При сгорании углерода топлива в воздухе іпо уравнению (21C+2102 + 79N2=21C02 + 79N2) на каждый объем С02 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

42H2+2102+79N2=42H20+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 видов топлива со значительным содержа­нием водорода в горючей массе образуется большое количество водя­ного пара, иногда превышающее объем С02. Присутствие влаги в топ-

Ливе, естественно, повышает содержание водяного пара в продуктах сгорания.

Состав продуктов полного сгорания основных видов топлива в сте — хиометрическом объеме воздуха приведен в табл. 34. Из данных этой таблицы видно, что в продуктах сгорания всех видов топлива содер­жание N2 значительно превышает суммарное содержание C02-f-H20, а в продуктах сгорания углерода оно составляет 79%.

В продуктах сгорания водорода содержится 65% N2, в продуктах сгорания природного и сжиженного газов, бензина, мазута и других ви­дов углеводородного топлива его содержание составляет 70—74%.

Рис. 5. Объемная теплоемкость

Продуктов сгорания

1 — СОг;

2 — HjO;

3- N2;

4 — продукты сгорания углерода

(COj+3,76Ns);

5 — продукты сгорания водорода

(Н20+1,88 N2).

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

C = 0,01(Cc02C02 + Cso2S02 + C„20H20 + CN2N2) ккал/(м3-°С), (VI. 1)

Где Сс0г, Csо2, СНа0, CNa — объемные теплоемкости двуокиси углеро­да, сернистого газа, водяного пара и азота, а С02, S02, Н20 и N2 — со­держание соответствующих компонентов в продуктах сгорания, % (объемн.).

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

Поскольку содержание С02 в десятки раз превышает содержание S02, а объемные теплоемкости их мало различаются, при подсчете теп­лоемкости продуктов сгорания обычно исходят из содержания в них /?02, т. е. суммы С02 и S02, принимая теплоемкость /?02 равной тепло­емкости С02.

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

C=0,01.(Cc02/?02 + CHj0H20-bCNi! N2) ккал/(м3«°С). (VI.2)

Средняя объемная теплоемкость С02, Н20 и N2 в интервале темпера­тур от 0 до 2500 °С приведена в табл. 36. Кривые, характеризующие из­менение средней объемной теплоемкости этих газов с повышением тем­пературы, показаны на рис. 5.

Из приведенных в табл. 16 данных и кривых, изображенных на рис. 5, видно следующее:

1. Объемная теплоемкость С02 значительно превосходит теплоем­кость Н20, которая, в свою очередь, превышает теплоемкость N2 во всем интервале температур 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 на это, средневзвешенные объемные тепло­емкости продуктов сгорания углерода и водорода в стехиометрическом объеме воздуха мало различаются [34].

Указанное положение, несколько неожиданное на первый взгляд, обусловлено тем, что в продуктах полного сгорания углерода в воздухе на каждый кубический метр С02, обладающей наиболее высокой объ­емной теплоемкостью, приходится 3,76 м3 N2 с минимальной объемной

75

Теплоемкостью, а в продуктах сгорания водорода на каждый кубический метр водяного пара, объемная теплоемкость которого меньше, чем у СОг, но больше, чем у N2, приходится вдвое меньшее количество азота (1,88 м3).

В результате этого средние объемные теплоемкости продуктов сгора­ния углерода и водорода в воздухе выравниваются, как видно из дан­ных табл. 37 и сопоставления кривых 4 и 5 на рис. 5. Различие в сред­невзвешенных теплоємкостях 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 видог; топлива в стехиомет­рическом воздухе в интервале температур от 0 до 2100 °С имеют сле­дующую теплоемкость, ккал/(м3>°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, 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 [37].

В табл. 38 приведены средние объемные теплоемкости продуктов полного сгорания, не разбавленных воздухом, для различных интерва­лов температур.

Таблица 38

Увеличение содержания влаги в топливе повышает теплоемкость продуктов сгорания вследствие повышения 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.

С повышением содержания влаги в топливе увеличивается объемная теплоемкость продуктов сгорания в заданном температурном интервале и вместе с тем понижается температурный интервал от 0 до £тах вслед­ствие снижения величины <тах. ПОСКОЛЬКУ ТЄПЛОЄМКОСТЬ ГЭЗОВ уМвНЬ — шается с понижением температуры, теплоемкость продуктов сгорания топлива с различной влажностью в интервале температур от нуля до <тах для данного топлива претерпевает незначительные колебания (табл. 39). В соответствии с этим можно принять теплоемкость про­дуктов сгорания всех видов твердого топлива от 0 до tmax равной 0,405, жидкого топлива 0,401, природного, доменного и генераторного газов 0,400 ккал/(м3-°С).

Это позволяет значительно упростить определение калориметриче — •ской и расчетной температур горения (по методике, изложенной в гл. VII). Допускаемая при этом погрешность обычно не превышает 1%, или 20°.

Из рассмотрения кривых 4 и 5 на рис. 5 видно, что отношения тепло — емкостей продуктов полного сгорания углерода в стехиометрическом объеме воздуха в интервале температур от 0 до t°С, например от 0 до

77

200 и от 0 до 2100 °С практически равны отношению теплоємкостей про­дуктов сгорания водорода в тех же температурных интервалах. Указан­ное отношение теплоемкостей С’ остается практически постоянным и для продуктов полного сгорания различных видов топлива в стехиомет — рическом объеме воздуха [37].

В табл. 40 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 t °С и в интервале температур от 0 до 2100 °С. Посколь­ку жаропроизводительность этих видов топлива близка к 2100 °С, ука­занное соотношение теплоемкостей С’ равно отношению теплоемкостей в интервале температур от 0 до t и от 0 до tm&x-

В табл. 40 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. Жаропроизводительность указанных видов топлива (дрова, торф, бурые угли, смешанный генераторный, воздушный и доменный газы) равна 1600—1700 °С.

Таблица 40

Как видно из табл. 40, значения С’ и К мало различаются даже для продуктов сгорания топлива с разным содержанием балласта и жаро — производительностью.