Высшей теплотой сгорания Qсв (∆сНв) называют количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объёма горючего вещества при условии, что вода выделяется в конденсированном состоянии.
Низшей теплотой сгорания Qсн (∆сНн) называют количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объёма горючего вещества при условии, что вода выделяется в виде пара и происходит испарение влаги, содержащейся в горючем веществе.
В пожарно-технических расчетах обычно используют низшую теплоту сгорания, так как в условиях пожарах вода как продукт реакции находится в парообразном состоянии.
Используя справочную литературу для нахождения теплот (энтальпий) образования веществ и проводя теплотехнические расчеты, необходимо помнить, что тепловой эффект реакции ∆rН0т и теплота сгорания Qс. имеют одинаковые численные значения, но разный знак, т.е. Qс = −
.
Рассчитаем теплоту сгорания (−
= Qн) метана, этана и сероуглерода, опираясь на первое следствие из закона Гесса. Запишем термохимические уравнения реакции их окисления:
· для метана
СН4(г)+ 2О2(г) +2×3,76N2 = СО2(г) + 2Н2О(г) + 2×3,76N2 (22)
, кДж/моль −74,85 0 −393,51 −241,81
Согласно первому следствию из закона Гесса, теплоты сгорания метана будет равна:
Qсн=−{
+2
−
} =
= - {(−393,51)+2(−241,81)−(−74,85)} = 802,28 кДж/моль.
Значение низшей теплоты сгорания 1 м3 метана рассчитаем по формуле:
Qнс, об = - Qнс×1000/24,45 , (23)
где 24,45 л - объем одного моля газа при Т=298 К.
Отсюда низшая теплота сгорания 1 м3 метана будет равна:
Qнс, об(СН4) = 802,28×1000 / 24, 45 = 32813,5 кДж/м3.
· для этана:
С2Н6(г) + 3,5О2(г) + 3,5×3,76N2 = 2СО2(г) + 3Н2О(г)+3,5×3,76N2 (24)
, кДж/моль −84,67 −393,51 −241,81
Низшая теплота сгорания 1 моля этана составит:
Qсн=−{2+3−
} =
= - {2(−393,51) + 3(−241,81) − (−84,67)} =1427,78 кДж/моль.
Рассчитанная по аналогии с метаном теплота сгорания 1 м3 этана будет равна 58397,1 кДж/м3.
· для сероводорода:
2H2S(г)+ 3О2 +3×3,76N2 = 2Н2О(г) + 2SО2(г) + 3×3,76N2 (25)
, кДж/моль – 20,60 – 241,81 – 296,90
Низшая теплота сгорания 1 моля сероводорода составит:
Qсн=−{2ΔfН0298(Н2О) + 2ΔfН0298(SО2) − 2ΔfН0298(H2S)} =
= – {(−241,81) + 2(−296,9)− 2(– 20,6)} = 1036,22 кДж/моль.
Рассчитанная по аналогии теплота сгорания 1 м3 сероводорода будет равна 42381,2 кДж/м3.
Поскольку в 1 м3 исходной газовой смеси содержится 84 об. % (0,84) метана, 6 об. % (0.06) этана и 7 об. % (0.07) сероводорода, то общая теплота сгорания 1 м3 смеси составит
Qсн, об = 32813,5 × 0,84 + 58397,1 × 0,06 + 42381,2×0.07 = 34033,9 кДж/м3.
Определим объем (V) и число молей (ν) продуктов горения, образовавшихся при сгорании исходной смеси, содержащей 84 об.% СН4, 6 об.% С2Н6, 7% H2S(г), используя приведённые выше химические уравнения реакций их горения. Учтём также, что смесь в соответствии с заданием содержит дополнительно 3 об.% О2:
VCO2 = (vCO2 / vCH4) × (φCH4 /100) + (vCO2 / vC2H6) × (φC2H6 /100) = 1/1 × 84/100 + 2/1 × 6/100 = 0,96 м3/м3 ;
νCO2 = 0,96/ 0,02445 = 39,26 моль/м3 ;
VH2O = (vH20 / vCH4) × (φCH4 /100) + (vH20 / vC2H6) × (φC2H6 /100) + (vH20 / vH2S) × (φH2S /100) = 2/1 × 84/100 + 3/1 × 6/100 + 2/2 × 7/100 = 1,93 м3/м3 ;
νH20 = 1,93/ 0,02445 = 78,94 моль/м3 ;
VN2 = (vN2 / vCH4) × (φCH4 /100) + (vN2 / vC2H6) × (φC2H6 /100) + (vN2 / vH2S) × (φH2S /100) = (2×3,76)/1 × 84/100 + (3,5×3,76)/1 × 6/100 + (3×3,76)/2 × 7/100 = 7,501 м3/м3 ;
νN2 = 7,501/ 0,02445 = 306,798 моль/м3 ;
VSO2 = (vSO2 / vH2S) × (φH2S /100) = 2/2 × 7/100 = 0,07 м3/м3 ;
νSO2 = 0,07/ 0,02445 = 2,86 моль/м3 ;
VO2 = φO2 /100 = 3/100 = 0,03 м3/м3 ;
νO2 = 0,03/ 0,02445 = 1,23 моль/м3 .
Суммарный объем продуктов горения составит:
Vпг = 0,96 + 1,93 + 7,501 + 0,07 +0,03 = 10,49 м3/м3 или 429,04 моль/м3.
После интегрирования уравнения (21) получим выражение для расчёта адиабатической температуры горения:
Ta = T0 + Qнс, об / Σ νi CP,пг = T0 + Qнс, об / (νCO2 CP,CO2 + νH2O CP,H2O + νN2 CP,N2 + νSO2 CP,SO2 + νO2 CP,O2) (26)
Для расчетов воспользуемся следующими средними значениями теплоемкостей для температурного диапазона 298−2000 K (табл. 3)
=53,14; 
=42,34; 
=34,73; 
=32,76; CP(SO2)=52,57 Дж/моль.K.
Подставив приведенные значения теплоемкостей и числа молей продуктов сгорания в формулу (26), получим:
Ta = 298 + 34033,9 × 103/(39,26×53,14 + 78,96×42,34+ 1,23×34,73 + 306,798×32,76 + 2,86×52,57 ) = 2470 К.
Действительная температура горения всегда ниже адиабатической, так как часть тепла теряется с излучением. При расчете действительной температуры горения учитываются потери тепла в результате химического недожога в зоне горения, когда образуются продукты неполного сгорания (СО, С, CnHm и др.) и потери тепла за счёт излучения факела пламени.
, (27)
где 
- общие теплопотери при горении газового фонтана, представляющие собой долю от низшей теплоты сгорания 
;
- химический недожог (0,10);
- коэффициент теплопотерь излучением.
Коэффициент теплопотерь излучением от пламени газового фонтана может быть определен в соответствии со следующей формулой:
. (28)
Скачать реферат