Температура горения топлива. Если бы вся теплота, которая выделяется при полном сгорании топлива, шла только на нагрев образующихся продуктов сгорания

Если бы вся теплота, которая выделяется при полном сгорании топлива, шла только на нагрев образующихся продуктов сгорания, то они могли бы нагреться до максимальной для данного топлива температуры, которую называют калориметрической.По этой условной температуре, которую определяют расчетным путем, судят, пригодно ли данное топливо для применения в данной печи. При этом учитывают, что действительная температура продуктовсгорания может достигнуть не более 65-75% калориметрической, так как часть теплоты сразу же при горении топлива отдается в печи продуктами сгорания нагреваемым материалам и огнеупорному ограждению (футеровке).

Величину калориметрической температуры (t_кал) находят из теплового баланса горения единицы топлива:

,

откуда: , (3)

где - физическая теплота воздуха, предварительно нагретого до температуры t_в перед подачей в печь, кДж/ед.топлива; здесь -средняя удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, в интервале температур от 0°С до t_в °С, кДж/(м³·К); - физическая теплота топлива, предварительно нагретого до температуры t_г перед подачей в печь, кДж/ед.топлива; здесь - средняя удельная теплоемкость топлива при постоянном давлении, в интервале температур от 0°С до t_T °C, в кДж/м топлива - для газообразного топлива или в кДж/кг топлива - для жидкого и твердого топлива; V_д - действительный (фактический) объем дымовых газов при сгорании единицы топлива, м³/ед.топлива; - средняя удельная теплоемкость дымовых газов при постоянном давлении в интервале температур от 0°С до t_кал °C, определяемая по расчетному составу продуктов сгорания, кДж/(м³·К).

Из формулы (3) следует, что величина t_кал определяется не только качеством топлива, т.е. теплотой его сгорания Q_н^р, но и условиями сжигания.

Обратим внимание на величины Q_ф.в и Q_ф.т.. Предварительный подогрев компонентов горения повышает t_кал. Для природного и коксового газа, а также для мазута подогрев воздуха на каждые 100°С увеличивает t_кал на 65-70°С. При сжигании доменного газа одновременный подогрев воздуха и газа на 100°С увеличивают t_кал примерно на 80°С.

Для повышения температуры горения кокса в фурменной зоне доменной печи воздух предварительно подогревают до 1100-1350°С. При отоплении мартеновской печи природным газом воздух подогревают до 900-1000°С. Нагревательные высокотемпературные печи прокатного производства, можно отапливать бедным доменным газом, если подогреть воздух и газ до 800-900°С.

Наибольшее значение t_кал соответствует полному сгоранию с теоретическим объемом воздуха, т.е. при n=1. При избытке воздуха из-за увеличения объема дымовых газов V_д, а при недостатке воздуха из-за химического недожога Q_XH калориметрическая и действительная температура горения снижается.

Калориметрическую температуру горения рассчитывают, полагая, что реакции окисления горючих элементов топлива являются необратимыми и идут лишь в одну сторону до образования конечных продуктов окисления - СО₂ и Н₂О.

В действительности реакции

СО+0,5·О₂<=>СО₂ и

Н₂+0,5·О₂<=>Н₂О

являются обратимыми и при температурах >1700°С, которые достигаются в плавильных печах, обратные реакции диссоциации СО₂ и Н₂О, идущие с поглощением теплоты, понижают температуру горения.

Температура дымовых газов, рассчитанная с учетом диссоциации СО₂ и Н₂О, получила название теоретической t_теорОна всегда меньше t_кал и её рассчитывают по формуле, аналогичной (3):

,

Теплоту диссоциации Q_ДИС рассчитывают с помощью графика (рис.1), по которому находят степень диссоциации, т.е. долю диссоцированных газов СО₂ и Н₂О от объемов этих газов в продуктах горения единицы топлива. Обозначив степень диссоциации ζ_СО2 {дзэта} и ζ_H2O получим, что:

Q_ДИС= ζ_СО2·127,7·СО₂+ζ_H2O·Н₂O,

где СО₂ и Н₂О - расчетное содержание этих компонентов в составе продуктов полного горения топлива (% объема).

Чтобы сравнить уровень температуры горения разных видов топлива в одинаковых стандартных условиях, ввели понятие "нормальная калориметрическая температура горения" – t_кал^н. Её рассчитывают при следующих условиях:

a) t_в=t_г=0°С, т.е. Q_ф.в=Q_ф.т=0;

б) топливо сгорает полностью с теоретическим расходом сухого воздуха, т.е. n= 1; О₂=21%; N₂= 79%; Q_XH= 0;

в) Q_ДИС=0;

г) горение происходит при атмосферном давлении Р_атм=101,3 кПа.

Рис.1. Степень диссоциации СО2 и H2O

Тогда:

Величина t_кал^н примерно равна: для доменного газа 1400°С, для коксового газа 2030°С, для природного газа 1990°С, для малосернистого мазута марки 100 2140°С.