Теория горения топлива

В. А. Хлебников
П. Н. Анисимов

ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

Учебное пособие

по курсовому проектированию

Йошкар-Ола

ПГТУ
2023

УДК 662.61(076)
ББК 31.35я73

Х 55

Рецензенты:

профессор кафедры машиностроения и материаловедения

Поволжского государственного технологического университета

С. Я. Алибеков;

профессор кафедры строительных конструкций и водоснабжения 
Поволжского государственного технологического университета 

А. Г. Поздеев

Печатается по решению

редакционно-издательского совета ПГТУ

Хлебников, В. А.

Х 55
Теория горения топлива: учебное пособие по курсовому проек
тированию / В. А. Хлебников, П. Н. Анисимов. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2023. –
44 с.
ISBN 978-5-8158-2332-7

Представлены краткие теоретические сведения и практические реко
мендации по расчету полного горения энергетических топлив (природного 
газа, угля и других твердых топлив) применительно к топкам паровых котлов серии ДЕ АО «Бийский котельный завод». Изложение материала основано на Нормативном методе теплового расчета котельных агрегатов. 

Для бакалавров и магистрантов направления 13.03.01 «Теплоэнерге
тика и теплотехника» при изучении курса «Теория горения топлива», а 
также бакалавров направления 35.03.02 «Технология лесозаготовительных 
и деревоперерабатывающих производств» в рамках курсов «Теплотехника», «Энергетическое использование древесной биомассы». Практикум 
может быть использован студентами других специальностей, изучающими 
курс «Теория горения топлива».

УДК 662.61(076)

ББК 31.35я73

ISBN 978-5-8158-2332-7
© В. А. Хлебников, П. Н. Анисимов, 2023
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2023

ПРЕДИСЛОВИЕ

Энергетической стратегией России предусматривается увеличе
ние в 2035 году производства электроэнергии на 43 % к уровню, достигнутому в 2014 году, при одновременном росте установленной 
мощности электростанций на 25 % и снижении удельных расходов 
топлива на отпуск электроэнергии на 13 %. Дальнейшее развитие получит теплоснабжение преимущественно на базе теплофикации. Доля 
тепловых электростанций в централизованном отпуске тепла за тот 
же период увеличится с 46 до 50 %, доля котельных сократится с 47 
до 42 % [1].

Водяной пар с заданными давлением и температурой, непосред
ственно участвующий в технологическом процессе выработки электроэнергии и горячей воды для систем теплоснабжения, производится
котельными агрегатами (котлами) за счет сжигания в их топках требуемого количества энергетического топлива. 

Основными видами энергетического топлива в отмеченной пер
спективе по-прежнему будут являться природный газ и различные 
виды каменного угля. 

К 2035 году ожидается увеличение добычи природного газа до 

885 млрд м3 (рост на 40 % к уровню 2014 года) и увеличение внутреннего потребления газа на 24 %, в т.ч. в промышленности в 1,5 раза. 
Добычу угля планируется увеличить с 358 млн т в 2014 до 445 млн т 
в 2035 году.

Подготовка квалифицированных бакалавров и магистров по 

направлению «Теплоэнергетика и теплотехника» невозможна без глубокого овладения обучающими методиками теплового расчета котлов 
и, в частности, расчета полного горения энергетических топлив.

Основное внимание в настоящем издании уделяется расчетам

расхода окислителя (кислорода, воздуха) на горение топлива, состава 
и объема продуктов горения, энтальпий воздуха и продуктов горения. 
Студенты знакомятся с методиками расчета адиабатной температуры 
газов в топочной камере, выбора альтернативного природного газа 
для сжигания в том же котле по числу Воббе.

Настоящее издание подготовлено на основе Нормативного ме
тода по тепловому расчету котлов, разработанного коллективом авторов Всероссийского теплотехнического научно-исследовательского 
института (ВТИ) и научно-производственного объединения по исследованию и проектированию энергетического оборудования имени 
И.И. Ползунова (НПО ЦКТИ) [2].

ВВЕДЕНИЕ

Горение энергетических топлив (природного газа, каменного угля

и др.) – это процессы окисления их горючих составляющих, происходящие в топках котлов при высоких температурах и сопровождающиеся выделением теплоты.

Различают полное и неполное сгорание топлива. Полное горение

происходит при избытке окислителя (кислорода воздуха), неполное –
при его недостатке. В теплоэнергетике используется только полное 
горение энергетических топлив. Неполное горение применяется при 
газификации топлив (например, при получении из каменного угля 
кокса).

Основными горючими составляющими природного газа различ
ных месторождений являются метан СН4, высокомолекулярные углеводороды СmНn, оксид углерода СО, водород Н2 и сероводород H2S.

Горючими элементами твердых и жидких топлив (в т.ч. камен
ного угля и древесины) являются углерод С, водород Н и сера S. Входящий в их состав кислород О не является горючим элементом, т.к. 
содержится в топливах в связанном виде и, следовательно, не горит.

Конечные продукты горения горючих элементов топлив рассчи
тываются с использованием результативных (стехиометрических) реакций соединения горючих составляющих топлив и окислителя [3].

При выполнении курсовой работы предполагается, что продукты 

неполного горения в продуктах сгорания топлива отсутствуют.

Последовательность выполнения расчетов
Расчет горения рекомендуется начинать с определения теорети
чески необходимого и действительного расходов кислорода и воздуха
при известной величине коэффициента избытка воздуха на выходе из 
топки.

Затем следует определить состав, объем и энтальпии газообраз
ных продуктов сгорания (дымовых газов), образующихся при сгорании топлива.

Температура горения топлива в топке, необходимая для дальней
ших расчетов, определяется как адиабатная (т.е. без учета тепловых 
потерь в топочной камере). С целью упрощения предполагается, что 

имеет место линейная зависимость между энтальпией и температурой 
газов и равенство энтальпии дымовых газов и полезного тепловыделения в топке. Тепловыделение в топке рассчитывается с учетом известного КПД «брутто» котельного агрегата, указанного в задании на 
курсовую работу.

Для газового топлива выбирается номинальная мощность горелки

типа ГМП (ГМГ) для заданного котла серии ДЕ АО «Бийский котельный завод» [6]. На отдельном листе приводится чертеж общего вида 
горелки. Необходимые размеры могут быть взяты с сайта завода-изготовителя.

На завершающей стадии необходимо выбрать альтернативные 

виды природного газа, которые без существенного изменения технико-экономических характеристик котла могли бы сжигаться в его 
топке вместо базового (расчетного) газа.