2.3. Теплота сгорания топлива

Теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг топлива. Теп­лота сгорания в зависимости от того, до какой температуры охлаждать образующиеся газообразные продукты сгорания топ­лива, может быть высшей и низшей.

Высшей теплотой сгорания называется количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг топлива при условии, что продукты сгорания охлаждаются до температуры конденсации содержащихся в них водяных паров (образовав­шихся за счет горения водорода и испарения влаги топлива). Высшая теплота сгорания обозначается (индекс «р» обозна­чает рабочую массу топлива), измеряется в кДж/кг (МДж/кг). Например, при сжигании мазутов для получения высшей теп­лоты сгорания продукты сгорания надо охлаждать до темпера­туры около 45°С.

При сжигании топлива в промышленных установках (котлах, камерах сгорания, дизелях и т. д.) дымовые газы не охлажда­ются до столь низкой температуры. Обычно они удаляются из агрегатов при температуре 100–400°С; содержащийся в про­дуктах сгорания водяной пар не конденсируется и его теплота не выделяется. В результате теплота сгорания топлива оказы­вается меньше, чем при глубоком охлаждении продуктов сгора­ния. Такая теплота называется низшей теплотой сгорания топ­лива. Она обозначается и измеряется в кДж/кг (МДж/кг). На практике все тепловые расчеты выполняются с использова­ниемнизшей теплоты сгорания .

Высшую теплоту сгорания топлива определяют лабора­торным путем, сжигая топливо в специальных приборах – кало­риметрах. Зная , можно определить и , для этого надо из высшей теплоты сгорания вычесть теплоту конденсации содержащихся в дымовых газах водяных паров. В результате полу­чим, МДж/кг,

,

(2.2)

где	2,51	–	теплота конденсации (или парообразования) водяных паров, находящихся в газах, МДж/кг;
		–	содержание во­дорода и влаги в рабочей массе топлива, %; коэффициент 9 перед означает, что при окислении водорода из одной его массовой части образуется 9 массовых частей воды; коэффи­циент 100 служит для перевода количества из процен­тов в килограммы.

Если нет данных для определения лабораторным путем, то низшую теплоту сгорания топлива можно рассчитать по эмпирической формуле Д.И. Менделеева, МДж/кг,

.

(2.3)

Теплота сгорания мазута среднего состава = 40,4 МДж/кг.

2.4. Характеристики жидкого топлива

Одной из важных характеристик жидких топлив является вязкость или внутреннее трение – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно дру­гой. От вязкости зависит качество распыливания топлива фор­сунками, мощность насосов для перекачивания топлива по тру­бопроводам и др. Марки мазутов выражаются значениями вяз­кости в условных градусах °ВУ, замеренными при температуре 50°С. Например, мазут марки 40 имеет вязкость 40°ВУ при тем­пературе 50°С, а мазут марки Ф5 (флотский) имеет вязкость 5°ВУ при температуре 50°С. Единицы (градусы) вязкости условной определяются как отношение времени истечения 200 см³ мазута при 50°С ко времени истечения того же количе­ства дистиллированной воды при 20°С. Истечение осуществля­ется через калиброванное отверстие специального прибора – вискозиметра.

Кроме единиц условной вязкости существуют единицы абсо­лютной вязкости. К ним относятся динамическая вязкость , единица измерения которой паскаль-секунда (Па∙с) и кинема­тическая вязкость v, единица измерения которой метр квадрат­ный на секунду (м²/с) или миллиметр квадратный на секунду (мм²/с). Последняя называется сантистоксом (сСт).

В зависимости от условной вязкости различают следующие марки мазутов (ГОСТ 10585-75): мазуты флотские повышен­ного качества марок Ф5, Ф12 и мазуты топочные марок 40, 100 и 200 (последние две марки мазутов используются на электро­станциях).

Вязкость мазутов зависит от температуры. С повышением температуры она уменьшается (Рис. 2.1). Для обеспечения вы­сокого качества распыливания и, следовательно, полного сгора­ния мазута его вязкость перед подачей в форсунку должна быть не более 3–3,5°ВУ. Это достигается подогревом мазута до 80–110°С в зависимости от его марки. Мазут 40 для перекачи­вания предварительно подогревают до 40–50°С.

Другими важными характеристиками жидкого топлива яв­ляются температура вспышки, температура воспламенения и температура застывания. Температурой вспышки называется такая температура, при которой пары топлива вспыхивают при поднесении открытого пла­мени; после удаления пламени горение паров топлива пре­кращается. Температура вспышки для судового топлива в закрытом тигле должна быть не менее 65°С. При хранении и транспортировке по трубо­проводам топливо нельзя на­гревать до температуры вспыш­ки. При температуре воспламе­нения пары мазута загораются при соприкосновении с откры­тым пламенем и горят не ме­нее 5 с после удаления источ­ника пламени. Поэтому темпе­ратура воспламенения на 10–30°С выше температуры вспыш­ки. Условия перекачивания топлива на судне определяются температурой застывания, при которой мазут теряет естественную текучесть. Использование мазутов с высокой температурой застывания усложняет топлив­ную систему, так как требуется предварительно разогревать ма­зут в бункерах и трубопроводах. Желательно, чтобы темпера­тура застывания мазута не превышала 10°С.

Плотность мазутов определяется при температуре 20°С и обозначается . От плотности зависит процесс отделения влаги: чем выше плотность мазута, тем больше надо его нагре­вать во время отстаивания в цистернах. Обычно при 20°С плот­ность мазутов составляет (0,9 ÷ 1,05)∙10³ м³/кг.

Теплоемкость мазута – это количество теплоты, необхо­димое для нагревания 1 кг мазута на 1°С. Теплоемкость харак­теризует соотношение между теплотой, которую надо подвести к телу (или отвести от него) и его температурой. Единица измерения Дж/(кг∙°С) или кДж/(кг∙°С). Теплоемкость мазу­тов составляет примерно 2 кДж/(кг∙°С).

Рис. 2.1. Вязкость основных марок мазута в зависимости от температу­ры:

а – значения вязкости, необходимые для качественного распыливания мазута

форсун­ками; b — для перекачивания насосами

Мазут – самое дешевое жидкое топливо из числа жидких топлив, применяемых на судах.