количество теплоты ,выделяемое при сгорании топлива, называется теплотворной способностью топлива.

Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м 3 газового топлива, при условии, что образующиеся водяные пары в продуктах сгорания конденсируются, называется высшей теплотой сгорания топлива.

Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или 1 м 3 газового топлива, за вычетом тепла парообразования водяных паров, образующихся при горении, называется низшей теплотой сгорания

Топлива. Высшая теплотворная способность – таблица. (Удельная теплота сгорания).

Тепловой расчет целесообразно начать с определения низшей теплотворной

способности топлива Qн p ккал/кГ. (Сортом топлива задаемся – дизельное)

1.Химический состав топлива в процентах по весу:

Массовое содержание углерода С = 0,87

Массовое содержание водорода Н = 0,126

Массовое содержание серы S = 0,02

Массовое содержание кислорода O = 0,04

Массовое содержание азота N = 0,0017

Молярная масса кислорода в воздухе m₀₂ = 32 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса азота в воздухе m_N2 = 28 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса воздуха ( 0.23+0.77=1), кг/кмоль: m_в = 0,23·m₀₂ + 0,77·m_N2 = 0,23·32 + 0,77·28 = 28,92.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива,

Кмолькг : L=

= =0,560 кмолькг

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг:

L_o′= = 28.92 х 0.56 = 16.1

В воздухе находится примерно 21% кислорода.Теоретически для сгорания 1кг топлива необходимо около 16 кг воздуха.

В дизелях, ввиду незначительного времени для смесеобразования внутри цилиндра, топливо недостаточно хорошо перемешивается с воздухом, и полного сгорания при подаче в цилиндр L_o кмоль воздуха не будет. Для обеспечения полного сгорания топлива и на случай перегрузки двигателя в цилиндр вводится воздуха больше теоретически необходимого.

Отношение количества воздуха, действительно поступившего в цилиндр L, к количеству воздуха, теоретически необходимому L_o, называется коэффициентом избытка воздуха при горении, который обозначается α

Таким образом, количество воздуха, действительно поступившего в цилиндр для сжигания 1 кг топлива, будет равно L = aL кмоль, или L’=aL’_o м г , или L"=28,96 L"_Q кг воздуха.

Коэффициент избытка воздуха при горении зависит от типа двигателя и способа смесеобразования. Чрезмерное повышение а приводит к увеличению объема цилиндра, а избыточный воздух, не участвуя в горении,— к излишним тепловым потерям и снижению средней температуры рабочего цикла.

Величина а для дизелей колеблется в пределах 1,3-2,2.

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.

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.

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.

Теплотворной способностью топлива назы­вается количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жид кого топлива или 1 нм3 газообразного топлива.

Различают высшую и низшую теплотворную способ­ность.

За высшую теплотворную способность (С? в) принимают все количество тепла, выделенное 1 кг топлива при его полт м сго­рании, причем считается, что водяные пары, образующиеся при сгорании топлива, конденсируются в воду.

Низшей теплотворной способностью ( ^) может быть подсчитана по формуле:

0РН = (Зрв – (61^+ 54Нр) ккал/кг, (3)

Где С>р — высшая теплотворная способность рабочей массы топлива.

Для экспериментального определения теплотворной способно­сти топлива применяется калориметрическая бомба (рис. 3), представляющая собой толстостенный стакан 4 из кислотоупор­ной стали диаметром около 80 мм и высотой около 300 мм, с герметически навинчиваемой толстой крышкой 5. Этот стакан помещают в водяной калориметр 6. В чашку 1 бомбы помещают пробу топлива в виде брикетика весом около 1 г. Брикетик вос­пламеняется при помой^й нагретой электрическим током прово – локи-й страет в атмосфере чистого кислорода под давлением около 25 атм. По количеству тепла, воспринимаемого при этом

Калориметром, можно определить теплотворную спо – топлива. Так как водяные пары, образующиеся при сгорании пробы топлива, конденсируются в бомбе, отдавая тепло калориметру, то по калори­метрической бомбе находит­ся высшая теплотворная спо­собность топлива. При опре­делении теплотворной спо­собности топлива по бомбе

Рис. 3. Калориметрическая установка:

Чашка для образца топлива; 2 — механизм для привода мешалки; Ь — термометр; 4 — толстостенный стакан бомбы; 5 — крышка бомбы; 6 — калориметр.

Нужно внести поправки на тепло, выделившееся при сгорании проволоки и на образование азотной и серной кислот в бомбе.

Отметим, что высшая теплотворная способность горючей массы (С^) топлива определенного месторождения остается

Почти стабильной и может быть заранее известна. Для подсчета по ней низшей теплотворной способности рабочей массы топлива следует пользоваться формулой:

(? = Qp — 6 Wp—54ЯР = Q* 10°— +

-6WP—54HP ккал/кг. (4)

Так как в котельных установках Продукты сгорания не охла­ждаются до температуры ниже 100° С, то в них конденсация во­дяных паров не происходит; поэтому в технических расчетах сле­дует пользоваться значениями низшей теплотворной способности топлива (Q^).

Для определения теплотворной способности отечественных видов топлива по их химическому составу следует пользоваться формулой Д. И. Менделеева:

А) для высшей теплотворной способности рабочей массы:

QP = s(? + 3(ШР—26 (Ор – Spj ккал/кг; (5)

Б) для низшей теплотворной способности рабочей массы:

Qp = 81С"+ 246 Нр – 26 (О*-#;) – 61^ ккал/кг. (6)

Для возможности сравнения величины топливопотребления и тепловой экономичности установок, работающих на разных топ­ливах, введено понятие об условном топливе, теплотвор­ную способность которого принимают равной 7000 ккал/кг. Для пересчета количества натурального топлива в условное пользу­ются так называемыми калориметрическими эквивалентами, ко­торые представляют собой отношение:

Если данное предприятие сжигает за определенный промежу­ток времени В кг топлива с теплотворной способностью Qp, то пересчет расхода топлива на условное производится по фор – bQh

Понятием об условном топливе пользуются при планировании 1 оп л ивопотр ебл єни я.

Следует отметить условность значейий калориметрических эквивалентов топлива, так как они не учитывают условий сжи­гания и использование топлива, специфичных для каждой уста­новки.

Пример. Определить низшую теплотворную способность рабочей массы антрацита марки АШ, имеющего следующий со­став горючей массы:

Сг = 92,5%; Я* =1,8%; 5г = 2,2%; Ог = 2,5%; N* = 1,0% если известны:

Ас = 20,0%; и^р = 6,0% и =8120 ккал/кг.

Решение. Низшую теплотворную способность рабочей массы определяем по формуле (4):

Топливо и котельные установки

СЕБЕСТОИМОСТЬ ОТПУЩЕННОГО ТЕПЛА

Итоговым технико-экономическим показателем эксплуатации котельной является себестоимость 1 млн. ккал тепла, отпущен­ного котельной установкой. Анализ годовых затрат на выработку тепла в котельной установке позволяет выявить недостатки экс­плуатации и наметить мероприятия, …

КОМПОНОВКА ОТОПИТЕЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ КОТЕЛЬНЫХ

Под компоновкой котельной установки подразумевается раз­мещение котельных агрегатов и вспомогательного оборудования в помещении котельной. Компоновка должна обеспечить удоб­ство и безопасность обслуживания котельного оборудования и надлежащие условия труда, но не должна …

Трубопроводы

Паровые котельные установки снабжаются питательными ба­ками, емкость которых принимается равной двухчасовому рас­ходу воды при питании – всех работающих котлов. Обычно уста^- навливают два бака или один бак, разделенный перегородкой на …