет вид:
. (5.4)
Из (5.4) следует формула для расчета теоретической температуры горения:
. (5.5)
Поскольку продукты сгорания реальных топлив, как правило, состоят из разных газов, теплоемкость и плотность которых различны, то эта формула (5.4) записывается в следующем виде:
. (5.6)
Соответственно, формула для расчета с учетом (5.6) примет вид
. (5.7)
Для повышения точности расчетов необходимо учитывать зависимость теплоемкости газов от температуры. Однако, для оценочных расчетов можно принять средние значения теплоемкости (табл. 5.7).
Таблица 5.7
Средняя теплоемкость (сp) газов в диапазоне температур (1000÷3000)°С
| Газ | СО2 | SO2 | H2O | H2 | N2 | CO | O2 |
| кДж/(м3∙град) | 2.13 | 2.13 | 2.09 | 1.42 | 1.42 | 1.42 | 1.42 |
Расчет теоретической температуры горения Тг проводится в следующем порядке.
· Рассчитывается количество и состав продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг заданного топлива в соответствии с методикой, изложенной выше (раздел 4.4).
· Рассчитывается по формулам (5.1) или (5.2), или определяется из таблиц теплотворная способность топлива Q.
· Рассчитывается теоретическая температура горения Тг по формуле (5.7).
В качестве примера определим теоретическую температуру горения каменного угля, элементный состав которого приведен в табл. 5.8., при коэффициенте избытка воздуха a=1.5.
Таблица 5.8
Элементный состав угля
| Элемент | C | H | S | N | O | W | A |
| Содержание, масс.% | 4.5 | 4.7 | 1.8 | 3.5 | 3.0 | 6.5 | |
| Массовая доля, z | 0.76 | 0.045 | 0.047 | 0.018 | 0.035 | 0.03 | 0.065 |
· Определим состав и количество газообразных продуктов сгорания 1 кг рассматриваемого топлива в данных условиях по методике, приведенной в разделе 4.
Объем СО2 и SO2: 
; сp=2.13∙10-3 МДж/(м3∙град).
Объем H2O: 
; сp=2.09∙10-3 МДж/(м3∙град).
Объем N2 и О2: 
; сp=1.42∙10-3 МДж/(м3∙град).
· Проведем расчет теплотворной способности рассматриваемого топлива по формуле Менделеева (5.1):
Qн=0.339∙76+1.025∙4.5+0.1085∙4.7–0.1085∙3.5–0.025∙3.0=29.92 МДж/кг.
· Проведем расчет теоретической температуры горения по формуле (5.7):
.
Таким образом, теоретическая температура горения каменного угля при коэффициенте избытка воздуха a=1.5 в условиях постоянного давления (на открытом воздухе) составляет около 1600°С.
