CC BY
33
УДК 661.62
О МАКСИМАЛЬНОЙ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ГОРЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
А.К. ИЛЬИН, Р.А. ИЛЬИН
Лаборатория нетрадиционной энергетики Отдела энергетических проблем СНЦ РАН (при АГТУ)*
Предложены расчетные формулы для определения максимальной теоретической температуры горения водотопливных эмульсий. Результаты расчетов приведены на рисунках.
Ключевые слова: водотопливная эмульсия, теоретическая температура горения, продукты сгорания, влияние воды.
Понятие о максимальной теоретической температуре горения топлива (как об адиабатной температуре горения в стехиометрических условиях при начальной температуре топлива и воздуха 0°С и давлении 760 мм рт. столба) введено в литературе, приводятся ее величины для водотопливных эмульсий (ВТЭ), в которых вода содержится как искусственно вводимый компонент [1-6]. Однако в реальных расчетах оно практически не используется, в том числе для процесса горения водотопливных эмульсий [1-6]. Для определения этой температуры, называемой иногда «жаропроизводительностью» (по терминологии М.В. Ломоносова), основные научные и практические рекомендации разработаны профессором М.Б. Равичем [7 и др.] для топлив различных видов. Она достаточно полезно используется при определении эффективности теплоэнергетических установок различных типов [8]. Однако для водотопливных эмульсий «жидкое топливо-вода» отсутствуют расчетные формулы для определения этой температуры, в том числе в Нормативном методе расчета котлов [9], в [10] и др.
Авторы предлагают следующие формулы для расчета максимальной теоретической температуры горения ВТЭ «жидкое топливо-вода».
По параметру в начального состояния ВТЭ:
* макс = й ^ ( - в )/ ( УСс2 • с СО 2 + У] 2 • с N2 + У Н 2 О ' с Н 2 О }• С1 - в )+
+1,244 • сн 2 О • в
(1)
где йн - удельная низшая теплота сгорания «чистого» (без воды) топлива, кДж/кг; у°с V] Ун О - объемы продуктов сгорания «чистого» топлива: СО2,
N и Н2О соответственно, нм3/кг; с со 2 , с ]2 , с н 2 о - удельные объемные теплоемкости: СО2, ]2, Н2О - соответственно средние в интервале температур 0 -*макс кДж/(нм3 град); в = тН2с/(тН2С + ттопл) - доля воды в ВТЭ, кг воды / кг ВТЭ; 1,244 - размерный коэффициент.
По параметру ф содержания водяного пара в продуктах сгорания:
* С участием бакалавра Баевой М.Н.
© А. К. Ильин, Р. А Ильин Проблемы энергетики, 2010, № 3-4
t макс = (1 - в )/
КСо2 ■ССО2 + 2 ■ см2 + ^О •сН2о-Ф^
+ КН2О ■ сН2О -ф
где ф - отношение объема водяных паров, образующихся при испарении воды, содержащейся в ВТЭ, к объему водяных паров, образующихся вследствие сгорания «чистого» топлива.
По формулам (1) и (2) выполнены расчеты максимальной теоретической температуры горения водотопливной эмульсии на основе низкосернистого мазута 40. Удельная теплота сгорания мазута принята по [10]. Наличие серы в топливе не учитывалось, т.к. поправка на содержание серы, например, в малосернистом мазуте 0,5 % составит всего около минус 1,5°С. При увеличении содержания серы величина поправки (-1,5°С) увеличивается пропорционально. Также не учитывалось содержание водяных паров в воздухе (для горения) вследствие малости и неопределенности этой величины. Не учитывалось уменьшение максимальной температуры вследствие диссоциации продуктов сгорания. Однако последнее может быть легко учтено [11 и др.]
Результаты расчетов (рис. 1) показывают, что при реальных величинах в до 0,05-(0,15-0,20) максимальная теоретическая температура горения ВТЭ снижается на 25-65°С. По данным [2] на рис. 2 это снижение несколько другое, однако в работе [2] не приводится расчетная формула для определения этой температуры и не указаны условия расчета.
2100
2000
1900
180«
Р,ф
0,1
0,2
0,3
0,4
Рис. 1. Зависимость максимальной теоретической температуры горения водотопливных эмульсий от параметров в и ф содержания воды в ВТЭ и в продуктах сгорания: 1 - по формуле (1), 2 - по формуле (2), по данным [3, с.73, рис. 41]. 1 и 2 - для мазута 40; 3 - для мазута 60
Р
Рис. 2. Функция в = /(ф) для ВТЭ «мазут 40 - вода»:Т - предельное теоретическое значение ф;
А - зона реальных величин в и ф
© Проблемы энергетики, 2010, № 3-4
Параметры в и ф связывает соотношение (рис. 2)
в = 1,206 ф , (3)
из которого следует, что предельная (максимальная) теоретическая величина ф составляет ф макс =0,83. С учетом (3) линии 1 и 2 на рисунке совпадают.
Реальные величины параметров при использовании ВТЭ: в ( ( 1, ф ( ( макс . Это означает, что объем водяных паров, образующихся при испарении дополнительной воды в ВТЭ, составляет небольшую часть от объема водяных паров, образующихся при сгорании топлива, содержащегося в ВТЭ.
Summary
Formulas for definition of the maximum theoretical temperature of burning water-fuel emulsions are settlemented. Results of calculation are received in drawings.
Key words: water-fuel emulsion, theoretical temperature of burning, combustion products, water influence.
Литература
1. Иванов В.М. Топливные эмульсии. М.: Изд. АН СССР. 1962. 216 с.
2. Иванов В.М. Топливные эмульсии и суспензии. М.: Металлургиздат, 1963.
183 с.
3. Корягин В.А. Сжигание водотопливных эмульсий и снижение вредных выбросов. СПб: Недра, 1995. 304 с.
4. Лебедев О.Н., Сомов В.А., Сисин В.Д. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях. Л.: Судостроение, 1988. 108 с.
5. Тув И.А. Сжигание обводненных мазутов в судовых котлах. Л.: Судостроение, 1968. 196 с
6. Частухин В.И., Частухин В.В. Топливо и теория горения. Киев: Выща школа, 1989. 223 с.
7. Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. Изд-е 4-е. М.: Наука, 1966. 407 с.
8. Ильин Р.А. Энергетический и эксергетический рейтинги теплоэнергетических установок // Вестник АГТУ. 2008. №6(47). С.56-60.
9. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. СПб: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. 256 с.
10. Сполдинг Д.Б. Основы теории горения. Пер. с англ. М.: Госэнергоиздат, 1959. 320 с.
11. Ильин А.К. К расчету процесса горения топлива по обобщенным характеристикам / Энергетика России в 21-веке: развитие, функционирование, управление. Материалы Всеросс. конф. Иркутск: Ин-т систем энергетики, 2005. С.791-794.
Поступила в редакцию 30 октября 2009 г
Ильин Альберт Константинович - д-р техн. наук, профессор, заведующий Лабораторией нетрадиционной энергетики Саратовского научного центра Российской Академии наук (при Астраханском государственном техническом университете). Тел.: 8 (8512) 54-62-43. E-mail: akilyin@newmail. ru.
Ильин Роман Альбертович - канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник Лаборатории нетрадиционной энергетики Саратовского научного центра Российской Академии наук (при Астраханском государственном техническом университете). Тел.: 8 (8512) 54-62-43. E-mail: akilyin@newmail. ru.
© Проблемы энергетики, 2010, № 3-4
