0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

В таблицах представлена массовая удельная теплота сгорания топлива (жидкого, твердого и газообразного) и некоторых других горючих материалов. Рассмотрено такое топливо, как: уголь, дрова, кокс, торф, керосин, нефть, спирт, бензин, природный газ и т. д.

При экзотермической реакции окисления топлива его химическая энергия переходит в тепловую с выделением определенного количества теплоты. Образующуюся тепловую энергию принято называть теплотой сгорания топлива. Она зависит от его химического состава, влажности и является основным показателем топлива. Теплота сгорания топлива, отнесенная на 1 кг массы или 1 м 3 объема образует массовую или объемную удельную теплоты сгорания.

Удельной теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема твердого, жидкого или газообразного топлива. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Дж/кг или Дж/м 3 .

Удельную теплоту сгорания топлива можно определить экспериментально или вычислить аналитически. Экспериментальные методы определения теплотворной способности основаны на практическом измерении количества теплоты, выделившейся при горении топлива, например в калориметре с термостатом и бомбой для сжигания. Для топлива с известным химическим составом удельную теплоту сгорания можно определить по формуле Менделеева.

Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания. Высшая теплота сгорания равна максимальному количеству теплоты, выделяемому при полном сгорании топлива, с учетом тепла затраченного на испарение влаги, содержащейся в топливе. Низшая теплота сгорания меньше значения высшей на величину теплоты конденсации водяного пара, который образуется из влаги топлива и водорода органической массы, превращающегося при горении в воду.

Для определения показателей качества топлива, а также в теплотехнических расчетах обычно используют низшую удельную теплоту сгорания, которая является важнейшей тепловой и эксплуатационной характеристикой топлива и приведена в таблицах ниже.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·10 6 Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

К топливам с низкой энергоэффективностью можно отнести древесину, дрова, порох, фрезторф, горючие сланцы. Например, удельная теплота сгорания дров составляет 8,4…12,5, а пороха — всего 3,8 МДж/кг.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

ТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг
Антрацит26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты)18,5
Дрова сухие8,4…11
Дрова березовые сухие12,5
Кокс газовый26,9
Кокс доменный30,4
Полукокс27,3
Порох3,8
Сланец4,6…9
Сланцы горючие5,9…15
Твердое ракетное топливо4,2…10,5
Торф16,3
Торф волокнистый21,8
Торф фрезерный8,1…10,5
Торфяная крошка10,8
Уголь бурый13…25
Уголь бурый (брикеты)20,2
Уголь бурый (пыль)25
Уголь донецкий19,7…24
Уголь древесный31,5…34,4
Уголь каменный27
Уголь коксующийся36,3
Уголь кузнецкий22,8…25,1
Уголь челябинский12,8
Уголь экибастузский16,7
Фрезторф8,1
Шлак27,5

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Приведена таблица удельной теплоты сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей. Следует отметить, что высоким тепловыделением при сгорании отличаются такие топлива, как: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо и нефть.

Удельная теплота сгорания спирта и ацетона существенно ниже традиционных моторных топлив. Кроме того, относительно низким значением теплоты сгорания обладает жидкое ракетное топливо и этиленгликоль — при полном сгорании 1 кг этих углеводородов выделится количество теплоты, равное 9,2 и 13,3 МДж, соответственно.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

ТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг
Ацетон31,4
Бензин А-72 (ГОСТ 2084-67)44,2
Бензин авиационный Б-70 (ГОСТ 1012-72)44,1
Бензин АИ-93 (ГОСТ 2084-67)43,6
Бензол40,6
Дизельное топливо зимнее (ГОСТ 305-73)43,6
Дизельное топливо летнее (ГОСТ 305-73)43,4
Жидкое ракетное топливо (керосин + жидкий кислород)9,2
Керосин авиационный42,9
Керосин осветительный (ГОСТ 4753-68)43,7
Ксилол43,2
Мазут высокосернистый39
Мазут малосернистый40,5
Мазут низкосернистый41,7
Мазут сернистый39,6
Метиловый спирт (метанол)21,1
н-Бутиловый спирт36,8
Нефть43,5…46
Нефть метановая21,5
Толуол40,9
Уайт-спирит (ГОСТ 313452)44
Этиленгликоль13,3
Этиловый спирт (этанол)30,6

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов

Представлена таблица удельной теплоты сгорания газообразного топлива и некоторых других горючих газов в размерности МДж/кг. Из рассмотренных газов наибольшей массовой удельной теплотой сгорания отличается водород. При полном сгорании одного килограмма этого газа выделится 119,83 МДж тепла. Также высокой теплотворной способностью обладает такое топливо, как природный газ — удельная теплота сгорания природного газа равна 41…49 МДж/кг (у чистого метана 50 МДж/кг).

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов (водород, природный газ, метан)

ТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг
1-Бутен45,3
Аммиак18,6
Ацетилен48,3
Водород119,83
Водород, смесь с метаном (50% H2 и 50% CH4 по массе)85
Водород, смесь с метаном и оксидом углерода (33-33-33% по массе)60
Водород, смесь с оксидом углерода (50% H2 50% CO2 по массе)65
Газ доменных печей3
Газ коксовых печей38,5
Газ сжиженный углеводородный СУГ (пропан-бутан)43,8
Изобутан45,6
Метан50
н-Бутан45,7
н-Гексан45,1
н-Пентан45,4
Попутный газ40,6…43
Природный газ41…49
Пропадиен46,3
Пропан46,3
Пропилен45,8
Пропилен, смесь с водородом и окисью углерода (90%-9%-1% по массе)52
Этан47,5
Этилен47,2

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

ТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг
Бумага17,6
Дерматин21,5
Древесина (бруски влажностью 14 %)13,8
Древесина в штабелях16,6
Древесина дубовая19,9
Древесина еловая20,3
Древесина зеленая6,3
Древесина сосновая20,9
Капрон31,1
Карболитовые изделия26,9
Картон16,5
Каучук бутадиенстирольный СКС-30АР43,9
Каучук натуральный44,8
Каучук синтетический40,2
Каучук СКС43,9
Каучук хлоропреновый28
Линолеум поливинилхлоридный14,3
Линолеум поливинилхлоридный двухслойный17,9
Линолеум поливинилхлоридный на войлочной основе16,6
Линолеум поливинилхлоридный на теплой основе17,6
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе20,3
Линолеум резиновый (релин)27,2
Парафин твердый11,2
Пенопласт ПХВ-119,5
Пенопласт ФС-724,4
Пенопласт ФФ31,4
Пенополистирол ПСБ-С41,6
Пенополиуретан24,3
Плита древесноволокнистая20,9
Поливинилхлорид (ПВХ)20,7
Поликарбонат31
Полипропилен45,7
Полистирол39
Полиэтилен высокого давления47
Полиэтилен низкого давления46,7
Резина33,5
Рубероид29,5
Сажа канальная28,3
Сено16,7
Солома17
Стекло органическое (оргстекло)27,7
Текстолит20,9
Толь16
Тротил15
Хлопок17,5
Целлюлоза16,4
Шерсть и шерстяные волокна23,1
  1. Абрютин А. А. и др. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод.
  2. ГОСТ 147-2013 Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания.
  3. ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
  4. ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
  5. ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.
  6. Земский Г. Т. Огнеопасные свойства неорганических и органических материалов: справочник М.: ВНИИПО, 2016 — 970 с.

Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе горючего вещества Q P , то есть к горючему веществу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе вещества Q C ; к горючей массе вещества Q Γ , то есть к горючему веществу, не содержащему влаги и золы.

Различают высшую ( QB ) и низшую ( QH ) теплоту сгорания.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Читать еще:  Нефтегазовые университеты и институты

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.

где k — коэффициент, равный 25 кдж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

Расчёт теплоты сгорания

Таким образом, низшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах низшая теплота сгорания принимается как 100 %. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11 %.

На практике, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в веществе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Низшая теплота сгорания определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):

(для твердого вещества)

(для жидкого вещества), где:

• 2514 — теплота парообразования при температуре 0 °C и атмосферном давлении, кДж/кг;

H P и W P — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;

• 9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.

Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчётным способом в соответствии с формулой Д. И. Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:

, где:

CP , HP , OP , , WP — содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).

Для сравнительных расчётов используется так называемое Топливо условное, имеющее удельную теплоту сгорания, равную 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

В России тепловые расчёты (например, расчёт тепловой нагрузки для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности [1] ) обычно ведут по низшей теплоте сгорания, в США, Великобритании, Франции — по высшей. В Великобритании и США до внедрения метрической системы мер удельная теплота сгорания измерялась в британских тепловых единицах (BTU) на фунт (lb) (1Btu/lb = 2,326 кдж/кг).

Вещества и материалыНизшая теплота сгорания , МДж/кг
Бензин41,87
Керосин43,54
Бумага: книги, журналы13,4
Древесина (бруски W = 14 %)13,8
Каучук натуральный44,73
Линолеум поливинилхлоридный14,31
Резина33,52
Волокно штапельное13,8
Полиэтилен47,14
Хлопок разрыхленный15,7

Самые высокие значения теплоты сгорания природных газов из различных источников

Необходимое количество топлива для работы лампочки мощностью 100 Вт в течение года

(Количество топлива указанное ниже 100 % эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую. Так как большинство электрогенераторов и распределительных систем достигают эффективности (КПД) порядка 30 % — 35 %, фактическое количество топлива, используемого для питания лампочки мощностью 100 Вт, будет приблизительно в три раза больше указанного количества).

  • 166 кг древесины
  • 117—210 кг угля
  • 73,34 кг керосина
  • 78,8 m³ природного газа (используя усредненную величину 40000 кДж/м³)
  • 58 кг метана
  • 0,006 кг урана
  • 17,5 мкг антивещества

Примечания

  1. НПБ 105-03
  2. Key World Energy Statistics (2005), page 59

Литература

  • Физический энциклопедический словарь
  • Большая Советская энциклопедия
  • Пособие к НПБ 105-03

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Низшая теплота сгорания» в других словарях:

низшая теплота сгорания — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN lower heating valueLHV … Справочник технического переводчика

низшая теплота сгорания — 2.2 низшая теплота сгорания (inferior calorific value): Количество теплоты, которое может выделиться при полном сгорании в воздухе определенного количества газа таким образом, что давление p1, при котором протекает реакция, остается постоянным,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

низшая теплота сгорания топлива — Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (объема) топлива, при условии, что вода, образующаяся при сгорании, будет находиться в парообразном состоянии. Примечание Низшая объемная теплота сгорания топлива относится к… … Справочник технического переводчика

низшая теплота сгорания газа; Нн — низшая теплота сгорания газа; Нн: Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (объема) сухого газа, без учета теплоты конденсации водяных паров. Теплоту сгорания газа при условиях испытаний пересчитывают на стандартные… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

низшая теплота сгорания газа — 3.11 низшая теплота сгорания газа QH: Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (объема) сухого газа, без учета теплоты конденсации водяных паров. Источник: ГОСТ Р 51847 2001: Аппараты водонагревательные проточные газовые… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

низшая теплота сгорания топлива — 3.24 низшая теплота сгорания топлива : По ГОСТ 17356. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

низшая теплота сгорания (низшая теплота сгорания при постоянном давлении), Qн — 3.1.6 низшая теплота сгорания (низшая теплота сгорания при постоянном давлении), Qн [net calorific value (net heat of combustion at constant pressure), Qp]: Количество теплоты, выделяемое при сгорании объемной или массовой единицы твердого или… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Низшая теплота сгорания при постоянном давлении — 4.3 Низшая теплота сгорания при постоянном давлении количество тепла, выделившееся при полном сгорании единицы массы твердого топлива в среде кислорода при постоянном давлении. При этом остаточными веществами являются кислород, диоксид углерода,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Низшая теплота сгорания при постоянном объеме — 4.2 Низшая теплота сгорания при постоянном объеме количество тепла, выделившееся при полном сгорании единицы массы твердого топлива в среде кислорода при постоянном объеме. При этом остаточными веществами являются кислород, диоксид углерода, азот … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Низшая теплота сгорания угля — 94. Низшая теплота сгорания угля Ндп. Низшая теплотворная способность угля Калорийность топлива D. Unterer Heizwert Е. Net calorific value F. Pouvoir calorifique interieur Количество тепла, равное высшей теплоте сгорания за вычетом теплоты… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Теплотворная способность горючих материалов

Под теплотворной способностью понимают теплоту полного сгорания единицы массы вещества. В ней учитываются потери тепла, связанные с диссоциацией продуктов сгорания и незавершенностью химических реакций горения. Теплотворная способность – это максимально возможная теплота сгорания единицы массы вещества.

Определяют теплотворную способность элементов, их соединений и топливных смесей. Для элементов она численно равна теплоте образования продукта сгорания. Теплотворная способность смесей является аддитивной величиной и может быть найдена, если известна теплотворная способность компонентов смеси.

Горение происходит не только за счет образования оксидов, поэтому в широком смысле можно говорить о теплотворной способности элементов и их соединений не только в кислороде, а и при взаимодействии с фтором, хлором, азотом, бором, углеродом, кремнием, серой и фосфором.

Теплотворная способность является важной характеристикой. Она позволяет оценить и сравнить с другими максимально возможное тепловыделение той или иной окислительно-восстановительной реакции и определить по отношению к нему полноту протекания реальных процессов горения. Знание теплотворной способности необходимо при выборе компонентов топлив и смесей различного назначения и при оценке их полноты сгорания.

Различают высшую Hв и низшую Hн теплотворные способности. Высшая теплотворная способность в отличие от низшей включает теплоту фазовых превращений (конденсации, затвердевания) продуктов сгорания при охлаждении до комнатной температуры. Таким образом, высшая теплотворная способность – это теплота полного сгорания вещества, когда физическое состояние продуктов сгорания рассматривается при комнатной температуре, а низшая – при температуре горения. Высшую теплотворную способность определяют сжиганием вещества в калориметрической бомбе или расчетным способом. Она включает в себя, в частности, теплоту, выделяющуюся при конденсации паров воды, которая при 298 К равна 44 кДж/моль. Низшую теплотворную способность рассчитывают без учета теплоты конденсации паров воды, например по формуле

Читать еще:  Тепловой расчет на примере средней школы

(1.90)

где % Н – процентное содержание водорода в топливе.

Если при значениях теплотворной способности указывается физическое состояние продуктов сгорания (твердое, жидкое или газообразное), в этом случае индексы «высшая» и «низшая» обычно опускаются.

Рассмотрим теплотворную способность углеводородов и элементов в кислороде, отнесенную к единице массы исходного горючего. Низшая теплотворная способность отличается от высшей у парафинов в среднем на 3220-3350 кДж/кг, у олефинов и нафтенов – на 3140-3220кДж/кг, у бензола – на 1590 кДж/кг. При экспериментальном определении теплотворной способности следует иметь в виду, что в калориметрической бомбе вещество сгорает при постоянном объеме, а в реальных условиях – часто при постоянном давлении. Поправка на разность условий горения составляет для твердого топлива от 2,1 до 12,6, для мазута – около 33,5, бензина – 46,1 кДж/кг, а для газа достигает 210 кДж/м3. Практически эту поправку вводят только при определении теплотворной способности газа.

У парафинов теплотворная способность уменьшается с увеличением температуры кипения и увеличением отношения С/H. У моноциклических алициклнческих углеводородов это изменение значительно меньше. В ряду бензола теплотворная способность возрастает при переходе к высшим гомологам за счет боковой цепи. Двуядерные ароматические углеводороды имеют более низкую теплотворную способность, чем ряд бензола.

Всего лишь несколько элементов и их соединений имеют теплотворную способность, превышающую теплотворную способность углеводородных горючих. К числу этих элементов относятся водород, бор, бериллий, литий, их соединения и несколько элементорганических соединений бора и бериллия. Теплотворная способность таких элементов, как сера, натрий, ниобий, цирконий, кальций, ванадий, титан, фосфор, магний, кремний и алюминий, лежит в пределах 9210-32 240 кДж/кг. У остальных элементов периодической системы теплотворная способность не превышает 8374 кДж/кг. Данные по высшей теплотворной способности различного класса горючих приведены в табл. 1.18.

Высшая теплотворная способность различных горючих в кислороде (отнесенная к единице массы горючего) [36] [1]

Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива

Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива. Зная эти показатели, нужно учитывать их при проектирование котельной на твёрдом топливе.

Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:
От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.), а также от его влажности и зольности.

Вид топлива
Ед. изм.Удельная теплота сгоранияЭквивалент
кКалкВтМДжПриродный газ, м 3Диз. топливо, лМазут, л
Электроэнергия1 кВт/ч8641,03,620,1080,0840,089
Дизельное топливо (солярка)1 л1030011,943,121,2881,062
Мазут1 л970011,240,611,2130,942
Керосин1 л1040012,043,501,3001,0101,072
Нефть1 л1050012,244,001,3131,0191,082
Бензин1 л1050012,244,001,3131,0191,082
Газ природный1 м 380009,333,500,7770,825
Газ сжиженный1 кг1080012,545,201,3501,0491,113
Метан1 м 31195013,850,031,4941,1601,232
Пропан1 м 31088512,645,571,3611,0571,122
Этилен1 м 31147013,348,021,4341,1141,182
Водород1 м 32870033,2120,003,5882,7862,959
Уголь каменный (W=10%)1 кг64507,527,000,8060,6260,665
Уголь бурый (W=30…40%)1 кг31003,612,980,3880,3010,320
Уголь-антрацит1 кг67007,828,050,8380,6500,691
Уголь древесный1 кг65107,527,260,8140,6320,671
Торф (W=40%)1 кг29003,612,100,3630,2820,299
Торф брикеты (W=15%)1 кг42004,917,580,5250,4080,433
Торф крошка1 кг25903,010,840,3240,2510,267
Пеллета древесная1 кг41004,717,170,5130,3980,423
Пеллета из соломы1 кг34654,014,510,4330,3360,357
Пеллета из лузги подсолнуха1 кг43205,018,090,5400,4190,445
Свежесрубленная древесина (W=50. 60%)1 кг19402,28,120,2430,1880,200
Высушенная древесина (W=20%)1 кг34003,914,240,4250,3300,351
Щепа1 кг26103,010,930,3260,2530,269
Опилки1 кг20002,38,370,2500,1940,206
Бумага1 кг39704,616,620,4960,3850,409
Лузга подсолнуха, сои1 кг40604,717,000,5080,3940,419
Лузга рисовая1 кг31803,713,310,3980,3090,328
Костра льняная1 кг38054,415,930,4770,3690,392
Кукуруза-початок (W>10%)1 кг35004,014,650,4380,3400,361
Солома1 кг37504,315,700,4690,3640,387
Хлопчатник-стебли1 кг34704,014,530,4340,3370,358
Виноградная лоза (W=20%)1 кг33453,914,000,4180,3250,345

Связаться с нами:

Пн — Пт 9:00-18:00
Украина
г.Киев ул.Васильковская 37
03022

Теплотворность различных видов топлива: сравнение топлива по теплоте сгорания + таблица теплотворности

Когда определенное количество топлива сгорает, выделяется измеримое количество теплоты. Согласно Международной системе единиц величина выражается в Джоулях на кг или м 3 . Но параметры могут быть рассчитаны и в кКал или кВт. Если значение соотносится с единицей измерения топлива, оно называется удельным.

На что влияет теплотворность различного топлива? Каково значение показателя для жидких, твердых и газообразных веществ? Ответы на обозначенные вопросы подробно изложены в статье. Кроме того, мы подготовили таблицу с отображением удельной теплоты сгорания материалов – эта информация пригодится при выборе высокоэнергетического типа топлива.

Общая информация о теплотворности

Выделение энергии при горении должно характеризоваться двумя параметрами: высоким КПД и отсутствием выработки вредных веществ.

Искусственное топливо получается в процессе переработки естественного – биологического топлива. Вне зависимости от агрегатного состояния вещества в своем химическом составе имеют горючую и негорючую часть. Первая — это углерод и водород. Вторая состоит из воды, минеральных солей, азота, кислорода, металлов.

При сгорании 1 кг такой «смеси» выделяется разное количество энергии. Сколько именно этой энергии выделится, зависит от пропорций указанных элементов — горючей части, влажности, зольности и других компонентов.

Теплота сгорания топлива (ТСТ) формируется из двух уровней — высшего и низшего. Первый показатель получается из-за конденсации воды, во втором этот фактор не учитывается.

Низшая ТСТ нужна для расчетов потребности в горючем и его стоимости, с помощью таких показателей составляются тепловые балансы и определяется КПД работающих на топливе установок.

Вычислить ТСТ можно аналитически или экспериментально. Если химический состав горючего известен, применяется формула Менделеева. Экспериментальные методики основаны на фактическом измерении теплоты при сгорании топлива.

В этих случаях применяют специальную бомбу для сжигания – калориметрическую вместе с калориметром и термостатом.

Особенности расчетов индивидуальны для каждого вида топлива. Пример: ТСТ в двигателях внутреннего сгорания рассчитывается от низшего значения, потому что в цилиндрах жидкость не конденсируется.

Каждый тип веществ имеет свою ТСТ из-за особенностей химического состава. Значения существенно разнятся, диапазон колебаний — 1 000–10 000 кКал/кг.

Сравнивая разные виды материалов, используется понятие условного топлива, оно характеризуется низшей ТСТ в 29 МДж/кг.

Теплотворность твердых материалов

К этой категории относится древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основная составная часть твердого топлива — углерод.

Особенности разных пород дерева

Максимальная эффективность от использования дров достигается при условии соблюдения двух условий — сухости древесины и медленном процессе горения.

Идеальными для дровяного печного отопления считаются дубовые, березовые, ясеневые бруски. Хорошими показателями характеризуется боярышник, лещина. А вот у хвойных пород теплотворность низкая, но высокая скорость горения.

Как горят разные породы:

  1. Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
  2. Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
  3. Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
  4. Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
  5. Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
  6. Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
  7. Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
  8. Липа с тополем быстро прогорают.
Читать еще:  Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива и 200 м 3 природного газа. Древесина и дрова относятся к категории с низкой энергоэффективностью.

Влияние возраста на свойства угля

Уголь является природным материалом растительного происхождения. Добывается он из осадочных пород. В этом топливе содержится углерод и другие химические элементы.

Кроме типа на теплоту сгорания угля оказывает влияние и возраст материала. Бурый относится к молодой категории, за ним следует каменный, а самым старшим считается антрацит.

Процесс горения угля сопровождается выделением веществ, загрязняющих окружающую среду, колосники котла при этом покрываются шлаком. Еще один неблагоприятный фактор для атмосферы — наличие серы в составе топлива. Этот элемент при соприкосновении с воздухом трансформируется в серную кислоту.

Производителям удается максимально снизить содержание серы в угле. В результате ТСТ отличается даже в пределах одного вида. Влияет на показатели и география добычи. Как твердое топливо может использоваться не только чистый уголь, но и брикетированный шлак.

Наибольшая топливная способность наблюдается у коксующегося угля. Хорошими характеристиками обладает и каменный, древесный, бурый уголь, антрацит.

Характеристики пеллет и брикетов

Это твердое топливо изготавливается промышленным способом из различного древесного и растительного мусора.

Измельченная стружка, кора, картон, солома пересушивается и с помощью специального оборудования превращается в гранулы. Чтобы масса приобрела определенную степень вязкости, в нее добавляют полимер — лигнин.

Брикеты отличаются только формой, их можно загружать в печи, котлы. Оба типа горючего делятся на виды по сырью: из кругляка, торфа, подсолнечника, соломы.

У пеллет и брикетов есть существенные преимущества перед прочими разновидностями топлива:

  • полная экологичность;
  • возможность хранения практически в любых условиях;
  • устойчивость к механическим воздействиям и грибку;
  • равномерное и длительное горение;
  • оптимальный размер гранул для загрузки в отопительное устройство.

Экологичное топливо — хорошая альтернатива традиционным источникам тепла, которые не возобновляются и неблагоприятно действуют на окружающую среду. Но пеллеты и брикеты отличаются повышенной пожароопасностью, что стоит учитывать при организации места хранения.

При желании, можно наладить изготовление топливных брикетов собственноручно, подробнее – в этой статье.

Параметры жидких веществ

Жидкие материалы, как и твердые, раскладываются на следующие составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот. Процентное соотношение выражается по массе.

Из кислорода и азота образуется внутренний органический балласт топлива, эти компоненты не горят и включены в состав условно. Внешний балласт формируется из влаги и золы.

Высокая удельная теплота сгорания наблюдается у бензина. В зависимости от марки она составляет 43-44 МДж.

Похожие показатели удельной теплоты сгорания определяются и у авиационного керосина – 42,9 МДж. В категорию лидеров по значению теплотворной способности попадает и дизельное топливо – 43,4-43,6 МДж.

Относительно низкими значениями ТСТ характеризуются жидкое ракетное горючее, этиленгликоль. Минимальной удельной теплотой сгорания отличаются спирт и ацетон. Их показатели существенно ниже, чем у традиционного моторного топлива.

Свойства газообразного топлива

Газообразное топливо складывается из оксида углерода, водорода, метана, этана, пропана, бутана, этилена, бензола, сероводорода и других компонентов. Эти показатели выражаются в процентах по объему.

Высокие показатели теплотворной способности наблюдаются и у природного газа.

Они равны 41-49 МДж на кг. Но, например, у чистого метана теплота сгорания больше — 50 МДж на кг.

Сравнительная таблица показателей

В таблице представлены значения массовой удельной теплоты сгорания жидких, твердых, газообразных разновидностей топлива.

Вид топливаЕд. изм.Удельная теплота сгорания
МДжкВткКал
Дрова: дуб, береза, ясень, бук, грабкг154,22500
Дрова: лиственница, сосна, елькг15,54,32500
Уголь бурыйкг12,983,63100
Уголь каменныйкг27,007,56450
Уголь древесныйкг27,267,56510
Антрациткг28,057,86700
Пеллета древеснаякг17,174,74110
Пеллета соломеннаякг14,514,03465
Пеллета из подсолнухакг18,095,04320
Опилкикг8,372,32000
Бумагакг16,624,63970
Виноградная лозакг14,003,93345
Природный газм 333,59,38000
Сжиженный газкг45,2012,510800
Бензинкг44,0012,210500
Диз. топливокг43,1211,910300
Метанм 350,0313,811950
Водородм 312033,228700
Керосинкг43.501210400
Мазуткг40,6111,29700
Нефтькг44,0012,210500
Пропанм 345,5712,610885
Этиленм 348,0213,311470

Из таблицы видно, что наибольшие показатели ТСТ из всех веществ, а не только из газообразных, имеет водород. Он относится к высокоэнергетическим видам топлива.

Продукт сгорания водорода — обычная вода. В процессе не выделяется топочные шлаки, зола, угарный и углекислый газ, что делает вещество экологически чистым горючим. Но оно взрывоопасно и отличается низкой плотностью, поэтому такое топливо сложно сжижается и транспортируется.

Выводы и полезное видео по теме

О теплотворности разных пород дерева. Сравнение показателей в расчете на м 3 и кг.

ТСТ — важнейшая тепловая и эксплуатационная характеристика горючего. Этот показатель используется в различных сферах человеческой деятельности: тепловых двигателях, электростанциях, промышленности, при обогреве жилья и приготовлении пищи.

Значения теплотворности помогают сравнить различные виды топлива по степени выделяемой энергии, рассчитать необходимую массу горючего, сэкономить на расходах.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме теплотворности разных видов топлива? Можете оставлять комментарии к публикации и участвовать в обсуждениях – форма для связи находится в нижнем блоке.

Энергия топлива. Удельная теплота сгорания

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

Рис. 1. Виды топлива

  • К твердым видам топлива относят уголь и торф.
  • К жидким видам топлива относят нефть, бензин и другие нефтепродукты.
  • К газообразным видам топлива относят природный газ.
  • Отдельно можно выделить очень распространенное в последнее время ядерное топливо.

Сгорание топлива – это химический процесс, который является окислительным. При сгорании атомы углерода

Рис. 2. Образование углекислого газа

Удельная теплота сгорания топлива

Для характеристики топлива используется такая характеристика, как теплотворность. Теплотворность показывает, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива (рис. 3). В физике теплотворности соответствует понятие удельной теплоты сгорания вещества.

Рис. 3. Удельная теплота сгорания

Удельная теплота сгорания – физическая величина, характеризующая топливо, численно равна количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива.

Удельную теплоту сгорания принято обозначать буквой . Единицы измерения:

.

В единицах измерения отсутствует , так как сгорание топлива происходит практически при неизменной температуре.

Удельная теплота сгорания определяется опытным путем с помощью сложных приборов. Однако для решения задач существуют специальные таблицы. Ниже приведем значения удельной теплоты сгорания для некоторых видов топлива.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector