Действительная температура горения
В процессе сжигания топлива в топках или печах выделяется тепло, часть которого излучается на поверхность нагреваемых предметов и стен камеры сжигания; часть тепла остается в продуктах сгорания, в результате чего они приобретают какую-то конечную температуру, с которой покидают топочную камеру. Величина этой температуры зависит от количества топлива, сжигаемого в данной топке в единицу времени, от теплоты сгорания топлива, а также и от подогрева воздуха и газа, т.е. от калориметрической температуры. Конечная температура продуктов сгорания зависит и от условий теплопередачи. Чем благоприятнее условия передачи тепла от газов к поверхности нагрева, тем ниже температура отходящих из топки газов. Таким образом, конечная температура продуктов сгорания топлива является результатом борьбы противоречивых факторов, т.е. зависит от условий сжигания топлива и от условий теплопередачи.
Действительная температура горения устанавливается на таком уровне, при котором имеет место равновесие между приходом тепла от сжигания топлива и расходом тепла по условиям теплопередачи, и обеспечивает передачу тепла в таком количестве, которое освобождается при снижении температуры продуктов сгорания от калориметрической до конечной. Сознательно воздействуя на приходную и расходную части тепла в процессе горения топлива, можно изменять в ту или другую сторону эту равновесную действительную температуру горения топлива. Поскольку процесс горения топлива физически неотделим от процесса теплопередачи, то действительная температура горения топлива всегда ниже калориметрической и теоретической. Формулировка понятия действительной температуры горения связана с некоторыми трудностями, т.к. газовая среда, заполняющая камеру сжигания топлива, не имеет одинаковой температуры по всему объему камеры. Следовательно, можно говорить лишь о какой-то средней температуре горения внутри факела или внутри топки. При рассмотрении понятия действительной температуры горения топлива имеют в виду теплопередачу газов при этой температуре, но процесс теплопередачи имеет место как в процессе горения топлива, так и после него.
Поэтому целесообразно говорить не о средней температуре горения, а о средней температуре излучателя в камере горения. Минимальной температурой излучателя будет конечная температура продуктов сгорания топлива в камере сжигания.
По практическим данным средняя температура газового излучателя в процессе горения топлива далека от калориметрической и более близка к конечной температуре газов. Без существенной погрешности пока можно принимать за среднюю температуру излучателя конечную температуру газов, покидающих камеру сжигания. Допускаемая при этом ошибка может быть компенсирована некоторым увеличением коэффициента излучения газов, который равен отношению конечной температуры газов к калориметрической температуре и называется пирометрическим коэффициентом
hпир = tк/tкал .
Практические значения hпир изменяются от 0,6 до 0,8. Следовательно, действительная температура горения примерно равна 0,7×tкал и определяется тепловым балансом печи (топки).
Лекция № 7. Теплотехническая оценка топлива.
Теплотехническая и связанная с ней экономическая оценка топлива представляет собой вопрос большой практической важности. Ранее было сказано, что топливо можно характеризовать удельной теплотой сгорания топлива или по расчетному значению энтальпии продуктов сгорания топлива, а также по его способности создавать в печи максимально высокую температуру горения.
Оценка качества топлива по теплоте сгорания, по величине удельной энтальпии дымовых газов и нормальной калориметрической температуре.
При сравнении теплоты сгорания нужно относить все виды топлива к одинаковой единице измерения. Наиболее надежной единицей является массовая, а не объемная. Сопоставляя массовую теплоту сгорания распространенных видов топлива можно сразу решить, где концентрация тепла выше. Например, природный газ имеет 45¸50 Мдж/кг, мазут - 43,5 Мдж/кг, каменный уголь - 30¸37 Мдж/кг. Оценка по теплоте сгорания не охватывает всех сторон вопроса о качестве топлива и по теплотехнической сущности является односторонней.
Энтальпия 1 кг или 1 м3 дымовых газов, определенная в результате расчета, является как бы аналогом теплоты сгорания данного топлива и тоже может служить показателем качества, но при одинаковых условиях, которые называют нормальными. Приведем некоторые значения удельной энтальпии продуктов сгорания, i0, кдж/м3: ацетилен - 4525; окись углерода - 4330; водяной газ - 3850; мазут - 3770; метан - 3410; доменный газ - 2500. Оценка топлива по этому показателю является также неполной.
Нормальная калориметрическая температура горения тоже может служить характеристикой топлива. Чем выше эта температура, тем лучше качество топлива. Максимальной нормальной калориметрической температурой горения (жаропроизводительностью) обладает ацетилен (tж =2620 оС), а минимальной - располагает доменный газ (tж =1450 ¸ 1500 оС).
Все эти показатели позволяют производить лишь качественные сравнения и приближенно судить о том, что одно топливо лучше или хуже другого.
Наиболее полную оценку топлива с учетом, как внутренних свойств топлива, так и конкретных условий работы печи можно сделать при помощи коэффициента использования тепла топлива (КИТ).