Д. И. Менделеев ввел термин «жаропроизводительность», под кото­рой понимается максимальная температура горения, развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха, т. е. в условиях, когда все выделяющееся при сгорании тепло полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания. При подсчете жаропроизводитель — ности температуру топлива и воздуха принимают равной нулю.

Д. И. Менделеев в своих работах, посвященных научно обоснован­ному использованию топлива, большое значение придавал достижению высоких температур при его сжигании. Рассматривая различные свой­ства топлива, он указывал: «Когда горючие материалы служат для сла­бого нагревания, например для отопления жилищ, для сушки, для по­лучения паров и т. п., тогда теплопроизводительность топлива прямо может служить мерилом его относительного достоинства.» Он отмечал, что в большинстве случаев имеют значение и другие свойства горючих материалов, «из которых важнейшим должно считать способность да­вать высокие температуры. Это последнее свойство горючего материала необходимо не только потому, что требуется нередко самим сущест­вом дела, например для плавления стали требуется иметь температуру около 1450°, но и потому, что, чем выше температура, тем скорее при прочих равных условиях совершается доведение нагреваемых предметов до желаемой температуры и, следовательно, тем скорее идет производ­ство, а потому продукты его удешевляются» [43, с. 224].

Д. И. Менделеев писал: «Искусство получения с данным топливом высших степеней жара представляет самую сущность многих успехов фабрично-заводских дел, потому что не только ведет к экономии топ­лива, но и позволяет сильно возвышать быстроту многих производств.

Температура, или степень жара, которую можно достичь, сжигая данное топливо в воздухе, изменяется, смотря по множеству обстоя­тельств, особенно же в зависимости от относительного количества воз­духа и топлива, т. е. от полноты горения и от потери части развиваемого тепла в окружающее пространство, зависящей весьма сильно от темпе­ратуры окружающего пространства. Очевидно, что избыток притекаю­щего воздуха, несгоревших продуктов разложения (от недостатка ли воздуха или от других причин) и свободная потеря тепла в окружаю­щее пространство будут уменьшать температуру, доставляемую топли­вом, а все улучшения в указанных выше условиях горения станут дово­дить ее до высшего возможного предела, к которому практически можно приближаться с тем большим совершенством, чем непрерывнее будет приток надлежащих количеств топлива и воздуха к очагу или месту горения и чем лучше устранятся потери тепла. Этот предел, изме­няющийся для разных родов топлива, мы станем называть жаропроиз — водительностью топлива.

Его называют иногда пирометрической способностью топлива. Со­ставив новое слово «жаропроизводительность», я хотел удовлетворить условиям языка и сделать название сразу удобопонятным» [19, с. 3891.

Жаропроизводительность топлива tmax прямо пропорциональна его> теплоте сгорания и обратно пропорциональна расходу тепла на нагрев продуктов сгорания до температуры tmaXj т. е. обратно пропорциональ­на произведению объема продуктов сгорания на их средневзвешенную теплоемкость от О до £щах-

В соответствии с этим жаропроизводительность топлива tm&x можно подсчитать по формуле

Tm^Qp»-vlc0_t, (Vii. i)

Где QE—низшая теплота сгорания, ккал/кг твердого и жидкого топли­ва или ккал/м3 газообразного; Fs—объем продуктов полного сгорания — топлива в теоретически необходимом для горения объеме воздуха, м3/кг твердого и жидкого топлива или м3/м3 газообразного топлива; Co-t — средневзвешенная объемная теплоемкость продуктов сгорашт при постоянном давлении в интервале температур от 0 до £тах, ккал/(м3-°С).

Продукты полного сгорания топлива в теоретически необходимом, для горения объеме воздуха состоят из двуокиси углерода, сернистого газа, водяного пара и азота.

Следовательно, жаропроизводительность топлива

‘max=QP: (W?00, + ^S02Cs02 + ^ + °С’ ОВД-

Где VCo2> ^S02. ^н2о и 14 — соответственно объемы двуокиси угле­рода, сернистого газа, водяного пара и азота, м3/кг твердого и жидкого топлива или м3/м3 газообразного топлива; Ссс>2> ^so2» ^н2о ^ средние объемные теплоемкости перечисленных Газов, ккал/(м3-°С) в температурном интервале от 0 до /тах-

В большинстве случаев объем SO2 незначителен по сравнению с объемами других газов. Поэтому его не подсчитывают отдельно и в формулу вводят суммарный объем СОг и S02, обозначаемый RO2- Тог­да формула для подсчета £тах приобретает следующий вид:

^x=Qp:(^o2CCO8 + 4oCh2O + Vn2CN2) °С. (VII.3),

При этом теплоемкость ROz обычно принимают равной теплоемко­сти С02.

Погрешность, допускаемая при этом, .невелика[4] вследствие малой разности в объемных теплоем. костях СОг и SO2 и незначительного в большинстве случаев объема S02 по сравнению с объемом СОг.

Д. И. Менделеев привел весьма важное сопоставление теплоты сго­рания топлива и теоретически необходимого для горения количества1 воздуха.

Сопоставляя теплоту сгорания углерода (8100 ккал/кг), клетчатки (4190 ккал/кг) и водорода (34 500 ккал/кг) с расходом воздуха (2,67 кг/кг углерода, 1,185 кг/кг клетчатки и 8 кг/кг водорода), Менде­леев отмечает, что «на 1 часть кислорода в первом случае выделяется — 3034, во втором 3536 и в третьем 4342 единиц тепла и на первый взгляд’ кажется, что никакой пропорциональности Q с количеством кислорода допустить нельзя» [19].

Однако Менделеев считает неправильным принимать для водорода, содержащегося в твердом и жидком топливе, теплоту сгорания, равной 34 500 ккал/кг, как это принято в формулах Дюлонга и др., справедливо1 указывая, что данная теплота сгорания верна лишь для газообразного молекулярного водорода.

Для высшей теплоты сгорания водорода, входящего в состав твер­дого и жидкого топлива, Менделеев считал правильным принять значе­ние не 34 500, а 30 000 ккал/кг, а для низшей — 24 600 ккал/кг. Тогда на 1 кг кислорода, израсходованного в процессе горения, выделяется при сжигании углерода 3034 ккал, клетчатки 3257 ккал и водорода -3065 ккал. В среднем Менделеев считал возможным принять при сжи­гании твердого топлива в образовании газообразных продуктов сгора­ния выделение тепла на 1 кг кислорода, равным 3150 ккал. В пересчете на воздух это составляет около 700 ккал на 1 кг, или около 900 ккал на 1 м3.

Следовательно, объем теоретически необходимого для горения воз­духа VI равен QE:900, или

QЈ:1/°=900 ккал/м3, (VII.4)

Где Qh — низшая теплота сгорания рабочего топлива.

Ученик Д. И. Менделеева акад. Д. П. Коновалов уточнил соотноше­ние между теоретическим расходом кислорода на горение и теплотой сгорания дров, торфа, каменных углей и нефти и получил следующие значения: для дров ОЕ =3250 для торфа QE =3150 <70а; для камен­ных углей и нефти QJJ =3050 qQl (здесь Qj?— низшая теплота сгорания рабочего топлива, ккал/кг; qQi — теоретически необходимый расход кислорода, в кг на горение 1 кг рабочего топлива). Исследования Л. П. Коновалова были развиты в работах проф. Г. Ф. Кнорре [44, 45], Н. И. Белоконя [46], С. Я. Корницкого [47], А. М. Гурвича [48] и дру­гих ученых. Установленное Д. И. Менделеевым и Д. П. Коноваловым сравнительно небольшое различие в отношениях теплоты сгорания раз­личных видов топлива к теоретически необходимому для их горения объему воздуха позволяет считать, что отношения теплоты сго’рания различных видов топлива к теоретическому объему продуктов сгорания также сравнительно близки.

Различия в объемных теплоємкостях продуктов сгорания различных видов топлива, получаемых при сжигании в теоретически необходимом объеме воздуха, также невелики. Следовательно, жаропроизводительно — сти, т. j. отношения теплоты сгорания топлива к теоретическому объе­му продуктов сгорания, умноженному на их теплоемкость, сравнительно близки у топлива с малым содержанием балласта, переходящего в про­дукты сгорания, т. е. влаги у твердого топлива, азота и двуокиси угле­рода у газообразного

Рассмотрим более подробно вопрос о паропроизводительности горю­чих компонентов различных видов топлива.