При сгорании углерода топлива в воздухе по уравнению 21С + 2Юг 4- 4- 79N2 = 21СО, + 79N, на каждый объем СО, в продуктах сгорания прихо­дится 79 21 = 3,76 объема N2.

При сгорании антрацита, тощих каменных углей и других видов топлива с высоким содержанием углерода образуются продукты сгорания, близкие по составу к продуктам сгорания углерода.

При сгорании водорода по уравнению

42Н2 + 210, — f 79N2 = 42НаО + 79N2

На каждый объем Н20 приходится 79 42 = 1,88 объема азота.

В продуктах сгорания природного, сжиженного и коксового газов, жид­кого топлива, дров, торфа, бурого угля, длиннопламенного и газового камен­ного угля и других впдов топлива со значительным содержанием водорода в горючей массе образуется большое количестно водяного пара, иногда пре­вышающее объем С02. Наличие влаги в топливе, естественно, повышает со­держание водяного пара в продуктах сгорания.

Состав продуктов полного сгорания основных видов топлива в стехиомет­рическом объеме воздуха приведен В табл. 22 и 23. Из данных этих таблиц видно, что в продуктах сгорания всех видов топлив а содержание N.2 значи­тельно превышает суммарное содержание R02 4- НгО, а в продуктах сгора­ния углерода оно составляет 79%.

В продуктах сгорания водорода содержится 65% азота, в продуктах сго­рания природного и сжиженного газов, бензина, мазута и других видов угле­водородного топлива его содержание составляет 70—74%.

Среднюю теплоемкость продуктов полного сгорания, не содержащих ки­слорода, можно подсчитать по формуле

Ст, = 0,01 (Ссо2’С02 6so, S02 — f- C’hiO • H20 — f — CNj — No) икал/нм* — °С, (VII. 1)

Где С со z i С, so*, CW>, Cs7 — объемные теплоемкости двуокиси углерода, сер­нистого газа, водяного пара и азота, а C02, S02, НгО и М3 — содержание соответствующих компонентов в продуктах сгорания в процентах по объему.

Содержание кислотных окислов С02 и S02 при анализе продуктов сгора­ния обычно определяют совместно путем поглощения раствором КОН.

Поскольку содержание С02 в десятки раз превышает содержание S02, а объемные теплоемкости их мало различаются, при подсчете теплоемкости

Рис. 5. Объемная теплоемкость:

С(ккал! им3’ °С):

1 — С02;

2 — Н20;

3 — N2;

4 — продуктов горения углерода в

Теоретически необходимом объ­еме воздуха: С02 + 3,70

5 — продуктов горении водорода в

Теоретически необходимом объ­еме воздуха; Н20 4* 1,88 ^

Продуктов сгорания обычно исходят из содержания в них И02, т. е. суммы С02 и 302, принимая теплоемкость Г102 равной теплоемкости С02.

В соответствии с этим формула (VII. 1) приобретает следующий вид:

С£=0,01(6,со,-К02 + Сн. о-Н20 + {:1,,-ГУ ккал/нм3-°С. (¥11.2)

Средняя объемная теплоемкость С02, Н20 и ]Ч2 в интервале температур от-

0 до 2500° С приведена в табл. 24. Кривые, характеризующие изменение средней объемной теплоемкости этих газов с повышением температуры, показа­ны на рис. 5.

Из приведенных в табл. 24 данных и кривых, изображенных на рис. 5, видно следующее.

1. Объемная теплоемкость С02 значительно превосходит теплоемкость Н20, а теплоемкость Н20 в свою очередь превышает теплоемкость N2 во всем интервале температуры от 0 до 2000° С.

2. Теплоемкость С02 возрастает с увеличением температуры быстрее, чем теплоемкость Н20, а теплоемкость Н20 быстрее, чем теплоемкость N2. Одна­ко, несмотря па это, средневзвешенные объемные теплоемкости продуктов сгорания углерода и водорода в стехиометрическом объеме воздуха мало от­личаются друг от друга [6].

Указанное положение, несколько неожиданное на первый взгляд, обус­ловлено тем, что в продуктах полного сгорания углерода в воздухе на каж­дый кубический метр С02, обладающий наиболее высокой объемной тепло­емкостью, приходится 3,76 .м3 N2 с минимальной объемной теплоемкостью, а в продуктах сгорания водорода на каждый кубический метр водяного пара, обладающего объемной теплоемкостью, меньшей по сравнению с С02, но большей по сравнению с N2, приходится вдвое меньшее количество азота (1,88

В результате этого средние объемные теплоемкости продуктов сгорания углерода и водорода в воздухе выравниваются, как это видно из данных табл. 25 и сопоставления кривых 4 и 5 на рис. 5. Различие в средневзвешен­ных теплоемкостях продуктов сгорания углерода и водорода в воздухе не превышает 2%. Естественно, что теплоемкости продуктов сгорания топлива, состоящего в основном из углерода и водорода, в стехиометрическом объеме воздуха лежат в узкой области между кривыми 4 и 5 (заштриховано на рис. 5).

Продукты полного сгорания различных видов топлива в стехиометриче­ском объеме воздуха п интервале температуры от 0 до 2100° имеют следующую теплоемкость (в кксм/им3 °С):

Колебания в теплоемкости у продуктов сгорания различных видов топ­лива сравнительно невелики. У твердого топлива с высоким содержанием влаги (дрова, торф, бурые угли и т. д.) теплоемкость продуктов сгорания в том же температурном интервале выше, чем у топлива с малым содержанием влаги (антрацита, каменных углей, мазута, природного газа и т д.). Это объ­ясняется тем обстоятельством, что при сгорании топлива с высоким содержа­нием влаги в продуктах сгорания повышается содержание водяного пара, об­ладающего более высокой теплоемкостью по сравнению с двухатомным га­зом — азотом.

В табл. 26 приведены средние объемные теплоемкости продуктов полного сгорания, не разбавленных воздухом, для различных интервалов темпе­ратуры.

Увеличение содержания влаги в топливе повышает теплоемкость про­дуктов сгорания вследствие увеличения содержания в них водяного пара в том же температурном интервале по сравнению с теплоемкостью продуктов сгорания топлива с меньшим содержанием влаги и одновременно с этим по­нижает температуру горения топлива вследствие увеличения объема продук­тов сгорания за счет водяного пара.

Повышение содержания влаги в топливе увеличивает объемную теплоем­кость продуктов сгорания в заданном температурном интервале и вместе с тем понижает температурный интервал от 0 до £шах вследствие снижения величины £П1ах. Поскольку темплоемкость газов уменьшается с понижением температуры, теплоемкость продуктов сгорания топлива с различной влаж­ностью в интервале температуры от нуля до £тах для данного топлива претер­певает незначительные колебания (табл. 27).

В соответствии с этим можно принять теплоемкость продуктов сгорания всех видов твердого топлива от 0 до twax, равной 0,405 жидкого топлива.—

0, 401, природного, доменного и генераторного газов — 0,400 ккал/нм’3(1.

Указанное положение позволяет значительно упростить определение ка­лориметрической и расчетной температуры горения (по методике, изложен ной в гл. IX). Допускаемая при этом погрешность обычно не превышает 1 %, или 20°.

Из рассмотрения кривых 4 и 5 на рис. 5 видно, что отношения теплоем­костей продуктов полного сгорания углерода в стехиометрическом объеме воздуха в интервале температур от 0 до t, например от 0 до 200° и от 0 до 2100°, практически равны отыошеншо теплоемкостей продуктов сгорания водорода и тех же температурных интервалах. Указанное отношение тепло­емкостей С’ остается практически постоянным и для продуктов полиого сго­рания различных видов топлива в стехиометрическом объеме воздуха.

Таблица

В табл. 28 приведены отношения теплоемкостей продуктов полного сгора­ния топлива с малым содержанием балласта, переходящего в газообразные продукты сгорания (антрацит, кокс, каменные угли, жидкое топливо, при­родные, нефтяные, коксовые газы и т. д.) в интервале температур от 0 до I и и интервале температур от 0 до 2100°. Поскольку жаропроизводигельпость этих видов топлипа близка к 2100°. указанное соотношение теплоемкостей С равно отпоьтению теплоемкостей в иптервало температур от 0 до г и от 0 ДО ^тах •

В табл. 28 приведены также значения величины С’, подсчитанные для про­дуктов сгорания топлива с высоким содержанием балласта, переходящего при сжигании топлива в газообразные продукты сгорания, т. е. влаги в твердом топливе, азота и двуокиси углерода в газообразном. Жаропроизво- дительность указанных видов топлива (дрова, торф, бурые угли, смешанный генераторный, воздушный и доменный газы) принята равной 1600—1700°.

Сопоставление значений С’ и К, приведенных в табл. 28, показывает ма­лое различие указанных величин для продуктов сгорания топлива, резко отличающихся по содержанию балласта, переходящего в газообразные про­дукты сгорания, и по температуре горения (жаропроизводительности). Естест­венно, что для топлива с малым различием в содержании балласта и темпера­туры горения значения величины С’ испытывают еще меньшие колебания.