Основы расчета нефтезаводских процессов и аппаратов - Эмирджанов Р.Т.
Скачать (прямая ссылка):
Качество топлива характеризуется его теплотворной способностью (или иначе теплопроизводительностью).
Высшей (или калориметрической) теплотворной способностью (Qb ) называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы топлива, охлаждении продуктов сгорания до начальной (комнатной) температуры топлива и конденсации водяного пара, находящегося в продуктах сгорания.
Низшей теплотворной способностью (Qh) топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы топлива, охлаждении продуктов сгорания до начальной (комнатной) температуры топлива, но в предположении, что влага остается в продуктах горения в парообразном состоянии.
В трубчатых печах и в других обычных огневых нагревателях дымовые газы выводятся через дымовую трубу при таких температурах, при которых водяные пары, находящиеся в продуктах сгорания, не могут сконденсироваться, следовательно, тепло конденсации водяного пара не используется. Поэтому низшую теплотворную способность иногда называют также рабочей теплотворной способностью.
Обозначим через H и И/ содержание в топливе водорода и влаги в весовых процентах. Имея в виду, что при сгорании
- г* 18,016 ~,
1 кГ водорода получится-- кГ воды и, что теплота
2,016
испарения воды при комнатной температуре (при 25° С) составляет, примерно, 585 ккал/кГ, можем написать
Qb=Q«+585-0,01
274
L 2,016
откуда
Qb=Qh+5,85 {9U^-W)-ккал/кГ. (X, 6)
Теплотворная способность может быть отнесена к любой единице количества топлива и поэтому может измеряться в ккал/кГ, ккал/Моль, ккал/ня3 и т. д.
Для газообразного топлива теплотворная способность, обычно выражается в ккал/нм*.
Если топливо представляет собой какой-либо индивидуальный углеводород, то теплотворную способность (теплоту сгорания) его можно определить расчетным путем, пользуясь законом Гесса, при помощи стандартных тепловых эффектов образования продуктов.
Так, например, при желании подсчитать низшую теплотворную способность QH для CH4 можем написать
СН4+202=СО3+2Н2О (г); A H=Q11=?, (X, 7)
где (г) означает, что вода остается в газовой фазе.
Получение конечных продуктов горения, определяемых уравнением (X, 7), можно мысленно представить путем осуществления следующих промежуточных реакций для веществ, тепловые эффекты образования которых известны:
СН4=С+2Н2; Д ^ = 17889 ккал/Моль (X, 8) С+02-=С02; A /Z2 = —94052 шал/Моль (X, 9) 2Н2+02=2Н20 (г); ДЯ3=-57798 ккал/Моль [(X, 10)
Так как путем осуществления (X, 8), (X, 9) и (X, \0) реакций ы получаем те же конечные продукты, что и при реакции (Х,7), то по закону Гесса суммарные тепловые эффекты должны быть одинаковыми, т. е.
д^ДЯ^АЯх+Д//,+ 2ДЯ3 =- 17889+(-94052)+2 (-57798)—
191759 ккал/Моль,
откуда можно получить значение низшей теплотворной способности CH4, отнесенное к \ кГ
11950 ккал/кГ
8570 ккал/нм
3
191759 = 16,04 ~~
или на 1 нлв
191759 _ 22,4 ~~
В табл. VIII (см. приложения) приводятся значения стандартных теплот сгорания (//2эв)сгор некоторых углеводородов. Эти значения найдены для стандартных условий, т. е ?=25° С и ата, в случае, когда конечными продуктами сгорания являются газообразный CO2 и жидкая H2O. Иначе говоря (Н298)сгор соответствует высшей теплотворной способности индивидуальных углеводородов.
I
I 1
275
В случае же, если топливо является сложной смесью раз-
личных углеводородов, для которой известен только элементарный состав, расчет теплотворной способности по стандартным теплотам образования может быть произведен только приближенно. Для этого приходится допускать, что горючие элементы топлива находятся в нем в элементарном виде (причем, углерод—в виде графита, а сера—-в ромбическом виде и, что кислород топлива находится в виде одного из следующих соединений: CO2, H2O или SO3.
Процесс горения элементов топлива и стандартные тепловые эффекты реакций изобразятся следующими термохимическими уравнениями:
С+O2=CO3;
C-f— O2=CO; 2
H2+ -i O2 = H3O (г); H2+ 4 O2-H2O (ж);
2
S-J-O2=SO,;
— 94052 ккал/Моль (X, 11)
дя,= - 26416 г (X, 12)
дя3 = \ - 57798 „ (X, 13)
дя4 = -68317 (X, 14)
AH5 = - 70960 „ (X, 15)
Если, например, принять, что сгорание идет до CO2 и газообразной воды и что кислород в топливе находится в виде SO2 то, обозначая весовые проценты соответствующих элементов через С, Н, О и S, можно получить следующую приближенную формулу для определения низшей теплотворной способности:
= —94052 С -57798 _Н 12,01 * 100 2,016 ' 100
S-^7O
, 70960 1° 32 / і г
4---• Л___/ ,ккал кГ.
32,07 100 '
где 12,01—атомный вес углерода; 32,07—, „ „ серы;
32 —молекулярный вес кислорода; 2,016— „ „ водорода;
Если топливо влажное, то с учетом расхода тепла на испарение влаги последняя формула может быть представлена следующим образом
QH=78,3C+287 H+22,15(S-0)-5,85U7, ккалікГ. (X, 16)
Последняя формула с несколько иными коэффициентами, а именно в виде
Он=81С+246Н+26 (S-0)-6ккал/кГ (X, 17) была впервые предложена Д. И. Менделеевым.
276
