Розрізняють калориметричну, теоретичну і дійсну температури горіння.
При підрахунку калориметричній температури горіння приймають, що все тепло, що виділяється при повному згорянні палива, використовується для нагріву продуктів згоряння. Втрати тепла в навколишнє середовище приймають рівними нулю. Дисоціація продуктів згоряння при високій температурі не враховується.
При підрахунку теоретичної температури горіння втрати тепла в навколишнє середовище також приймаються рівними нулю проте на відміну від розрахунку калориметричній температури горіння в цьому випадку враховується ендотермічний процес дисоціації продуктів згоряння при високій температурі.
Розрахункову температуру горіння визначають, враховуючи відведення тепла із зони горіння.
Калориметрична і теоретична температура горіння, підраховані за умови, що паливо повністю згоряє в теоретично необхідному для горіння обсязі повітря, причому температура повітря і палива радону 0 ° С, природно залежать тільки від складу палива і є важливою теплотехнічної характеристикою палива, особливо при виборі палива для здійснення високотемпературних технологічних процесів.
При спалюванні палива з надлишком повітря і при застосуванні попереднього підігріву повітря і палива калориметрична і теоретична температури горіння залежать не тільки від складу палива, але і від умов його спалювання.
Ще в більшій мірі залежить від умов спалювання, і зокрема від конструкції камери згоряння, дійсна температура горіння.
Кількість тепла, що повідомляється продуктам згоряння і забезпечує нагрів їх до шуканої температури, можна визначити з теплового балансу процесу горіння.
В реальних умовах горіння палива протікає не миттєво, тому в процесі згоряння одночасно відбувається, з одного боку, виділення тепла, з іншого, - віддача тепла в середу, навколишнє зону згоряння. Одна частина відданого тепла використовується корисно для нагрівання робочих тіл, інша становить теплові втрати.
При високих температурах відбувається дисоціація деяких складових частин продуктів згоряння, яка супроводжується поглинанням певної кількості тепла.
Таким чином, в дійсних умовах на нагрів продуктів згоряння йде тільки частина виділяється в процесі згоряння тепла, що дорівнює різниці між сумою надходжень тепла з усіх джерел і сумою витрат тепла на тепловіддачу і дисоціацію.
- нижчу теплотворність одиниці ваги палива;
q-кількість тепла, що віддається в момент горіння середовищі,
навколишнього зону горіння і припадає на одиницю ваги палива;
qдісс-кількість тепла, що витрачається на реакції дисоціації продуктів згоряння, також віднесена до одиниці ваги палива
то можна написати
Рівняння (6) носить назву рівняння теплового балансу процесу горіння: ліва частина його - прихід тепла, права - витрата тепла.
Так як підвищення температури всякого тіла визначається кількістю тепла, яке повідомляється тілу його масою і теплоємністю, пов'язаними рівняннями:
то і для продуктів згоряння палива підвищення температури § їх від будь-якої початкової температури складе:
Якщо за початкову температуру прийняти 0 0 С, то наведене рівність набуде вигляду:
Кількість тепла, що повідомляється продуктам згоряння, за рівнянням (39) складе:
Підставляючи отриманий вираз в формулу (7), отримуємо
Таким чином, формально рішення задачі знаходження температури горіння є цілком певним, якщо відомі всі величини, що входять в рівняння (9). Однак для визначення дійсної температури горіння необхідно знайти величину розсіювання теплової енергії в момент спалювання, т. Е. Визначити величину q. Точно вирішити цю задачу поки неможливо.
Якщо припустити, що все тепло, що виділяється в результаті процесу згоряння, цілком повідомляється тільки продуктам: згоряння, т. Е. Що процес згоряння відбувається в адіабатичних умовах, то
і замість рівняння (9) будемо мати:
Отримана величина носить назву теоретичної температури горіння. Вона завжди вище дійсної температури горіння, яка визначається формулою (9)
Продукти згоряння палива, що містять вугільний ангідрид (СО2) і водяна пара (Н2 О), нагріваються до високих температур. При цьому відбувається дисоціація СО2 і Н2 Про результаті якої змінюється обсяг продуктів згоряння.
Крім того, кількість тепла, що витрачається на підвищення температури продуктів згоряння, зменшується, так як реакції дисоціації СО2 і Н2 0 йдуть з поглинанням тепла.
Теоретична температура горіння визначається з урахуванням явища дисоціації в продуктах згоряння.
Температура горіння в адіабатичних умовах, визначається без урахування явища дисоціації продуктів згоряння, носить назву калориметричній температури горіння.
При цьому qдісс = 0 і формула (11) переходить в елементарну калориметричну формулу:
Якщо температура палива і дуття, що надходять для спалювання, дорівнює нулю, то Iн = 0, і
Д. І. Менделєєв запропонував називати цю величину жаропроізводітельностью палива. «Склавши нове слово« жаропроізводітельность », - писав Д. І. Менделєєв, - я хотів задовольнити умовам мови і зробити назву відразу зрозумілі».
Користуючись наведеними вище виразом можна визначати калориметричну температуру горіння розрахунковим шляхом, виходячи з даних про елементарне складі палива і його теплотворення.
Кількість продуктів згоряння, їх обсяг (або вага) і склад визначаються розрахунком, як показано вище. Теплоємність могла б бути знайдена за таблицями, якби вона не залежала від температури. Вплив же температури призводить до положення, коли необхідно знати теплоємність при температурі, величина якої визначається. У загальному вигляді рішення можна було б отримати, якби був відомий вид функції, що визначає теплоємність в залежності від температури. Якщо ця залежність виражається рівнянням
то вихідне рівняння перетворюється в рівняння другого ступеня щодо t:
Якщо ж прийняти для теплоємності значення.
то ступінь загального рівняння на одну одиницю більше вищого показника ступеня при t в вираженні для теплоємності. Рішення таких рівнянь в загальному вигляді громіздко або зовсім недоступно. В такому випадку завдання вирішується методом послідовних наближень. У всякому разі, рішення може бути отримано з будь-якої заданої точністю.
Якби можна було створити такі умови горіння, які забезпечували б всі необхідні для досягнення калориметричній температури вимоги, то вона була б максимальною температурою, досяжною при спалюванні палива в ідеальних умовах. В результаті абсолютне значення такої температури залежало б винятково від хімічного складу палива, так як їм визначаються кількість виділяється при згорянні тепла, кількість і склад продуктів згоряння.
Очевидно, що така температура разом з тим могла б служити і дуже суттєвою характеристикою палива, представляючи як би верхню межу для температур, досяжних при спалюванні палива у всіляких умовах.
Ця межа може змінюватися лише при впливі факторів, безпосередньо не пов'язаних з властивостями (хімічний склад) палива. До числа таких факторів слід віднести попередній (до спалювання) нагрів пального і повітря. Так як завдяки такому підігріву в процесі бере участь додаткову кількість тепла, то і калориметрична температура підвищується. Але в цьому випадку вона перестає бути характеристикою палива, а в більшій мірі стає залежною від умов його спалювання.
Щоб залишити за калориметричній температурою сенс характеристики палива, її необхідно завжди визначати в строго тотожних для порівнюваних сортів пального умовах. В якості таких умов приймаються такі:
1) температура повітря і пального дорівнює 0 ° С;
2) кількість повітря дорівнює тій, що визначена вище як теоретичне, т. Е. Мінімально необхідне для повного окислення всіх горючих складових палива;
3) горіння відбувається миттєво до повного окислення:
4) горіння водню призводить до утворення Н2 О в пароподібному стані, так що звільняється кількість тепла одно нижчого межі теплотворення;
5) будь-який вибраний тепло повідомляється продуктам згоряння і витрачається виключно на підвищення їх температури.
Будь-яке відхилення від цих умов змінює величину обумовленою температури і зменшує її значення як порівняльної характеристики палива.
Справді, попередній підігрів палива і повітря, в результаті якого продуктам згоряння повідомляються додаткові кількості тепла, понад виділяється при реакції, підвищує калориметричну температуру. Введення в суміш пального і повітря в кількості, більшій ніж теоретичне, викликає збільшення маси продуктів згоряння, а значить і зниження калориметричній температури.
Обидва ці можливі відхилення пов'язані з умовами спалювання, тому і величина калориметричній температури, визначеної з урахуванням цих факторів, характерна вже не взагалі для даного палива, а лише при спалюванні його в певних умовах, відмінних від стандартних.
Розглянемо приклад визначення калориметричній температури горіння.
Приклад. Визначити калориметричну температуру горіння бензолу С6 Н6. що містить 92,3% С і 7,7% Н,
У 100 кг палива міститься:
Для горіння потрібно кисню:
для горіння С. 7,69 моль
Те ж Н. 1,93 моль
З киснем увійде азоту