Теплотворность является одним из самых важных параметров, характеризующих любой вид топлива. В данной статье содержатся общие сведения о теплотворности и расчёт данного параметра при заданных температуре и давлении.
Ключевые слова: теплотворность, теплота сгорания топлива (ТСТ).
Выделение энергии при сгорании топлива должно характеризоваться такими параметрами, как высокое КПД и отсутствие вредных веществ в продуктах реакции.
Искусственное топливо получается в процессе переработки естественного — биологического топлива. Вне зависимости от агрегатного состояния вещества в своем химическом составе имеют горючую и негорючую часть. Горючей частью топлива являеются углерод и водород. Негорючая часть представлена водой, минеральными солями, азотом, кислородом, металлами и подобными. При сгорании одинакового количества такой «смеси» выделяется разное количество энергии. Сколько именно этой энергии выделится, зависит от пропорций указанных элементов — горючей части, влажности, зольности и других компонентов [1].
На основании данных, представленных в таблице 1, были проведены расчеты высшей и низшей теплоты сгорания для газа, отделяемого на первой ступени сепарации УПН ЦППН месторождения и направляемого на питание ГТЭС.
Когда определенное количество топлива сгорает, выделяется измеримое количество теплоты. Согласно Международной системе единиц величина выражается в Джоулях на кг или м3. Но параметры могут быть рассчитаны и в кКал или кВт. Если значение соотносится с единицей измерения топлива, оно называется удельным [1].
Теплотворность делится на 2 вида: высшая и низшая.
Высшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов реакции.
Под низшей теплотой сгорания подразумевают количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара.
Низшая и высшая теплота сгорания связаны соотношением: {\displaystyle Q_{B}=Q_{H}+k(W+9H)}
QВ=QН +k(W+9Н)
Где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг);
W — количество воды в горючем веществе, % (по массе);
Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе) [2].
Для расчёта теплотворности сухого газа были использованы формулы (1) и (2).
Для расчёта низшей теплоты сгорания сухого газа используют формулу QнC=4,186(30,2CO2+85,5CH4+152,3C2H6+218C3H8+283,4C4H10+348,9C5H12) (1)
Пример расчета по формуле 1:
QнC=4,186(30,2*44*0,0009+85,5*16*0,6355+152,3*30*0,1318+218*44*0,1400+283,4*2*58*(0,0241+0,0342)+348,9*2*72*(0,0045+0,0039))=18777,7632кДж/м³
Для расчёта высшей теплоты сгорания используют формулу:
QBC=4,186(30,2CO2+95CH4+166C2H6+236,9C3H8+307C4H10+377,2C5H12) (2)
Пример расчёта по формуле (2):
QBC=4,186(30,2*44*0,0009+95*16*0,6355+166*30*0,1318+236,9*44*0,1400+307*2*58*(0,0241+0,0342)+377,2*2*72*(0,00450,0039))=20479,1532 кДж/м ³
В составе ПНГ нет некоторых соединений, поэтому они не участвуют в расчётах. [3]
Данные, необходимые для расчётов высшей и низшей теплотворности, указаны в таблице 1.
Таблица 1
|
|
Молекулярная масса вещества |
Р=0,6МПа Т=20⁰С |
Р=0,6МПа Т=25⁰С |
Р=0,6 МПа Т=30⁰С |
Р=0,6 МПа Т=35⁰С |
Р=0,6 МПа Т=40⁰С |
|
СО2 |
44 |
0,0009 |
0,0009 |
0,0009 |
0,0008 |
0,0008 |
|
CH4 |
16 |
0,6355 |
0,6187 |
0,6017 |
0,5844 |
0,5667 |
|
C2H6 |
30 |
0,1318 |
0,1306 |
0,1291 |
0,1273 |
0,1252 |
|
C3H8 |
44 |
0,1400 |
0,1471 |
0,1536 |
0,1593 |
0,1640 |
|
и — C4H10 |
58 |
0,0241 |
0,0261 |
0,0282 |
0,0303 |
0,0322 |
|
н — C4H10 |
58 |
0,0342 |
0,0378 |
0,0415 |
0,0453 |
0,0492 |
|
и — C5H12 |
72 |
0,0045 |
0,0053 |
0,0061 |
0,0071 |
0,0082 |
|
н — C5H12 |
72 |
0,0039 |
0,0045 |
0,0053 |
0,0063 |
0,0074 |
Результаты полученных расчётов представлены в таблице 2.
Таблица 2
|
Р=0,6 МПа Т=20⁰С |
Р=0,6МПа Т=25⁰С |
Р=0,6МПа Т=30⁰С |
Р=0,6МПа Т=35⁰С |
Р=0,6МПа Т=40⁰С |
|
|
QнC, кДж/м ³ |
21561,30 |
22808,40 |
24091,70 |
25397,30 |
26708,90 |
|
QВC, кДж/м ³ |
23489,90 |
24838,40 |
26225,80 |
27637,10 |
29054,50 |
Для более наглядного представления полученных результатов на рисунке 1 представлен график зависимости теплотворности от температуры при давлении равном 0,6 МПа.
Рис. 1. Зависимость теплотворности от температуры
Из полученных результатов можно сделать вывод, что оптимальными условиями являются: температура 40⁰С.
Литература:
- Электронный ресурс: https://sovet-ingenera.com/otoplenie/o-drugoe/teplotvornost-razlichnyx-vidov-topliva.html
- Электронный ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki/Теплота_сгорания
- М. Ш. Исламов «Печи химической промышленности» — 1975- с. 18
