ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ГАЗА
Теплота сгорания топлива — это количество теплоты, которое может быть получено при полном сгорания 1 кг или 1 м3 топлива. Различают высшую QB и низшую QH теплоту сгорания топлива. В низшую теплоту сгорания топлива не входит количество теплоты, которое может быть выделено при конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания топлива.
Теплоту сгорания газообразного топлива можно определять калориметром Юнкерса, принцип действия которого основан на том, что теплота, непрерывно выделяемая горящим газом, отводится непрерывным потоком воды.
Тепловой баланс рабочего пространства калориметра можно представить уравнением, связывающим приходные и расходные составляющие:
Приходные составляющие теплового баланса:
• химическая теплота топлива, кВт:
где О — высшая теплота сгорания топлива, кДж/м3;
в 3
VT — расход топлива, м /ч; [1]
Св — теплоемкость воздуха, кДж/(м3 • °С);
tB — температура воздуха, поступающего в горелку, °С.
Расходные составляющие теплового баланса:
• теплота, затрачиваемая на нагрев воды, кВт:
где Л/вод — массовый расход воды, кг/с;
Свод — массовая теплоемкость воды, кДж/(кг • °С); t{,t2 — температуры воды, входящей в калориметр и выходящей из него, °С;
• теплота, уносимая уходящими продуктами сгорания, кВт:
где /
— энтальпия уходящих продуктов сгорания на 1 м3
топлива, кДж/м3;
• потери теплоты с продуктами неполного сгорания газа, кВт:
где Уд — количество продуктов сгорания на 1 м3 топлива, м3/м3;
СОвл, Н2вл — содержание во влажных продуктах сгорания оксида углерода и водорода, % (объемные);
• теплота, аккумулированная калориметром и находящейся в нем водой, кВт:
где Мк — масса калориметра с водой, кг;
Ск — массовая теплоемкость калориметра с водой; f J; / — начальная и конечная температуры калориметра с водой, °С;
• потери теплоты в окружающую среду, кВт:
где qK — удельный тепловой поток через стенки калориметра, кВт/м2;
FK — площадь теплоотдающей поверхности калориметра, м2.
Теплоту сгорания газа начинают определять после того, как наступит стабильный режим работы калориметра. Этим исключается
1
влияние теплоты, аккумулированной калориметром, и находящейся в нем воды, т.е. QaK = 0.
Стабильность режима работы калориметра поддерживается постоянным расходом воды, который обеспечивается постоянным напором Н и неизменным гидравлическим сопротивлением калориметра. Постоянный расход газа обеспечивается постоянным перепадом давлений на газовой горелке и постоянным гидравлическим сопротивлением горелки.
Для достижения большей точности в определении теплоты сгорания необходимо, чтобы физическая теплота поступающих в калориметр топлива QT и воздуха QB была равна теплоте, уносимой уходящими продуктами сгорания:
Это достигается тогда, когда разность температур уходящих газов и входящей в калориметр воды составляет 0—4 °С, разность температур воздуха и входящей воды не более 5 °С, а также когда температура отходящих газов будет на 1—4 °С ниже температуры окружающего воздуха. Разность температур воды, поступающей в калориметр, и воды, выходящей из него, следует поддерживать в пределах 8—12 °С. Такой перепад температур обеспечивает необходимую точность измерений температур воды и, кроме того, уменьшает потери теплоты в окружающую среду Q0K . Поэтому этими потерями теплоты пренебрегаем из-за их малости.
Для предотвращения потерь теплоты с продуктами неполного сгорания газа следует обеспечить:
• необходимое для полного сгорания газа количество первичного
воздуха. Это условие соблюдается, если пламя горелки прозрачно;
• установку горелки таким образом, чтобы пламя горелки не касалось стенок калориметра.
Следовательно, потерями теплоты с продуктами неполного сгорания газа можно пренебречь.
С учетом принятых допущений уравнение теплового баланса для калориметра примет вид
Так как температура стенок трубок калориметра, по которым движется вода, ниже температуры насыщения водяных паров продуктов сгорания при данном парциальном давлении насыщенного водяного пара, водяные пары из продуктов сгорания конденсируются. Поэтому калориметром определяется высшая теплота сгорания сухого газа, кДж/м3:
Расход осушенного газа, а следовательно, и теплоту сгорания топлива приводят к нормальным физическим условиям, м3:
где Р0= 101 325 Па; TQ = 273,15 °С;
Рат — атмосферное давление, Па;
Рг — избыточное давление газа у расходомера, °С.
Для определения низшей теплоты сгорания газа необходимо из высшей теплоты сгорания газа исключить теплоту, выделяющуюся при конденсации водяных паров из продуктов сгорания, определяемую по формуле, кДж/м3:
где q — теплота, выделяющаяся при конденсации водяных паров;
г — теплота, выделяющаяся при конденсации 1 кг водяных паров при нормальных физических условиях (г — 2500 кДж/кг);
Мвп — масса сконденсировавшихся паров при сжигании газа, кг.
Низшая теплота сгорания сухого состава газа, отнесенная к нормальным условиям, определяется по формуле:
- [1] физическая теплота топлива, кВт: где Сг — теплоемкость топлива, кДж/(м3 • °С),tr — температура топлива, °С; • физическая теплота воздуха, кВт: где ос — коэффициент избытка воздуха горелки; VQ — теоретическое количество воздуха (при а = 1,0),необходимое для сгорания 1 м3 топлива, м3/м3;
