Жаропроизводительпостью Д. И. Менделеев предложил именовать макси­мальную температуру горения, развиваемую 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 жаропроизводительыости температуру топлива и воздуха при­нимают равной 0°

Д. И. Менделеев в своих работах, посвященных вопросам научно обо­снованного использования топлива, большое значение придавал достижению высоких температур при сжигании топлива. Рассматривая различные свойст­ва топлива, он указывал: «Когда горючие материалы служат для слабого нагревания, например для отопления жилищ, для сушки, для получения па рои 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. Эго последнее свойство горючего материала необходимо не только потому, что потребуется нередко самим существом дела, например: для плавления стали требуется иметь температуру около 1450°, по 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» 140. стр. 224).

Д. И. Менделеев писал: «Искусство получения с данным топливом высо­ких 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» [12].

«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. от

Полноты горения и от потери части развиваемого тепла л окружающее про­странство, зависящей весьма сильно от температуры окружающего прост — ранства. Очевидно, что избыток притекающего воздуха, песгоревших продуктов разложения (от недостатка ли воздуха или от других причин) и свободная потеря тепла в окружающее пространство будет 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 устраняются потери тепла. Этот предел, изменяющийся для ра-шых родов топлива, мы станем называть ж а р о п р о и з в о д и т е л ь-

Н о с т ъ ю топлива.

Его называют иногда пирометрической способностью топлива. Составив новое слово «жаропроизводительпость», я хотел удовлетворить условиям языка п сделать название сразу удобопонятным» [12, стр. 389].

Жаропроизводительность топлива £тах прямо пропорциональна ого тепло­те сгорания и обратно пропорциональна расходу тепла на нагрев продуктов сгорания до температуры £Шах> т. о. обратно пропорциональна произведению объема продуктов сгорания на их средневзвешенную теплоемкость от 0° ло Лпах-

В соответствии с этим жаропроизводительность топлива *ша1 можно под­считать по формуле

Я

Нпах — 0

И£’°0-(г

ГДе (?£ — низшая теплота сгорания, ккал/кг твердого и жидкого топлива или ккал/нм3 газообразного;

У?, — объем продуктов полного сгорания топлива в теоретически необхо­димом для горения объеме воздуха, нм3/кг твердого и жидкого топ­лива или нм3/нм3 газообразного топлива;

Со_,Ша^ — средневзвешенная объемная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении в интервале температур ОТ 0° ДО ^таи ККал/н, Ма ГС.

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

Следовательно, жаропроизводительность топлива

^шах = у л Т“р Л ЦГу с ГР С (VIII.2)

11- О/0СО1 + ЭО*’ ЭО* "Г ^О’^НаО "Г N2

Где УСо,, Узоа, Ун. о и Ум. — соответственно объемы двухокисиуглэрода, С0р — иистого газа, водяного пара и азота, пм3/къ твердого и жидкого топлива или нм3/нм3 газообразного топлива;

Сси„ Сц. о и См, — средние объемные теплоемкости перечисленных га­

Зов, ккал/нм3 °С В температурном интервале ОТ 0* до ^так-

В большинстве случаев объем 802 незначителен по сравнению с объемами других газов. Поэтому его не подсчитывают отдельно и и формулу вводят суммарный объем С03 и Б02, обозначаемый ИОа. Тогда формула для подсчета Лпах приобретает следующий вид

*,па* = у—— Г—— Гу ^ ё———— Т/-0- °С — (У111-3>

ИЛ03’Ч;0., + кН,0′ °Н,0 + У

При этом теплоемкость И02 принимают обычно равной теплоемкости С02.

Погрешность, допускаемая при этом, невелика [3] вследствие малой разно­сти в объемных теплоемкостях С02 и ЭОа и незначительного в большинстве случаев’объема 302 по сравнению с объемом С02.

Д. И. Менделеев [12] привел весьма важное сопоставление теплоты сгора­ния топлива и теоретически необходимого для горения количества 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 4312 единиц тепла и на первый взгляд кажется, что никакой пропор­циональности () с количеством кислорода допустить нельзя» [12].

Однако Менделеев отвергает правомерность принимать для водорода, со­держащегося в твердом и жидком топливе, теплоту сгорания равной 34 500 ккал/кг, как это принято в формулах Дюлонга и других, справедливо указы­вая, что данная теплота сгорания нерна лишь для газообразного молекуляр­ного водорода.

Для высшей теплоты сгорания водорода, входящего в состав твердого и жидкого топлива, Менделеев считал правильным принять значение ие 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 и 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 нм3.

Следовательно, объем теоретически необходимого для горения воздуха У® равен (2?: 900, или

У® = 900 ккал! нм3, (VI 11.4)

Где (^н — 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 (|н = 3250-<702; для торфа (?£ = 3150-д02; для каменных углей и нефти (?н = 3050 (здесь ()£ — низшая теплота сгорания рабочего топ­лива, ккал/кг д02 — теоретически необходимый расход кислорода, кило­граммы на горение 1 кг рабочего топлива). Исследования Д. П. Коновалова были развиты в работах проф. Г. Ф. Кнорре [41], [42], Н. И. Белоконя [43], С. Я. Корнидкого [44], А. М. Гурвича [45] 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 сгорания различных видов топлива к теоретическому объему продуктов сгорания также сравнительно близки.

Различия в объемных теплоемкостях продуктов сгорания различных ви­дов топлива, получаемых при сжигании в теоретически необходимом объеме воздуха, также невелики. Следовательно, жаропроиаводительности, т. е. 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 жаропроиаводительности горючих компонентов различных видов топлива.