Состав газообразного топлива

СО+ Н₂+ СН₄+С_nH_m+Н₂S+О₂+N₂+CO₂=100 где газы взяты в % при норм.усл.(t=0, P=101325 Па)

Рабочий состав- состав который поступает в топку (%)

C^P+H^P+S^P+O^P+N^P+A^P+W^P=100

Сухая масса – рабочий состав без влаги W.

C^C+H^C+S^C+O^C+N^C+A^C=100

Горючая масса- сухая масса без золы А.

C^Г+H^Г+S^Г+O^Г+N^Г=100

По элементарному составу орг. топлива главным образом содержат С. Но есть использование бороводородного топлива в ракетной промышленности.

В дереве, торфе - 50% С, в угле - 75% С, в антрацитах - 75% С.

При полном сжигании С выделяется тепло в количестве Q_с=33600 (кДж/кг)

Второй важный элемент – Н. В древесине – 6-6,5%, в нефти – 5%, в каменном угле – 4-5,5%.

Тепловая ценность Н в 4 раза > С, Q_н^в=141500 (кДж/кг)- с учетом конденсации, Q_Н2^Н=11900 (кДж/кг). Теплотворная способность Н – высшая.

Третий компонент – S. Нежелательный горючий элемент, бывает органическая-S₀, и колчеданная-S_k (Fe+Cu+S). Q_s=9000 (кДж/кг).

Сера нежелательна тем, что при низкой ее энергетической характеристики, продукты ее сгорания вредят ОС и машинным механизмам. Поэтому топливо очищают от серы.

Кислород и азот также нежелательные элементы топлива. Кислород, связующая часть горючих элементов, снижает энергетические характеристики. Азот в топливе приводит к образованию высокотоксичных оксидов. Азот может находится в виде NO, NO₂, N₂O и т.д. Но самый опасный NO и содержание его в выхлопных газах строго регламентируется. Повышенное содержание N в топливе ведет к сильному увеличению оксидов азота в выхлопных газах. Кислород и азот вместе называются балластом топлива. В жидких топливах содержание балласта 0.5- 1.5%, в твердых топливах гораздо больше.

Зола – смесь минеральных веществ, которая остается после сгорания горючей части топлива. Содержание золы обосновано дается на сухую массу.

Газообразное топливо – механическая смесь горючих и негорючих газов.

Горючая часть – СО, Н₂, СН₄, С_nН_m, H₂S; Негорючая часть – N, CO₂.

Теплосодержание веществ.

2Н₂+О₂=2Н₂О+Q

Мера тепловой энергии, накапливаемой веществом при его образовании, называется теплосодержанием, или энтальпией.

Теплота образования вещества - DН со знаком (+), если теплота поглощается химическим соединением, и со знаком (-), если теплота выделяется при реакции, то есть «уходит» из системы.

Стандартная теплота образования 1 моля вещества при давлении 101,3 кПа и температуре 298 К - .

= - 393,5 кДж/моль у СО₂

= - 241,8 кДж/моль у Н₂О^газ

С₂Н₂ = +226,8 кДж/моль у ацетилена

=+217,9 кДж/моль для Н₂= Н⁺+ Н⁺.

Для чистых веществ, состоящих из одного химического элемента в устойчивой форме (Н₂, О₂, С, Na и др.) DН условно принята равной нулю.

Теплота сгорания – это количество теплоты выделяющееся при полном сгорании топлива, измеряется в СИ, Дж, кал =Q. В ед. массы: Дж/кг; кал/кг.

Для органическихих топлив различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая – это низкая теплота сгорания + теплота конденсации.

Удельная теплота сгорания – важнейший показатель практической ценности топлива. Теплота сгорания определяется калориметрическим методом.

Низшая: -Q₀; Высшая: +Q_н;

Q_н - Q₀ = k(W + 9H), где

W – содержание воды в топливе по массе;

Н – количество Н в топливе по массе;

k – коэффициент = 25кДж/кг.

Для ~ расчетов теплота сгорания м/б определена по эмпирическим формулам на основании знания состава топ..

Формула Менделеева:

Q^р=81С^р+300Н^р-26(О^р-S^р)-6(9H^р +W^р), где Р- рабочая масса.

С^р, Н^р ,О^р, S^р, W^р – содержание в рабочей массе топлива соответственно С, Н, О, S, W влаги в % по массе.

Q^р=0,108Н^р+0,126СО^р+0,156СН₄+0,5С₂Н₂+0,324H₂S+и т.д.[мДж/м³]

Теплотворная способность зависит от состава. Чем выше горючих веществ, тем больше теплотворная способность.

Существует 2 способа:

1)эмпирический; 2)с помощью формул.

Условное топливо имеет теплотворную способность 29308кДж/кг=7000ккал/кг.

Для экзотермической реакции U₂-U₁=Q+ L_I, где U₂-U_1- изменение внутренней энергии, Q –выделившееся тепло, L_I- совершенная работа.

Для эндотермической реакции U₂-U₁= - Q+ L_I.

При V=const Q_v=U₁- U₂+pDV, V=0 => Q_v= U.

При p=const Qp=U₁- U₂ – pDV, Qp=I₁-I₂=DH.

U+pV=H – энтальпия. Следовательно теплота изобарной химической реакции равна изменению энтальпии системы. Q_p=Q_v-pV; pV=МRT; pΔV=ΔMRT; Q_p=Q_v-ΔМRT. Для реакций, протек. с увеличением числа молей, теплота Q_v>Q_p. Для реакций, протекающих с уменьшением числа молей, Q_v<Q_p. В реакциях, протекающих без изменения числа молей, Q_v=Q_p.

Q_v=U₁- U₂; Q_p=H₁- H₂=ΔH