No Image

Теплотворность различных видов топлива

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
11 марта 2020

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.

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.

Читайте также:  Начинка из соленой рыбы для пирога

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 топлива Ед. изм. Удельная теплота сгорания
МДж кВт кКал
Дрова: дуб, береза, ясень, бук, граб кг 15 4,2 2500
Дрова: лиственница, сосна, ель кг 15,5 4,3 2500
Уголь бурый кг 12,98 3,6 3100
Уголь каменный кг 27,00 7,5 6450
Уголь древесный кг 27,26 7,5 6510
Антрацит кг 28,05 7,8 6700
Пеллета древесная кг 17,17 4,7 4110
Пеллета соломенная кг 14,51 4,0 3465
Пеллета из подсолнуха кг 18,09 5,0 4320
Опилки кг 8,37 2,3 2000
Бумага кг 16,62 4,6 3970
Виноградная лоза кг 14,00 3,9 3345
Природный газ м 3 33,5 9,3 8000
Сжиженный газ кг 45,20 12,5 10800
Бензин кг 44,00 12,2 10500
Диз. топливо кг 43,12 11,9 10300
Метан м 3 50,03 13,8 11950
Водород м 3 120 33,2 28700
Керосин кг 43.50 12 10400
Мазут кг 40,61 11,2 9700
Нефть кг 44,00 12,2 10500
Пропан м 3 45,57 12,6 10885
Этилен м 3 48,02 13,3 11470

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.

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.

Читайте также:  Гильза соединительная медная луженая

Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:

  • От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.).
  • От его влажности и зольности.
Таблица 4 — Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов .
Вид энергоносителя Теплотворная способность Объёмная
плотность вещества
(ρ=m/V)
Цена за единицу
условного топлива
Коэфф.
полезного действия
(КПД) системы
отопления, %
Цена за
1 кВт·ч
Реализуемые системы
МДж кВт·ч
(1Мдж=0.278кВт·ч)
Электричество 1,0 кВт·ч 3,70р. за кВт·ч 98% 3,78р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование, приготовление пищи
Метан
(CH4, температура
кипения: -161,6 °C)
39,8 МДж/м³ 11,1 кВт·ч/м³ 0,72 кг/м³ 5,20р. за м³ 94% 0,50р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Пропан
(C3H8, температура
кипения: -42.1 °C)
46,34
МДж/кг
23,63
МДж/л
12,88
кВт·ч/кг
6,57
кВт·ч/л
0,51 кг/л 18,00р. за л 94% 2,91р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Бутан
C4H10, температура
кипения: -0,5 °C)
47,20
МДж/кг
27,38
МДж/л
13,12
кВт·ч/кг
7,61
кВт·ч/л
0,58 кг/л 14,00р. за л 94% 1,96р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Пропан-бутан
(СУГ — сжиженный
углеводородный газ)
46,8
МДж/кг
25,3
МДж/л
13,0
кВт·ч/кг
7,0
кВт·ч/л
0,54 кг/л 16,00р. за л 94% 2,42р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Дизельное топливо 42,7
МДж/кг
11,9
кВт·ч/кг
0,85 кг/л 30,00р. за кг 92% 2,75р. Отопление (нагрев воды и выработка электричества – очень затратны)
Дрова
(берёзовые, влажность — 12%)
15,0
МДж/кг
4,2
кВт·ч/кг
0,47-0,72 кг/дм³ 3,00р. за кг 90% 0,80р. Отопление (неудобно готовить пищу, практически невозможно получать горячую воду)
Каменный уголь 22,0
МДж/кг
6,1
кВт·ч/кг
1200-1500 кг/м³ 7,70р. за кг 90% 1,40р. Отопление
МАРР газ (смесь сжиженного нефтяного газа — 56% с метилацетилен-пропадиеном — 44%) 89,6
МДж/кг
24,9
кВт·ч/м³
0,1137 кг/дм³ -р. за м³ 0% Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение

Согласно таблице «Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов», пропан-бутан (сжиженный углеводородный газ) уступает в экономической выгоде и перспективности использования только природному газу (метану). Однако следует обратить внимание на тенденцию к неизбежному росту стоимости магистрального газа, которая на сегодняшний день существенно занижена. Аналитики предрекают неминуемую реорганизацию отрасли, которая приведёт к существенному удорожанию природного газа, возможно, даже превысит стоимость дизельного топлива.

Таким образом, сжиженный углеводородный газ, стоимость которого практически не изменится, остаётся исключительно перспективным – оптимальным решением для систем автономной газификации.

К веществам органического происхождения относится топливо, которое при горении выделяет определенное количество тепловой энергии. Выработка тепла должна характеризоваться высоким КПД и отсутствием побочных явлений, в частности, веществ, вредных для здоровья человека и окружающей среды.

Если рассматривать топливо с позиции его агрегатного состояния, то структуру вещества по степени горючести можно разделить на две составляющие. К горючей части относятся такие химические элементы, как водород и углерод, представляющие в целом углеводородную смесь, а также сера. В составе негорючей составляющей присутствуют вода, минеральные соли и следующие элементы: кислород, азот и ряд металлов.

Полное сгорание 1 кг топлива, состоящего из вышеуказанных компонентов, способствует выделению различного количества тепловой энергии. Любое вещество оценивается по такому показателю, как теплота сгорания.

Под теплотой сгорания топлива (ТСТ), измеряемой в кДж/кг, подразумевается количество энергии, которое выделяется в результате полного сгорания 1 кг вещества. Этот показатель формируется по двум уровням. Высшая ТСТ образуется за счет процесса конденсации воды, имеющейся в продуктах горения. При определении низшей ТСТ предыдущую ее степень не учитывают.

Так, расчет теплоты в двигателях внутреннего сгорания обычно исходит от значения низшей. Это объясняется довольно просто: в цилиндрах невозможен процесс конденсации жидкости. Для установления ТСТ используется калориметрическая бомба, в которой сжатый кислород насыщен водяным паром. Навеска определенного вида топлива помещается в эту среду, затем анализируются результаты.

Для нефтяных веществ ТСТ высчитывается по следующим формулам:

QВ = 33913ω(С) + 102995 ω(Н) – 10885 ω(O – S),

где ω(C, H, O, S) – массовые доли элементов в топливе, %;

ω(Н2О) – количество водяных паров в продуктах сгорания одного кг материала, %.

Читайте также:  Арматура светосигнальная слц 77

Для каждого типа вещества, отличающегося химическим составом, характерна своя ТСТ. К самым ходовым разновидностям твердого топлива относят:

  • дрова и уголь;
  • пеллеты и брикеты.

Рассмотрим каждый тип по отдельности.

Дрова

Это пиленные либо колотые куски дерева, которые во время сжигания в печах, котлах и прочих устройствах вырабатывают тепловую энергию.

Для удобства загрузки в топку древесный материал разрезают на отдельные элементы длиной до 30 см. Чтобы повысить эффективность от их использования, дрова должны быть максимально сухими, а процесс горения – относительно медленным. По многим параметрам для отопления помещений подходят дрова из таких лиственных пород, как дуб и береза, лещина и ясень, боярышник. Из-за высокого содержания смолы, повышенной скорости горения и низкой теплотворности хвойные деревья в этом плане значительно уступают.

Следует понимать, что на величину показателя теплотворности влияет плотность древесины.

Дрова (естественная сушка) Теплотворная способность кВт⋅ч/кг Теплотворная способность мега Дж/кг
Грабовые 4,2 15
Буковые 4,2 15
Ясеневые 4,2 15
Дубовые 4,2 15
Березовые 4,2 15
Из лиственницы 4,3 15,5
Сосновые 4,3 15,5
Еловые 4,3 15,5

Уголь

Это природный материал растительного происхождения, добываемый из осадочной породы.

В таком виде твердого топлива содержатся углерод и прочие химические элементы. Существует деление материала на типы в зависимости от его возраста. Самым молодым считается бурый уголь, за ним идет каменный, а старше всех остальных типов – антрацит. Возрастом горючего вещества определяется и его влажность, которая в большей степени присутствует в молодом материале.

В процессе горения угля происходит загрязнение окружающей среды, а на колосниках котла образуется шлак, создающий в определенной мере препятствие для нормального горения. Наличие серы в материале также является неблагоприятным для атмосферы фактором, поскольку в воздушном пространстве этот элемент преобразуется в серную кислоту.

Однако потребители не должны опасаться за свое здоровье. Производители этого материала, заботясь о частных клиентах, стремятся уменьшить содержание в нем серы. Теплота сгорания угля может отличаться даже в пределах одного типа. Разница зависит от характеристик подвида и содержания в нем минеральных веществ, а также географии добычи. В качестве твердого топлива встречается не только чистый уголь, но и низкообогащенный угольный шлак, прессованный в брикеты.

Вид угля Удельная теплота сгорания материала
кДж/кг ккал/кг
Бурый 14 700 3 500
Каменный 29 300 7 000
Антрацит 31 000 7 400

Пеллеты

Пеллетами (топливными гранулами) называется твердое топливо, созданное промышленным путем из древесных и растительных отходов: стружки, коры, картона, соломы.

Измельченное до состояния трухи сырье высушивается и засыпается в гранулятор, откуда уже выходит в виде гранул определенной формы. Для добавления массе вязкости применяют растительный полимер – лигнин. Сложность производственного процесса и высокий спрос формируют стоимость пеллетов. Материал используется в специально обустроенных котлах.

Разновидности топлива определяются в зависимости от того, из какого материала они переработаны:

  • кругляка деревьев любых пород;
  • соломы;
  • торфа;
  • подсолнечной шелухи.

Среди преимуществ, которыми обладают топливные гранулы, стоит отметить следующие качества:

  • экологичность;
  • неспособность к деформации и устойчивость к грибку;
  • удобство хранения даже под открытым небом;
  • равномерность и длительность горения;
  • относительно невысокая стоимость;
  • возможность использования для различных отопительных устройств;
  • подходящий размер гранул для автоматической загрузки в специально обустроенный котел.
Вид топлива Тепловая способность, ккал/кг
Пеллеты 4500
Дрова 2500
Уголь древесный 7500
Каменный уголь 7400
Мазут 9800
ДТ 10200
Природный газ 8300

Брикеты

Брикетами называется твердое топливо, во многом сходное с пеллетами. Для их изготовления используются идентичные материалы: щепа, стружка, торф, шелуха и солома. Во время производственного процесса сырье измельчается и за счет сжатия формируется в брикеты. Этот материал также относится к экологически чистому топливу. Его удобно хранить даже на открытом воздухе. Плавное, равномерное и медленное горение этого топлива можно наблюдать как в каминах и печах, так и в отопительных котлах.

Рассмотренные выше разновидности экологичного твердого топлива являются хорошей альтернативой получения тепла. В сравнении с ископаемыми источниками тепловой энергии, неблаготворно воздействующими при горении на окружающую среду и являющимися, кроме того, не возобновляемыми, альтернативное топливо имеет явные преимущества и относительно невысокую стоимость, что немаловажно для потребителей некоторых категорий.

В то же время пожароопасность таких видов топлива значительно выше. Поэтому требуется предпринять некоторые меры безопасности относительно их хранения и использования огнестойких материалов для стен.

Жидкое и газообразное топливо

Что касается жидких и газообразных горючих веществ, то ситуация здесь следующая:

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector