Теплотворная способность различных видов топлива таблица: Виды топлива для твердотопливных котлов и сравнительная таблица их теплотворной способности — Оборудование, услуги, материалы | Сруб Всем! — Строительство деревянных домов из бревна, бруса и бревен

Содержание

Таблица теплотворности | Котельный завод Автоматик-Лес

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 сгорания			Эквивалент
Вид топлива	Ед. изм.	кКал	кВт	МДж	Природный газ, м³	Диз. топливо, л	Мазут, л
Электроэнергия	1 кВт/ч	864	1,0	3,62	0,108	0,084	0,089
Дизельное топливо (солярка)	1 л	10300	11,9	43,12	1,288	—	1,062
Мазут	1 л	9700	11,2	40,61	1,213	0,942	—
Керосин	1 л	10400	12,0	43,50	1,300	1,010	1,072
Нефть	1 л	10500	12,2	44,00	1,313	1,019	1,082
Бензин	1 л	10500	12,2	44,00	1,313	1,019	1,082
Газ природный	1 м ³	8000	9,3	33,50	—	0,777	0,825
Газ сжиженный	1 кг	10800	12,5	45,20	1,350	1,049	1,113
Метан	1 м ³	11950	13,8	50,03	1,494	1,160	1,232
Пропан	1 м ³	10885	12,6	45,57	1,361	1,057	1,122
Этилен	1 м ³	11470	13,3	48,02	1,434	1,114	1,182
Водород	1 м ³	28700	33,2	120,00	3,588	2,786	2,959
Уголь каменный (W=10%)	1 кг	6450	7,5	27,00	0,806	0,626	0,665
Уголь бурый (W=30…40%)	1 кг	3100	3,6	12,98	0,388	0,301	0,320
Уголь-антрацит	1 кг	6700	7,8	28,05	0,838	0,650	0,691
Уголь древесный	1 кг	6510	7,5	27,26	0,814	0,632	0,671
Торф (W=40%)	1 кг	2900	3,6	12,10	0,363	0,282	0,299
Торф брикеты (W=15%)	1 кг	4200	4,9	17,58	0,525	0,408	0,433
Торф крошка	1 кг	2590	3,0	10,84	0,324	0,251	0,267
Пеллета древесная	1 кг	4100	4,7	17,17	0,513	0,398	0,423
Пеллета из соломы	1 кг	3465	4,0	14,51	0,433	0,336	0,357
Пеллета из лузги подсолнуха	1 кг	4320	5,0	18,09	0,540	0,419	0,445
Свежесрубленная древесина (W=50. ..60%)	1 кг	1940	2,2	8,12	0,243	0,188	0,200
Высушенная древесина (W=20%)	1 кг	3400	3,9	14,24	0,425	0,330	0,351
Щепа	1 кг	2610	3,0	10,93	0,326	0,253	0,269
Опилки	1 кг	2000	2,3	8,37	0,250	0,194	0,206
Бумага	1 кг	3970	4,6	16,62	0,496	0,385	0,409
Лузга подсолнуха, сои	1 кг	4060	4,7	17,00	0,508	0,394	0,419
Лузга рисовая	1 кг	3180	3,7	13,31	0,398	0,309	0,328
Костра льняная	1 кг	3805	4,4	15,93	0,477	0,369	0,392
Кукуруза-початок (W>10%)	1 кг	3500	4,0	14,65	0,438	0,340	0,361
Солома	1 кг	3750	4,3	15,70	0,469	0,364	0,387
Хлопчатник-стебли	1 кг	3470	4,0	14,53	0,434	0,337	0,358
Виноградная лоза (W=20%)	1 кг	3345	3,9	14,00	0,418	0,325	0,345

Источник : Neftegaz. RU

Теплотворная способность различных видов топлива. Сравнительный анализ

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.

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

Искусственное топливо получается в процессе переработки естественного – . 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.

По агрегатному состоянию топливо делится на жидкое, твердое и газ. Каждая группа дополнительно разветвляется на естественную и искусственную подгруппу (+)

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.

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.

Наибольшей теплотой сгорания отличается водород. Сгорая, килограмм вещества выделяет 119,83 МДж тепла. Но оно отличается повышенной степенью взрывоопасности

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
Вид топлива	Ед. изм.	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.

Тепловые машины в термодинамике — это периодически действующие тепловые двигатели и холодильные машины (термокомпрессоры). Разновидностью холодильных машин являются тепловые насосы.

Устройства, совершающие механическую работу за счёт внутренней энергии топлива, называются тепловыми машинами (тепловыми двигателями). Для функционирования тепловой машины необходимы следующие составляющие: 1) источник тепла с более высоким температурным уровнем t1, 2) источник тепла с более низким температурным уровнем t2, 3) рабочее тело. Иначе сказать: любые тепловые машины (тепловые двигатели) состоят из нагревателя, холодильника и рабочего тела .

В качестве рабочего тела используются газ или пар, поскольку они хорошо сжимаются, и в зависимости от типа двигателя может быть топливо (бензин, керосин), водяной пар и пр. Нагреватель передаёт рабочему телу некоторое количество теплоты (Q1), и его внутренняя энергия увеличивается, за счёт этой внутренней энергии совершается механическая работа (А), затем рабочее тело отдаёт некоторое количество теплоты холодильнику (Q2) и охлаждается при этом до начальной температуры. Описанная схема представляет цикл работы двигателя и является общей, в реальных двигателях роль нагревателя и холодильника могут выполнять различные устройства. Холодильником может служить окружающая среда.

Поскольку в двигателе часть энергии рабочего тела передается холодильнику, то понятно, что не вся полученная им от нагревателя энергия идет на совершение работы. Соответственно, коэффициент полезного действия двигателя (КПД) равен отношению совершенной работы (А) к количеству теплоты, полученному им от нагревателя (Q1):

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Существует два типа двигателей внутреннего сгорания (ДВС): карбюраторный и дизельный . В карбюраторном двигателе рабочая смесь (смесь топлива с воздухом) готовится вне двигателя в специальном устройстве и из него поступает в двигатель. В дизельном двигателе горючая смесь готовится в самом двигателе.

ДВС состоит из цилиндра , в котором перемещается поршень ; в цилиндре имеются два клапана , через один из которых горючая смесь впускается в цилиндр, а через другой отработавшие газы выпускаются из цилиндра. Поршень с помощью кривошипно-шатунного механизма соединяется с коленчатым валом , который приходит во вращение при поступательном движении поршня. Цилиндр закрыт крышкой.

Цикл работы ДВС включает четыре такта : впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Во время впуска поршень движется вниз, давление в цилиндре уменьшается, и в него через клапан поступает горючая смесь (в карбюраторном двигателе) или воздух (в дизельном двигателе). Клапан в это время закрыт. В конце впуска горючей смеси закрывается клапан.

Во время второго такта поршень движется вверх, клапаны закрыты, и рабочая смесь или воздух сжимаются. При этом температура газа повышается: горючая смесь в карбюраторном двигателе нагревается до 300- 350 °С, а воздух в дизельном двигателе — до 500-600 °С. В конце такта сжатия в карбюраторном двигателе проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется. В дизельном двигателе в цилиндр впрыскивается топливо, и образовавшаяся смесь самовоспламеняется.

При сгорании горючей смеси газ расширяется и толкает поршень и соединенный с ним коленчатый вал, совершая механическую работу. Это приводит к тому, что газ охлаждается.

Когда поршень придёт в нижнюю точку, давление в нём уменьшится. При движении поршня вверх открывается клапан, и происходит выпуск отработавшего газа. В конце этого такта клапан закрывается.

Паровая турбина

Паровая турбина представляет собой насаженный на вал диск, на котором укреплены лопасти. На лопасти поступает пар. Пар, нагретый до 600 °С, направляется в сопло и в нём расширяется. При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струя пара поступает из сопла на лопасти турбины и передаёт им часть своей кинетической энергии, приводя турбину во вращение. Обычно турбины имеют несколько дисков, каждому из которых передаётся часть энергии пара. Вращение диска передаётся валу, с которым соединён генератор электрического тока.

При сгорании различного топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Например, хорошо известно, что природный газ является энергетически более выгодным топливом, чем дрова. Это значит, что для получения одного и того же количества теплоты, масса дров, которые нужно сжечь, должна быть существенно больше массы природного газа. Следовательно, различные виды топлива с энергетической точки зрения характеризуются величиной, называемой удельной теплотой сгорания топлива .

Удельная теплота сгорания топлива — физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.

Удельная теплота сгорания обозначается буквой q , её единицей является 1 Дж/кг .

Значение удельной теплоты определяют экспериментально. Наибольшую удельную теплоту сгорания имеет водород , наименьшую — порох .

Удельная теплота сгорания нефти — 4,4*10 7 Дж/кг. Это означает, что при полном сгорании 1 кг нефти выделяется количество теплоты 4,4*10 7 Дж. В общем случае, если масса топлива равна m , то количество теплоты Q, выделяющееся при его полном сгорании, равно произведению удельной теплоты сгорания топлива q на его массу:

Q = qm .

Конспект урока по физике в 8 классе «Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания».

удельная теплота сгорания — удельная теплоёмкость — Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы удельная теплоёмкость EN specific heat …

Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива массой 1 кг. Удельная теплота сгорания топлива определяется опытным путем и является важнейшей характеристикой топлива. См. также: Топливо Финансовый словарь Финам … Финансовый словарь

удельная теплота сгорания торфа по бомбе — Высшая теплота сгорания торфа с учетом теплоты образования и растворения в воде серной и азотной кислот. [ГОСТ 21123 85] Недопустимые, нерекомендуемые теплотворная способность торфа по бомбе Тематики торф Обобщающие термины свойства торфа EN… … Справочник технического переводчика

удельная теплота сгорания (топлива) — 3.1.19 удельная теплота сгорания (топлива): Суммарное количество энергии, высвобождаемое в регламентированных условиях сжигания топлива. Источник …

Удельная теплота сгорания торфа по бомбе — 122. Удельная теплота сгорания торфа по бомбе Высшая теплота сгорания торфа с учетом теплоты образования и растворения в воде серной и азотной кислот Источник: ГОСТ 21123 85: Торф. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

удельная теплота сгорания топлива — 35 удельная теплота сгорания топлива: Суммарное количество энергии, высвобождаемое в установленных условиях сжигания топлива. Источник: ГОСТ Р 53905 2010: Энергосбережение. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Это количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива,… … Википедия

Современная энциклопедия

Теплота сгорания — (теплота горения, калорийность), количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива. Различают теплоту сгорания удельную, объемную и др. Например, удельная теплота сгорания каменного угля 28 34 МДж/кг, бензина около 44 МДж/кг; объемная… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Теплота сгорания топлива удельная — Удельная теплота сгорания топлива: суммарное количество энергии, высвобождаемое в установленных условиях сжигания топлива…

Разработки уроков (конспекты уроков)

Линия УМК А. В. Перышкина. Физика (7-9)

Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

«Чтобы согреть других, свеча должна сгореть»
М.Фарадей.

Цель: Изучить вопросы использования внутренней энергии топлива, выделения тепла при сгорании топлива.

Задачи урока:

образовательные:

повторить и закрепить знания по пройденному материалу,;
ввести понятие об энергии топлива, удельной теплоты сгорания топлива;
продолжить развитие навыков решения расчётных задач.

развивающие:

развивать аналитическое мышление;
развивать умения работать с таблицами и делать выводы;
развивать способности учащихся выдвигать гипотезы, аргументировать их, грамотно выражать свои мысли вслух;
развивать наблюдательность и внимание.

воспитательные:

воспитывать бережное отношение к использованию топливных ресурсов;
воспитывать интерес к предмету через показ связи изучаемого материала с реальной жизнью;
воспитывать навыки коммуникативного общения.

Предметные результаты:

Обучающиеся должны знать:

удельная теплота сгорания топлива — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг;
при сгорании топлива выделяется значительная энергия, которую используют в быту, промышленности, сельском хозяйстве, на электростанциях, в автомобильном транспорте;
единицу измерения удельной теплоты сгорания топлива.

Обучающиеся должны уметь:

объяснять процесс выделения энергии при сгорании топлива;
пользоваться таблицей удельной теплоты сгорания топлива;
сравнивать удельную теплоту сгорания топлива различных веществ и энергию, выделяющуюся при сгорании различных видов топлива.

Обучающиеся должны применять:

формулу для вычисления энергии, которая выделилась при сгорании топлива.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование : свеча, тарелка, стакан, листок растения, сухое горючее, 2 спиртовки, бензин, спирт, 2 пробирки с водой.

Ход урока

1. Оргмомент.

Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку.

Известно, что великий ученый М. В. Ломоносов ещё в 1744 г работал над трактатом «Размышления о причине теплоты и холода». Тепловые явления играют огромную роль в окружающем нас мире, в жизни человека, растений, животных, а также в технике.

Давайте проверим, насколько хорошо вы усвоили эти знания.

2. Мотивация к учебной деятельности.

Есть ли у вас вопросы по домашнему заданию? Давайте проверим, как вы справились с ним:

двое учащихся представляют решение домашних задач на доске.

1) Определите абсолютную влажность воздуха в кладовке объемом 10 м 3 , если в нем содержится водяной пар массой 0,12 кг.

2) Давление водяного пара в воздухе равно 0,96 кПа, относительная влажность воздуха 60 %. Чему равно давление насыщенного водяного пара при той же температуре?

1 ученик (Дима) на доске заполняет схему;

задание: подпишите около каждой стрелки название процессов и формулу для расчета количества теплоты в каждом из них

А пока ребята работают у доски, мы с вами выполним другое задание.

Посмотрите на текст, изображенный на слайде, и найдите в нем физические ошибки, которые допустил автор (предложите правильный ответ):

1) В яркий солнечный день ребята отправились в поход. Чтобы было не так жарко, ребята оделись в темные костюмы . К вечеру стало свежо, но после купания стало теплее. Ребята налили себе горячий чай в железные кружки и с удовольствием пили его, не обжигаясь . Было очень здорово!!!

Ответ: темное больше поглощает тепла; при испарении температура тела понижается; теплопроводность металлов больше, поэтому он нагревается сильнее.

2) Проснувшись раньше обычного, Вася сразу вспомнил, что на восемь утра договорился с Толей идти на речку смотреть ледоход. Вася выбежал на улицу, Толя был уже там. «Вот погодка сегодня! – вместо приветствия восхищённо произнёс он. – Солнце какое, а температура с утра -2 градуса по Цельсию.» «Нет, -4», возразил Вася. Мальчики заспорили, потом сообразили, в чём дело. «У меня термометр на ветру, а у тебя в укромном месте, поэтому твой и показывает больше », – догадался Толя. И ребята побежали, шлёпая по лужам.

Ответ: при наличии ветра испарение происходит интенсивнее, поэтому первый термометр должен показывать температуру ниже; при температуре ниже 00С вода замерзает.

Молодцы, все ошибки нашли верно.

Давайте проверим правильность решения задач (ученики, решавшие задачи, комментируют свое решение).

А теперь давайте проверим, как Дима справился со своим заданием.

Все ли фазовые переходы Дима назвал верно? А что произойдет, если в пламя поместить деревянную палочку? (Она будет гореть)

Вы верно заметили, что происходит процесс горения.

Наверное, вы уже догадались, о чем мы сегодня с вами будем говорить (выдвигают гипотезы).

Как вы думаете, на какие вопросы мы сможем ответить в конце урока?

понять физический смысл процесса сгорания;
узнать, от чего зависит количество теплоты, выделяющееся при сгорании;
выяснить применение данного процесса в жизни, в быту и т.д.

3. Новый материал.

Каждый день мы можем наблюдать, как сгорает природный газ в горелке плиты. Это и есть процесс сгорания топлива.

Опыт №1. Свеча закреплена на дне тарелки с помощью пластилина. Зажжём свечу, затем закроем её банкой. Несколько мгновений спустя пламя свечи погаснет.

Создаётся проблемная ситуация, при решение которой учащиеся делают вывод: свеча горит при наличии кислорода.

Вопросы к классу:

Чем сопровождается процесс горения?

Почему свеча гаснет? Каковы условия, при которых идет процесс горения?

За счёт чего выделяется энергия?

Для этого вспомним строение вещества.

Из чего состоит вещество? (из молекул, молекулы из атомов)

Какими видами энергии обладает молекула? (кинетической и потенциальной)

А можно ли молекулу разделить на атомы? (да)

Чтобы разделить молекулы на атомы, необходимо преодолеть силы притяжения атомов, а значит, совершить работу, то есть затратить энергию.

При соединении атомов в молекулу энергия, наоборот, выделяется. Такое соединение атомов в молекулы происходит и при сжигании топлива. Обычное топливо содержит углерод. Вы верно определили, что без доступа воздуха горение невозможно. При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода, которые содержатся в воздухе, при этом образуется молекула углекислого газа и выделяется энергия в виде тепла.

А теперь давайте проведем опыт и посмотрим одновременное горение нескольких видов топлива: бензина, сухого горючего, спирта и парафина (Опыт №2).

Что общего и чем отличается горение каждого вида топлива?

Да, при сгорании любых веществ образуются другие вещества-продукты сгорания. Например,при сгорании дров остается зола и выделяется углекислый,угарный и другие газы.

Но, главное предназначение топлива – давать тепло!

Давайте рассмотрим еще один опыт.

Опыт №3: (на двух одинаковых спиртовках: одна заполнена бензином, другая спиртом, нагревается одинаковое количество воды).

Вопросы по опыту:

За счет какой энергии нагревается вода?

А как определить количество теплоты, которое пошло на нагревание воды?

В каком случае вода быстрее закипела?

Какой вывод можно сделать из опыта?

Какое топливо, спирт или бензин, выделило больше тепла при полном сгорании? (бензин больше тепла, чем спирт).

Учитель: Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива, обозначается буквой q. Единица измерения Дж/кг.

Удельную теплоту сгорания определяют на опыте довольно сложными приборами.

Результаты опытных данных приведены в таблице учебника (стр.128) .

Давайте поработаем с этой таблицей.

Вопросы по таблице:

Чему равна удельная теплота сгорания бензина? (44 МДж/кг)
Что это означает? (Это значит, что при полном сгорании бензина массой 1 кг выделяется 44 МДж энергии).
У какого вещества наименьшая удельная теплота сгорания? (дрова).
Какое топливо при сгорании дает больше всего количества теплоты? (водород, т.к. его удельная теплота сгорания больше остальных).
Сколько выделяется количества теплоты при сгорании 2 кг спирта? Как вы это определили?
Что же нужно знать, чтобы рассчитать количество теплоты, выделяющееся при сгорании?

Делают вывод, что для нахождения количества теплоты нужно знать не только удельную теплоту сгорания топлива, но и его массу.

Значит, общее количество теплоты Q (Дж), выделяемое при полном сгорании m (кг) топлива, вычисляется по формуле: Q = q · m

Запишем в тетрадь.

А как найти из этой формулы массу сгораемого топлива?

Выразите из формулы удельную теплоту сгорания. (Можно вызвать ученика к доске для записи формул)

Физкультминутка

Мы устали. Давайте немного разомнемся. Выпрямите спину. Расправьте плечи. Я буду называть топливо, а вы если считаете, что оно твердое, опускаете голову вниз, если жидкое, то поднимаете руки вверх, а если газообразное — тянете руки вперед.

Уголь – твердое.

Природный газ – газообразное.

Нефть — жидкое.

Древесина – твердое.

Бензин – жидкое.

Торф – твердое.

Антрацит – твердое.

Керосин – жидкое.

Коксовальный газ – газообразное.

Молодцы! Самый внимательный и спортивный у нас… Садитесь.

Учитель: Ребята! Давайте подумаем над вопросом: «Процесс сгорания человеку друг или враг?»

Опыт №4. Повторим опыт с горящей свечей, но теперь рядом со свечей положим листок растения.

Посмотрите, что произошло с растением рядом с пламенем свечи?

Т.о. при использовании топлива не нужно забывать и про вред продуктов сгорания для живых организмов.

4. Закрепление.

Ребята, а скажите мне пожалуйста, а что для нас с вами является топливом? В человеческом организме роль горючего играет пища. Разные виды пищи, как и разные виды топлива, содержат различный запас энергии. (Показать таблицу на компьютере «Удельная теплота сгорания пищевых продуктов»).

	Удельная теплота сгорания топлива q, МДж/кг
Хлеб пшеничный
Хлеб ржаной
Картофель
Говядина
Мясо курицы
Масло сливочное


Творог жирный
Масло подсолнечное
Виноград

Рулет шоколадный
Мороженое сливочное

Кириешки
Чай сладкий

“Кока кола”
Смородина черная

Предлагаю вам объединиться в группы (1 и 2, 3 и 4 парта) и выполнить следующие задания (по раздаточному материалу). На выполнение вам дается 5 минут, после чего обсудим полученные результаты.

Задания группам:

1 группа: при подготовке к урокам в течение 2 часов вы тратите 800 кДж энергии. Восстановите ли вы запас энергии, если съедите пачку чипсов 28г и выпьете стакан «Кока-колы» (200г) ?
2 группа: на какую высоту может подняться человек массой 70 кг, если съест бутерброд с маслом (100г пшеничного хлеба и 50г сливочного масла).
3 группа: достаточно ли для Вас потребление в течение дня 100 г творога, 50 г пшеничного хлеба,50 г говядины и 100 г картофеля, 200 г сладкого чая (1 стакан). Необходимое количество энергии для учащегося 8 класса составляет 1,2 МДж.
4 группа: с какой скоростью должен бежать спортсмен массой 60 кг, если он съест бутерброд с маслом (100г пшеничного хлеба и 50г сливочного масла).
5 группа: сколько шоколада может съесть подросток массой 55 кг, чтобы восполнить потраченную им энергию при чтении книги сидя? (в течение часа)

Примерные энергозатраты подростка массой 55 кг за 1 час при различных видах деятельности

Мытье посуды
Подготовка к урокам
Чтение про себя
Сидение (в покое)
Физическая зарядка

6 группа: Восстановит ли спортсмен массой 70 кг запас энергии после плавания в течение 20 мин, если съест 50 г ржаного хлеба и 100 г говядины?

Примерные энергозатраты человека за 1 час при различных видах деятельности (на 1 кг массы)

Группы представляют решение задачи на листке ватмана, далее поочередно выходят к доске и объясняют его.

5. Рефлексия. Итог урока.

Давайте вспомним, какие задачи мы ставили перед собой в начале урока? Все ли мы достигли?

Ребята по кругу высказываются одним предложением, выбирая начало фразы из рефлексивного экрана на доске:

сегодня я узнал…
было интересно…
было трудно…
я выполнял задания…
я понял, что…
теперь я могу…
я почувствовал, что…
я приобрел…
я научился…
у меня получилось …
я смог…
я попробую…
меня удивило…
урок дал мне для жизни…
мне захотелось…

1. Что нового узнали на уроке?

2. Пригодятся ли эти знания в жизни?

Выставление оценок за урок самым активным учащимся.

6. Д.з

Параграф 10
Задача (1 на выбор):

1 уровень: сколько тепла при сгорании дают 10 кг древесного угля?
2 уровень: при полном сгорании нефти выделилось 132 кДж энергии. Какая масса нефти сгорела?
3 уровень: сколько теплоты выделяется при полном сгорании 0,5 литров спирта (плотность спирта 800 кг/м3)

Сравнительная таблица: виды топлива (достоинства и недостатки)

(рис. 14.1 — Теплотворная
способность топлива)

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 (Ch5, 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.
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 C4h20, 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

(рис. 14.2 — Удельная теплота сгорания)

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.

Теплотворная способность топлива в таблицах: дрова, уголь, пеллеты

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:

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

Q_Н = Q_В – 2512 ω(Н₂О),

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

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

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:

Топливо	q
Топливо	МДж/кг	ккал/кг
Жидкое
Бензин	44-47	10500-11200
Дизельное автотракторное	42,7	10 200
Керосин	44-46	10 500-11 000
Нефть	43,5-46	10 400-11000
Спирт	27,0	6450
Топливо для РЖД (керосин+жидкий кислород)	9,2	2200
Топливо для реактивных двигателей самолетов (ТС-1)	42,9	10 250
Газообразное
Ацетилен	48,1	11 500
Водород	120	28 600
Газ природный	41-49	9800-11700
Метан	50,0	11950
Окись углерода (II)	10,1	2420

Теплотворная способность некоторых видов топлива

Состав и теплотворная способность некоторых видов топлива [c.202]

Практически при некоторых видах топлива и при неправильном ведении процесса сжигания часть углерода топлива сгорает не до СОа, а только до СО, вследствие чего теплотворная способность топлива используется не полностью. При сжигании 1 кг углерода до СО2 выделяется тепла 8100 кга , а при сжигании до СО — только 2430 кал. Таким образом, на каждый кг углерода при неполном сжигании его теряется тепла [c.124]

Виды топлива. Топливо бывает твердое, жидкое и газообразное. К твердым видам относятся ископаемые угли, которые, в основном, подразделяются на три главные категории антрацит (содержит около 95% С), каменный уголь(около 80% С) и бурый уголь (около 65% С). К твердым видам топлива относятся также кокс, торф и дрова. Кок с—искусственный продукт, получаемый при прокаливании без доступа воздуха некоторых видов каменного угля. Торф образуется в огромных количествах из отмирающих болотных растений. Основным недостатком торфа как топлива является его невысокая теплотворная способность и большая зольность (около 10%). В настоящее время торф применяют также для получения газообразного топлива и аммиака, а также как удобрение. [c.282]

По элементарному составу различные виды топлива очень разнообразны поэтому средний элементарный состав топлива можно выразить лишь очень приближенно. В табл. Г приведен приблизительный состав некоторых видов топлива и их теплотворная способность. [c.37]

Средний химический состав некоторых видов топлива (в весовых процентах к горючей массе) и их теплотворная способность, ккал/кг [c.271]

Ниже приводятся данные о теплотворной способности некоторых видов топлива [c.281]

БИОГАЗ. Смесь газов, образующихся в процессе разложения различных с.-х. отходов некоторыми группами целлюлозных анаэробных микроорганизмов при участии бактерий метанового брожения. Примерный состав Б. метан — 55—65, углекислый газ — 35—45 объемн.% и в небольших количествах азот, водород, кислород и сероводород. Выход Б. на 1 г сброженного сухого материала, в зависимости от его химического состава и продолжительности сбраживания, -колеблегся в пределах 250—400 ж . Вес 1 Б. близок к весу атмосферного воздуха и составляет 1,22 кг. Теплотворная способность Б. при содержании в нем 60% метана составляет 5130 ккал на 1 м смеси. 1 Б. при исшольаоиании его в качестве моторного топлива эквивалентен 0,7 л бензина. При сжигании в топках 1 Б. соответствует 1,17 кг каменного угля или 1,71 кг брикетированного бурого угля. Б. в качестве побочного продукта получается при сбраживании в метановых установках навоза, соломы, фекалий, картофельной ботвы, стеблей подсолнечника, топинамбура, льняной и конопляной костры, а также отходов древесных лиственных пород и многих других материалов. Совершенно не поддаются метановому брожению все виды торфа и древесные отходы хвойных пород. Все сброженные в установках материалы являются хорошим удобрением для с.-х. культур. [c.39]

Элементарный состав и теплотворная способность органической части некоторых видов топлива приведены в табл. 6. [c.39]

Средний химический состав некоторых видов топлива и их теплотворная способность [c.225]

Топливо и его виды. Углерод и его соединения — важнейшие источники энергии в народном хозяйстве. Топливо твердое (ископаемые угли, торф, горючие сланцы, древесина), жидкое (нефть, нефтепродукты) и газообразное (природные и технические газы) оценивают по его теплотворной способности, определяемой опытным путем. Под теплотворной способностью понимают максимальное количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива выражают ее в кДж/кг. В табл. 25 показаны химический состав и теплотворная способность некоторых видов топлива. [c.305]

Значения теплотворной способности для некоторых видов топлива выражаются такими величинами, ккал/кг сланцы — 1500—2500 торф — 2000—2500 мазут — 9000 угли бурый — 2500—4000, каменный — 5000—7000. [c.15]

Некоторые виды топлив содержат значительные количества кислорода и азота, которые понижают теплотворную способность топлива, потому что они не горят, а кислород, кроме того, связывает часть углерода и водорода, уменьшая количество тепла, выделяемого ими при горении. [c.17]

В авторефрижераторах некоторое время применялась система пропан-бутанового охлаждения, при которой сжиженный газ, находящийся в баллонах, испаряется в испарителе кузова, а образовавшийся газ используется в виде топлива для мотора автомашины. Такая система одновременного использования одного вещества для охлаждения и в качестве топлива мотора заслуживала внимания. Однако для охлаждения кузова приходилось совершать довольно продолжительный пробег. Кроме того, имело место несоответствие между холодопроизводительностью пропан-бутана и его теплотворной способностью. По указанным причинам данная система не получила распространения. [c.423]

Органозоли некоторых металлов, алюминия, магния, будучи введены в определенные виды жидкого топлива, повышают его теплотворную способность за счет сгорания высокодиспергированного металла. Применяются они и в качестве катализаторов при гидрировании органических соединений. [c.14]

Некоторые сорта топлива, особенно сернистые мазуты, могут образовать с водой весьма стойкие водо-мазутные эмульсии, от которых отделить воду очень трудно. Испытаниями установлено [12], что, например, водно-мазутные эмульсии из сернистых урало-волжских нефтей не отстаиваются от воды даже при неоднократном подогреве. Наличие воды в топливе безусловно нежелательно. Во-первых, присутствие воды в топливе снижает теплотворную способность топлива. Во-вторых, концентрация влаги в мазуте в виде [c.13]

Значения теплотворной способности для некоторых видов топлива выражаются следующими величинами, ккал/кг сланцы — 1500—2500 торф — 2000—2500 мазут — 9000 угли бурый — 2500—4000 каменный — 5000—7000. Теплотворная способность природного газа составляет 8000—8500 ккал/м . Для теплотехнических расчетов часто пользуются понятием так называемого условного топлива, теплота сгорания которого составляет 7000 ккал/кг для твердого топлива и 7000 ккал/м для газа. [c.15]

Топливо характеризуется теплотворной способностью, количеством и составом золы, количеством и составом летучих (газов) и содержанием твердого углерода. В табл. 7 собраны основные характеристики некоторых видов твердого и жидкого топлива. [c.31]

Конструкция горелки зависит от теплотворной способности и степени загрязнения газообразного топлива (от вида топлива) и от степени смешения газа и воздуха в горелке — группы горелки. Неочищенный генераторный газ сжигают только при помощи пламенных горелок, конструкция которых предусматривает просмотр и чистку газовых каналов и каналов для смеси газа и воздуха. Очищенный генераторный газ сжигают при помощи горелок всех групп, однако подача к печам этого газа под малым давлением способствовала-распространению пламенных горелок. Применение инжекционных горелок для генераторного газа требует особой тщательной очистки этого газа во избежание засорения некоторых узлов горелки, чистка которых требует разборки всей горелки. [c.30]

При сгорании топлива в двигателе выделяется не все возможное количество тепла, которое отвечает теплотворной способности топлива. Причина этого заключается в образовании некоторого количества окиси углерода, выделении углерода в виде нагара и образовании небольшого количества продуктов пиролиза топлива (углеводородных газов). [c.147]

Элементарный состав и теплотворная способность органической части некоторых видов топлива и растений углеобразователей приведены в табл. 2. [c.15]

Весьма высоки коэффициенты конверсии энергии в системах получения метана из органического вещества с помощью микроорганизмов. На метан приходится примерно 90% энергии, содержащейся в субстрате (Соуфер, Заборский, 1985). Теплотворная способность чистого биометана составляет 10 ккал/м , а биогаза — около 6-Ю ккал/м в зависимости от содержания углекислого газа в нем (Чань Динь Тоай и др., 1983). Теплотворная способность биогаза и некоторых видов топлива приведена в табл. 37. [c.204]

Конечные продукты зависят от полноты сгорания. Это обычные топочные газы, смесь азота, водяных паров, углекислого газа с небольшой примесью окиси углерода. Некоторая часть несгоревшего углерода (несущего адсорбированные смолы и углеводороды) может появиться в виде дыма и сажи. Водород, количество которого в топливах достигает 12%, сгорая, дает воду, которая уносится в виде водяных наров, так что теплота испарения ее теряется. Эта потеря составляет разницу между высшей и низшей теплотворной способностью топлива. Сера сгорает до сернистого газа. [c.472]

Пркведенны] график показывает, что по мере уменьшения содержания внутреннего балласта (О» -г №) теплотворная способность органической массы -твердого топлива увеличивается л счет повышения содержания углерода (С . Содер- жание всдорода (Н для всех видов топлива изменяется незначительно, и только у антрацита заметно некоторое его снижение. Сн1 жсние содержания всдорода у антрацита вызывает некоторое снижение его теплотворной способности. [c.19]

Здесь — эмпирический коэффициент, зависящий от отношения количеств кислорода, теоретически необходимых для сжигания летучих и углерода кокса (О» «/О ° 0-Некоторые авторы пытались прямо связать теплотворную способность топлива с выходом летучих Л %). Формула Гуталя имеет вид [c.18]

Температура (В слое зависит от теплотворной способности шлама. При теплотворной способности шлама 545—585 Дж/кг температура псевдоожи-женного слоя достигает 900° С. Воздух, подаваемый на горение, должен подогреваться до 480—500° С. Для сжигания шлама с теплотворной способностью менее 210 Дж/кг необходимо подавать допол НИтельчое топливо (отработанные масла и другие неквалифицированные виды топлив). В случае же высокой теплотворной способности шлама (выше 600 Дж/кг) псевдоожиженный слой необходимо охлаждать. Дымовые газы с температурой 850—960° С используют для подогрева воздуха, ноддерж1Ивающего псевдоожиженный слой, и воздуха, подаваемого яа горение. Газы при этом охлаждаются до 400—600° С, а воздух нагревается до 300° С. Твердые взвеси удаляются из дымовых газов в батарейных циклонах, электрофильтрах и скрубберах с трубой Вентури. Температура дымовых газов, выходящих из скруббера, составляет 70—90° С. Количество воды, подаваемой в него, не должно превыщать 0,6 т на 1т перерабатываемого шлама. Затем вода отводится яа механическую очистку. В газах после теплообменянка содержится 200—250 кг/м золы, а в газах, сбрасываемых в атмосферу яз скруббера, количество твердых взвесей не превышает 2,5—5 мг/м1 Состав отходящих дымовых газов и золы зависит от состава сжигаемого шлама. На некоторых установках сооружают специальные блоки подготовки сжиганию, которые включают уплотнение шлама на фильтрах и центрифугирование. На установках более поздних моделей подготовку шлама ограничивают отстаиванием. [c.177]

Для приведения какого-либо топлива к условному необходимо значение его теплотворной способности разделить на величину теплотворной спсУсобности условного топлива. Величина, показывающая, во сколько раз теплотворная способность данного топлива больше или меньше теплотворной способности условного топлива, называется тепловым эквивалентом. В табл. 2 приведены примерные тепловые эквиваленты некоторых видов твердого, жидкого и газообразного топлива. [c.15]

Виды топлива для твердотопливных котлов

10.03.2021 13:11

Выбирая отопительный котел, каждый покупатель сталкивается с необходимостью определиться, на каком виде топлива будет работать оборудование. Для того, чтобы Вам было легче ориентироваться в многообразии предложений, мы подготовили развернутую статью с подробными характеристиками.

Основные виды топлива для твердотопливных котлов:

Дрова
Пеллеты
Топливные брикеты
Уголь

Дрова

Дрова — куски дерева, которые предназначены для сжигания в печах, каминах, топках или кострах для получения тепла, жара и света.

Каминные дрова в основном заготавливаются и поставляются в пиленном и колотом виде. Содержание влаги должно быть как можно меньшим. Длина поленьев в основном 25 и 33 см. Такие дрова продают в насыпных складометрах или фасуют, и продают по весу.

Для отопительных целей применяются различные дрова. Приоритетной характеристикой, по которой выбирают те или иные дрова для каминов и печей, является их теплотворная способность, длительность горения и комфорт при использовании (картина пламени, запах). Для отопительных целей желательно, чтобы тепловыделение происходило медленнее, но более продолжительное время. Для отопительных целей лучше всего подходят все дрова из лиственных пород.

Для топки печей и каминов используют преимущественно дрова таких пород, как дуб, ясень, берёза, лещина, тис, боярышник.

Особенности горения дров разных пород древесины:

дрова из бука, березы, ясеня, лещины трудно растапливать, но они могут гореть сырыми, потому что имеют небольшую влажность, причем дрова из всех этих пород деревьев, кроме бука, легко раскалываются;
ольха и осина сгорают без образования сажи, более того — они выжигают ее из дымохода;
березовые дрова хороши для тепла, но при недостатке воздуха в топке, горят дымно и образуют деготь (березовую смолу), который оседает на стенках трубы;
сосновые дрова горят жарче еловых из-за большего содержания смолы. При горении смоленых дров, резком повышении температуры с треском лопаются маленькие полости в древесине, в которых скапливается смола, и во все стороны разлетаются искры;
лучшей теплоотдачей обладают дубовые дрова, единственный их недостаток — они плохо раскалываются, так же как и дрова из граба;
дрова из груши и яблони легко раскалываются и хорошо горят;
дрова из пород средней твердости, как правило, легко колоть;
долго тлеющие угли дают дрова из кедра;
дрова из вишни и вяза при горении дымят;
дрова из платана легко растапливаются, но тяжело колются;
меньше подходят для топки дрова хвойных пород, потому что они способствуют образованию смолистых отложений в трубе и имеют низкую теплотворную способность. Сосновые и еловые дрова легко колоть и растапливать, но они дымят и искрят;
к породам деревьев с мягкой древесиной относят также тополь, ольху, осину, липу. Дрова этих пород хорошо горят, дрова из тополя сильно искрят и очень быстро прогорают;

Необходимо учитывать тот факт, что показатель теплотворной способности дров разных пород древесины сильно колеблется. В результате чего получаем колебания плотности древесины и колебания в пересчётных коэффициентах кубометр => складометр.

Ниже приведена таблица со средними значениями теплотворной способности на один складометр дров.

Дрова (естественная сушка)	Теплотворная способность кВт.ч/кг	Теплотворная способность мега Джоуль/кг	Теплотворная способность Мвтч./складометр	Объёмная плотность в кг/дм³	Плотность кг/складометр
Грабовые дрова	4,2	15	2,1	0,72	495
Буковые дрова	4,2	15	2,0	0,69	480
Ясеневые дрова	4,2	15	2,0	0,69	480
Дубовые дрова	4,2	15	2,0	0,67	470
Берёзовые дрова	4,2	15	1,9	0.65	450
Дрова из лиственницы	4,3	15,5	1,8	0,59	420
Сосновые дрова	4,3	15,5	1,6	0,52	360
Еловые дрова	4,3	15,5	1,4	0,47	330

Пеллеты

Пеллеты (топливные гранулы) — это универсальное топливо, которое представляет собой прессованное под высоким давлением натуральное сырье растительного происхождения в форме цилиндрических гранул стандартного размера. Сырьем для их производства является кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, а также отходы сельского хозяйства (лузга подсолнечника, солома и др.).

При производстве топливных гранул не используются химические связующие примеси. В качестве связующего элемента используется природный лигнин – полимер, содержащийся в клетках растительного сырья. Лигнин высвобождается из него под высоким давлением пресса, и при остывании крепко связывает его измельченные элементы. Гранулятор пресса придает пеллетам форму.

Пеллеты (топливные гранулы) представляют собой современный универсальный вид биотоплива, по эффективности применения равноценный каменному углю. Чаще всего материалами для производства пеллет служат отходы, получаемые в процессе обработки древесины (кора, ветки, стружка, опилки), торф, сельскохозяйственные отходы (солома, некондиционный лен), органические упаковочные материалы, картонная тара и т.д.

Процесс производства пеллет состоит из нескольких последовательных этапов: дробления, сушки и грануляции. Сначала сырье измельчается до состояния муки, затем тщательно высушивается и сжимается в аккуратные гранулы стандартного размера при помощи специального оборудования (гранулятора). Во время грануляции, сопровождающейся повышением температуры материала, содержащийся в нем лигнин плотно склеивает измельченные частицы. На выходе получается легкое, недорогое, удобное в хранении и абсолютно безопасное топливо, являющееся отличной альтернативой традиционным видам топлива (уголь, торф, дрова, природный газ).

В зависимости от типов сырья используемого при производстве пеллет, они подразделяются на следующие виды:

древесные топливные гранулы, полученные путем переработки кругляка твердых и мягких пород деревьев;
пеллеты, полученные путем переработки соломы;
пеллеты, полученные переработки подсолнечниковой шелухи;
пеллеты, полученные путем переработки початков и стебля кукурузы
торфяные пеллеты.

Поскольку пеллеты преимущественно производятся из безвредных для человека и окружающей среды материалов, подлежащих утилизации, они являются экологически чистым топливом; при этом стоимость таких гранул выгодно отличается от цены угля, жидкого топлива или дров. Кроме того, пеллеты удобно транспортировать и хранить (доставка подразумевает как фасовку гранул в пакеты, так и транспортировку россыпью).

Применение топливных гранул — хорошая альтернатива прямому использованию древесных отходов в виде топлива. Гранулы выделяют больше тепла, чем опилки и щепа, увеличивая коэффициент полезного действия котельных, не требуют больших складских площадей и при хранении не самовоспламеняются, а после их полного сгорания остается минимальное количество шлаков (следовательно, чистку котла можно производить намного реже). При этом процесс загрузки гранул в топочное устройство автоматизирован.
Кроме этого, гранулы используются для сжигания в домашних каминных печах и отопительных устройствах. Это печи с открытым пламенем, которые устанавливаются внутри помещения и отдают тепло за счет теплового излучения или вследствие конвекции. Именно этот тип теплового излучения считается наиболее комфортным для человека. Нагревательные устройства, работающие на древесных гранулах, регулируются в автоматическом режиме.

Топливные гранулы имеют очень широкий спектр применения в Европейских странах, США и Канаде, которые одними из первых начали применять программы по сохранению окружающей среды. Их достоинства неоспоримы. Преимущества пеллет перед другими видами топлива заключается в том, что для их хранения не требуются специальные площади (они могут храниться под открытым небом), они не гниют, не рассыпаются и не разбухают. При сжигании топливных гранул получают в полтора раза больше тепловой энергии, чем при сжигании эквивалентного количества дров.

Древесные гранулы намного экологичнее традиционного топлива: в 10-50 раз ниже эмиссия углекислого газа в воздушное пространство, в 15-20 раз меньше образование золы, чем при сжигании угля.

Одно из важнейших преимуществ – высокая и постоянная насыщенная плотность, позволяющая относительно легко транспортировать этот продукт на большие расстояния и пересыпать через специальные рукава, что дает возможность автоматизировать процессы погрузки – разгрузки и сжигания этого топлива.

Топливные гранулы (пеллеты) находят самое широкое применение как в промышленности, так и в быту: их можно использовать для отопления жилых домов (путем сжигания в печах, каминах и котлах) или для обеспечения теплом и электроэнергией промышленных объектов и небольших населенных пунктов (с этой целью обычно используются крупные темные гранулы с высоким содержанием древесной коры). Спрос на этот вид альтернативного топлива, а также на оборудование для его производства и сжигания с каждым годом возрастает. Популярности пеллетов способствует их экологичность, доступность, практичность, высокая

Сравнительные характеристики видов топлива

Вид топлива	Теплота сгорания МДж/кг	% серы	% золы	Углекислый газ кг/ГДж
Каменный уголь	15 – 25	1-3	10 — 35	60
Двигательное топливо	42,5	0,2	1	78
Мазут	42	1,2	1,5	78
Щепа древесная	10	0	2	0
Гранулы древесные	17,5	0,1	1	0
Гранулы торфяные	10	0	20	70
Гранулы из соломы	14,5	0,2	4	0
Природный газ	35 – 38 МДж/м3	0	0	57

Примечание: «0» означает, что при сжигании продукта количество выделяемого углекислого газа не превышает объема, который образуется при естественном разложении, а количество других вредных выбросов ничтожно мало.

Измерение теплоты сгорания в Ккал / кг. Общеизвестно, что 1 (одна) калория — это количество тепла необходимое для нагрева одного грамма воды на один градус. Полностью понятный смысл данной физической величины и уже нетрудно представить, сколько же нужно тепла для нагрева ведра воды 4,500 Кал / кг. ( 4,500 Кал / кг ) — теплота сгорания килограмма нашего топлива в Калориях.
Измерение теплоты сгорания в МДж / кг. Системная международная тепловая единица. Физический смысл ее можно выразить лишь через калорию. 1 Калория равна 4,19 Джоуля. (4,500 Ккал/кг. * 4,19 Джоул = 18,855 МДж/кг.) — теплота сгорания килограмма нашего топлива в Джоулях.
Измерение теплоты сгорания в Квт/час. В энергетике электрическую и тепловую энергию принято измерять в Квт./час. 5,238 Квт. час./ кг. — теплота сгорания килограмма нашего топлива, измеренная в «электротехнических единицах». Как получилось данное значение? Если килограмм данного топлива сжечь за час, то не трудно подсчитать, какое количество энергии выделялось ежесекундно, то есть какая тепловая мощность вырабатывалась при этом. Разделим 18.855.000 Дж (см. пункт 2 ) на 3600 секунд и получим 5238 Дж/сек. т.е. 5,238 Квт.

В частности, можно выделить следующие преимущества этого вида биотоплива:

Низкая цена. По сравнению с любыми другими энергоносителями, особенно углеводородами, данное топливо значительно дешевле. Соответственно, можно более экономно решить вопрос отопления и обогрева. Причем, решение актуально как для загородного дома (организация котла отопления), так и для промышленных объектов (подготовка воды нужной температуры и обогрев цехов). Еще один важный фактор – отсутствие давления на рыночную цену международного фактора. Если пеллеты Киев покупает исключительно по внутренней цене, сформированной на основе внутреннего спроса и предложения, то уголь и газ поступают потребителю по ценам, которые диктуются мировым рынком.
Выгодные физико-химические свойства материала. Пеллеты древесные имеют высокую теплотворную способность, что позволяет добиться высокой производительности котла при низком расходе топлива. Кроме того, при сжигании пеллет, образуется мало золы, потому котлы на пеллетах не слишком капризны и требуют минимум обслуживания.
Эффективная с точки зрения физики горения структура топлива. Так как пеллеты представляют собой насыпь отдельных элементов, они очень хорошо горят, ведь непосредственно в структуре сыпучего материала содержится лучший катализатор – воздух. Соответственно, топливо можно считать универсальным, оно не требует никакой дополнительной обработки перед применением. Такое топливо – не хуже газа или угля.
Пеллеты древесные являются практически неограниченным ресурсом. Если нефть приравнивается к черному золоту, а газ становится причиной международных скандалов, то древесина низкого сорта, а также отходы деревообрабатывающей промышленности – в изобилии. Потому данный ресурс всегда без проблем доступен на рынке.
Экологическая чистота. Сжигание пеллет не приводит к выбросам каких-либо вредных веществ, полностью соответствует самым строгим нормам по выбросам углекислого газа, а также любых других газов в атмосферу. Соответственно, пеллеты – не только выгодная, но и зеленая технология.
Удобный процесс сжигания. Современные котлы на пеллетах имеют высокую степень автоматизации, что позволяет без каких-либо технических трудностей перейти на данный вид топлива. Котел на пеллетах требует не больше внимания, чем котел на угле.
При сжигании 1,9 т пеллет выделяется примерно такое же количество тепла, что при сжигании одной тонны мазута, при этом стоимость пеллет на внутреннем рынке втрое дешевле. Таким образом, обогрев пеллетами обходится на 40% дешевле мазута.

Таблица 1. Теплоотдача пеллет и альтернативных источников энергии

Вид топлива	Тепловая способность, ккал/кг
Пелетты	4500
Дрова	2500
Уголь древесный	7500
Каменный уголь	7400
Мазут	9800
Дизельное топливо	10200
Природный газ	8300

В разных странах приняты различные стандарты производства пеллет. В США действует Standard Regulations & Standards for Pellets in the US: The PFI (pellet). Этим стандартом разрешено производство пеллет двух сортов: «Премиум» и «Стандарт». «Преимум» должен содержать не более 1 % золы, а «Стандарт» не более 3 %. «Премиум» может применяться для отопления любых зданий. На сорт «Премиум» приходится около 95 % производства пеллет в США. Сорт «Стандарт» содержит больший объём коры или сельскохозяйственных отходов. Стандарты определяют также плотность, размеры пеллет, влажность, содержание пыли и других веществ. В Германии на пеллеты принят стандарт DIN 51731, в Австрии — стандарт ONORM M-7135, в Великобритания — The British BioGen Code of Practice for biofuel (pellets), в Швейцария — SN 166000, в Швеция — SS 187120.

Параметр	DIN 51 731	O-Norm M-7135	DINplus	SS187120
Германия	Австрия	Германия	Швеция
Диаметр (мм)	4-10	4-10
Длина (мм)	< 50	< 5*d	< 5*d	< 5*d
Плотность (кг/дм3)	> 1,0-1,4	> 1,12	> 1,12	Нет
Влажность (%)	< 12	< 10	< 10	< 10
Насыпная масса (кг/м3)	650	650	650	650
Брикетная пыль (%)	Нет	< 2,3	< 2,3	Нет
Зольность (%)	< 1,5	< 0,5	< 0,5	< 1,5
Теплота сгорания (МДж/кг)	17,5-19,5	> 18	> 18	> 18
Содержание серы (%)	< 0,08	< 0,04	< 0,04	< 0,08
Содержание азота (%)	< 0,3	< 0,3	< 0,3	нет
Содержание хлора (%)	< 0,03	< 0,02	< 0,02	< 0,03
Мышьяк (мг/кг)	< 0,8	Нет	< 0,8	Нет
Свинец (мг/кг)	< 10	Нет	< 10	Нет
Кадмий (мг/кг)	< 0,5	Нет	< 0,5	Нет
Хром (мг/кг)	< 8	Нет	< 8	Нет
Медь(мг/кг)	< 5	Нет	< 5	Нет
Ртуть(мг/кг)	< 1,5	Нет	< 1,5	Нет
Цинк(мг/кг)	< 100	Нет	< 100	Нет
Закрепитель, связующие материалы (%)	Нет	< 2	< 2

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

Бурые	Б
Каменные	Длиннопламенные	Д
Газовые	Г
Жирные	Ж
Коксовые	К
Отощенно-спекающиеся	ОС
Слабоспекающийся	СС
Тощие	Т
Антрациты	А

П	Плитный	более 100 мм
К	Крупный	50-100 мм
О	Орех	26-50 мм
М	Мелкий	13-25 мм
С	Семечко	6-13 мм
Ш	Штыб	менее 6 мм
Р	Рядовой	не ограниченный размерами

Категория помещения	Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А повышенная взрывопожароопасность	Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28°C в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа, и (или) вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.
Б взрывопожароопасность	Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28°C, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.
В1 – В4 пожароопасность	Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они находятся (обращаются), не относятся к категории А или Б.
Г умеренная пожароопасность	Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени, и (или) горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.
Д пониженная пожароопасность	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.

Кол-во волокон	Погонный вес, кг/км
4	23
6	25
8	30
12	35
16	49
24	61
48	255
72	384

Кол-во волокон	Погонный вес, кг/км
2	67
4	67
6	67
8	67
12	67
16	103
24	103
36	103
48	115
72	115
96	139
144	139

Топливо
Антрацит	26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты)	18,5
Дрова сухие	8,4…11
Дрова березовые сухие	12,5
Кокс газовый	26,9
Кокс доменный	30,4
Полукокс	27,3
Порох	3,8
Сланец	4,6…9
Сланцы горючие	5,9…15
Твердое ракетное топливо	4,2…10,5
Торф	16,3
Торф волокнистый	21,8
Торф фрезерный	8,1…10,5
Торфяная крошка	10,8
Уголь бурый	13…25
Уголь бурый (брикеты)	20,2
Уголь бурый (пыль)	25
Уголь донецкий	19,7…24
Уголь древесный	31,5…34,4
Уголь каменный	27
Уголь коксующийся	36,3
Уголь кузнецкий	22,8…25,1
Уголь челябинский	12,8
Уголь экибастузский	16,7
Фрезторф	8,1
Шлак	27,5

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Ацетон	31,4
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
Бензол	40,6
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 авиационный	42,9
Керосин осветительный (ГОСТ 4753-68)	43,7
Ксилол	43,2
Мазут высокосернистый	39
Мазут малосернистый	40,5
Мазут низкосернистый	41,7
Мазут сернистый	39,6
Метиловый спирт (метанол)	21,1
н-Бутиловый спирт	36,8
Нефть	43,5…46
Нефть метановая	21,5
Толуол	40,9
Уайт-спирит (ГОСТ 313452)	44
Этиленгликоль	13,3
Этиловый спирт (этанол)	30,6

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
1-Бутен	45,3
Аммиак	18,6
Ацетилен	48,3
Водород	119,83
Водород, смесь с метаном (50% H 2 и 50% CH 4 по массе)	85
Водород, смесь с метаном и оксидом углерода (33-33-33% по массе)	60
Водород, смесь с оксидом углерода (50% H 2 50% CO 2 по массе)	65
Газ доменных печей	3
Газ коксовых печей	38,5
Газ сжиженный углеводородный СУГ (пропан-бутан)	43,8
Изобутан	45,6
Метан	50
н-Бутан	45,7
н-Гексан	45,1
н-Пентан	45,4
Попутный газ	40,6…43
Природный газ	41…49
Пропадиен	46,3
Пропан	46,3
Пропилен	45,8
Пропилен, смесь с водородом и окисью углерода (90%-9%-1% по массе)	52
Этан	47,5
Этилен	47,2

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Бумага	17,6
Дерматин	21,5
Древесина (бруски влажностью 14 %)	13,8
Древесина в штабелях	16,6
Древесина дубовая	19,9
Древесина еловая	20,3
Древесина зеленая	6,3
Древесина сосновая	20,9
Капрон	31,1
Карболитовые изделия	26,9
Картон	16,5
Каучук бутадиенстирольный СКС-30АР	43,9
Каучук натуральный	44,8
Каучук синтетический	40,2
Каучук СКС	43,9
Каучук хлоропреновый	28
Линолеум поливинилхлоридный	14,3
Линолеум поливинилхлоридный двухслойный	17,9
Линолеум поливинилхлоридный на войлочной основе	16,6
Линолеум поливинилхлоридный на теплой основе	17,6
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе	20,3
Линолеум резиновый (релин)	27,2
Парафин твердый	11,2
Пенопласт ПХВ-1	19,5
Пенопласт ФС-7	24,4
Пенопласт ФФ	31,4
Пенополистирол ПСБ-С	41,6
Пенополиуретан	24,3
Плита древесноволокнистая	20,9
Поливинилхлорид (ПВХ)	20,7
Поликарбонат	31
Полипропилен	45,7
Полистирол	39
Полиэтилен высокого давления	47
Полиэтилен низкого давления	46,7
Резина	33,5
Рубероид	29,5
Сажа канальная	28,3
Сено	16,7
Солома	17
Стекло органическое (оргстекло)	27,7
Текстолит	20,9
Толь	16
Тротил	15
Хлопок	17,5
Целлюлоза	16,4
Шерсть и шерстяные волокна	23,1

Ископаемое топливо	Теплосодержание	Возобновляемая энергия Топливо	Теплосодержание
(невозобновляемый)	кДж г ^-1	МДж тонна ^-1	кДж г ^-1	МДж тонна ^-1
природный газ	54	54 000
бензин (бензин)	48	48 000	E10 (газохол)	44	44 000
дизельное топливо	45	45 000	биодизель	42	42 000
каменный уголь	34	34 000	биоэтанол	30	30 000
бурый уголь	16	16 000	биогаз	26	26 000

Ископаемое топливо	Теплосодержание	Trend
кДж г ^-1	МДж тонна ^-1
природный газ	54	54 000	наибольшее количество энергии, выделяемой на грамм
бензин (бензин)	48	48 000	↓
дизельное топливо	45	45 000	↓
каменный уголь	34	34 000	↓
бурый уголь	16	16 000	наименьшее количество энергии на грамм

вычисленное химическое уравнение:	C _(т)	+	O _{2 (г)}	→	CO _{2 (г)}	ΔH = -393 кДж моль ^-1
сжигание 1 моля топлива:	1 моль C			→	1 моль CO ₂	и 393 кДж энергии выделено

вычисленное химическое уравнение:	C ₈ H _{18 (л)}	+	²⁵/₂ O _{2 (г)}	→	8CO _{2 (г)}	+	9H ₂ O _(г)	ΔH = -5464 кДж моль ^-1
сжигание 1 моля топлива:	1 моль C ₈ H _{18 (л)}			→	8 моль CO ₂			и 5464 кДж энергии выделено

вычисленное химическое уравнение:	CH _{4 (г)}	+	2O _{2 (г)}	→	CO _{2 (г)}	+	2H ₂ O _(г)	ΔH = -888 кДж моль ^-1
сжигание 1 моля топлива:	1 моль CH _{4 (г)}			→	1 моль CO ₂			и 888 кДж энергии выделено

Название топлива	Топливная формула	ΔH кДж моль ^-1
газ метан	CH _{4 (г)}	-888
газ бутан	C ₄ H _{10 (г)}	-2877
октановое число	C ₈ H _{18 (л)}	-5470

Основные европейские стандарты качества топливных гранул
Параметр
DIN 51 731
O-Norm M-7135
DINplus
SS187120
Германия
Австрия
Германия
Швеция
Диаметр (мм)
4-10
4-10

Длина (мм)
< 50
< 5*d
< 5*d
< 5*d
Плотность (кг/дм3)
> 1,0-1,4
> 1,12
> 1,12
Нет
Влажность (%)
< 12
< 10
< 10
< 10
Насыпная масса (кг/м3)
650
650
650
650
Брикетная пыль (%)
Нет
< 2,3
< 2,3
Нет
Зольность (%)
< 1,5
< 0,5
< 0,5
< 1,5
Теплота сгорания (МДж/кг)
17,5-19,5
> 18
> 18
> 18
Содержание серы (%)
< 0,08
< 0,04
< 0,04
< 0,08
Содержание азота (%)
< 0,3
< 0,3
< 0,3
нет
Содержание хлора (%)
< 0,03
< 0,02
< 0,02
< 0,03
Мышьяк (мг/кг)
< 0,8
Нет
< 0,8
Нет
Свинец (мг/кг)
< 10
Нет
< 10
Нет
Кадмий (мг/кг)
< 0,5
Нет
< 0,5
Нет
Хром (мг/кг)
< 8
Нет
< 8
Нет
Медь(мг/кг)
< 5
Нет
< 5
Нет
Ртуть(мг/кг)
< 1,5
Нет
< 1,5
Нет
Цинк(мг/кг)
< 100
Нет
< 100
Нет
Закрепитель, связующие материалы (%)
Нет
< 2
< 2

«нет» – не означает величины, это может быть, нет сведений, не определено, нет точной величины и т.д.
Успешное развитие экономики любой страны напрямую связано с ростом потребления энергии. Однако ископаемые носители энергии, во-первых, не безграничны, а во-вторых, их сжигание приводит к загрязнению окружающей среды и к парниковому эффекту на нашей планете. Последний, является одной из причин изменения климата на Земле.
Топливные брикеты
Топливные брикеты — это спрессованные отходы деревообработки (стружка, щепа), отходы сельского хозяйства (солома, шелуха семечки подсолнуха, гречихи), а также торфа.
Топливные брикеты (они еще имеют другое название – «евродрова»), — это современное, удобное для хранения и использования экологически чистое топливо. Изготавливаются путем прессования без каких-либо вредных связующих веществ.
Топливные брикеты имеют достаточно широкое применение, прежде всего, используются для отопления частных домов в различных типах топок (печах), дровяных котлах, при приготовлении еды на гриле. Их приятно и удобно использовать в каминах.
Брикеты топливные при горении не искрятся, не выделяют угарный газ, дают долгое и ровное пламя.
К основным преимуществам топливных брикетов можно отнести:
Топливные брикеты, полученные из растительного сырья, являются экологически чистым продуктом. Материалом топливного брикета в полном объеме является природное сырье. Связующим веществом является натуральный «живой» лигнин – это вещество, содержащееся в клетках омертвевшего растительного сырья.
После термической обработки сырья в процессе производства евродрова не поддаются воздействию грибков.
В сравнении с природными дровами – евродрова по причине большей плотности, — дольше горят. Поэтому подкладывать в печь (котел) брикеты – можно реже в 2-4 раза.
Евродрова по причине их удобной формы очень удобно и хранить и использовать.
Обладают высокой теплотворностью. Евродрова дают в среднем в 2 раза больше тепла, в сравнении с обычными дровами. Их теплотворность сопоставима с теплотворностью каменного угля.
При горении обеспечивают постоянную температуру на каждом этапе горения за счет ровного пламени.
Содержание золы после сгорания брикетов в пределах 1-3%. Для сравнения: содержание золы после сгорания каменного угля: 30-40%, сгорания природных дров: 8 -16% , древесной щепы: 11 — 18%. По этой причине современные твердотопливные котлы, работающие на евродровах, чистят 1 раз в год. При этом золу можно использовать как экологически чистое удобрение.
При сжигании топливных брикетов ядовитый угарный газ не выделяется и другие вредные вещества не образуются.
При использовании евродров — затраты на отопления ниже, чем в случае использования каменного угля или же естественных дров.
Выделяют 3 типа топливных брикетов:
RUF-брикеты. RUF-брикет представляет собой брикет в форме набольшего кирпичика прямоугольной формы.
NESTRO-брикеты. Брикет NESTRO представляет собой брикет цилиндрической формы. Может быть с радиальным отверстием внутри.
Pini&Kay-брикеты. Брикет Пини-Кей представляет собой брикет, имеющий 4, 6 или 8 граней с продольным радиальным отверстием внутри.
Уголь
Уголь — это горючая осадочная порода растительного происхождения, состоящая в основном из углерода и ряда других химических элементов.
Состав угля зависит от возраста и условий углефикации: самый молодой — бурый уголь , затем идет каменный уголь , старше всех антрацит . По мере старения происходило концентрирование углерода и уменьшение содержания летучих составляющих, в частности, влаги. Так, бурый уголь имеет влажность 30–40%, более 50% летучих компонентов, у антрацита оба показателя составляют 5–7%. Влажность каменного угля, составляет 12–16%, количество летучих компонентов около 40%.
Кроме основных компонентов, уголь содержит различные негорючие золообразующие добавки, «породу». Зола загрязняет окружающую среду и спекается в шлак на колосниках, что затрудняет горение угля. Кроме того, наличие породы уменьшает удельную теплоту сгорания угля. В зависимости от сорта и условий добычи количество минеральных веществ различается очень сильно, зольность каменного угля около 15% (10–20%).
Еще один вредный компонент угля — сера. В процессе сгорания серы образуются окислы, которые в атмосфере превращаются в серную кислоту. Содержание серы в угле, который мы поставляем покупателям через сеть своих представителей, около 0,5%, это весьма низкое значение, значит, экологию Вашего дома удастся сохранить.
Удельная теплота сгорания
Вид угля
Удельная теплота сгорания угля
кДж/кг
ккал/кг
Бурый
14 700
3 500
Каменный
29 300
7 000
Антрацит
31 000
7 400
Указанные цифры относятся к угольному концентрату. Реальные цифры могут существенно отличаться. Так, для рядового кузбасского каменного угля, который можно купить на угольных складах, указывается значение 5000-5500 ккал/кг. Мы в своих расчетах используем 5300 ккал/кг.
Плотность угля от 1 до 1,7 (каменный уголь — 1,3–1,4) г/см3 в зависимости от вида и содержания минеральных веществ. В технике используют также «насыпную плотность», она составляет около 800-1 000 кг/м3.
Виды и сорта угля
Уголь классифицируется по многим параметрам (география добычи, химический состав), но с «бытовой» точки зрения, покупая уголь для использования в печах, достаточно разобраться в маркировке и возможности использования в Термороботе.
По степени углефикации выделяют три вида угля: бурый, каменный и антрацит. Используют следующую систему обозначений угля: Сорт = (марка) + (класс крупности).
Бурые
Б
Каменные
Длиннопламенные
Д
Газовые
Г
Жирные
Ж
Коксовые
К
Отощенно-спекающиеся
ОС
Слабоспекающийся
СС
Тощие
Т
Антрациты
А
Кроме основных марок, приведенных в таблице, выделяют также промежуточные марки каменного угля: ДГ (длиннопламенно-газовые), ГЖ (газовые жирные), КЖ (коксовые жирные), ПА (полуантрациты), бурые угли также делятся по группам.
Коксующиеся марки угля (Г, кокс, Ж, К, ОС) в теплоэнергетике практически не используются, так как они являются дефицитным сырьем для коксохимической промышленности.
По классу крупности (размеру кусков, фракции) сортовой каменный уголь подразделяется на:
П
Плитный
более 100 мм
К
Крупный
50-100 мм
О
Орех
26-50 мм
М
Мелкий
13-25 мм
С
Семечко
6-13 мм
Ш
Штыб
менее 6 мм
Р
Рядовой
не ограниченный размерами
Кроме сортового угля в продаже присутствуют совмещенные фракции и отсевы (ПК, КО, ОМ, МС, СШ, МСШ, ОМСШ). Размер угля определяют исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанных в названии марки угля.
Например, фракция ОМ (М — 13–25, О — 25-50) составляет 13–50 мм.
Кроме указанных сортов угля в продаже можно встретить угольные брикеты, которые прессуют из низкообогащенного угольного шлама.
Как горит уголь
Уголь состоит из двух горючих компонентов: летучие вещества и твердый (коксовый) остаток
На первом этапе горения выделяются летучие вещества; при избытке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя, но малое количество тепла.
После этого выгорает коксовый остаток; интенсивность его горения и температура воспламенения зависит от степени углефикации, то есть, от вида угля (бурый, каменный, антрацит).
Чем выше степень углефикации (самая высокая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.
Уголь марок Б, Д, Г
Из-за высокого содержания летучих веществ такой уголь быстро разгорается и быстро сгорает. Уголь этих марок доступен и пригоден практически для всех видов котлов, однако для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы выделяющиеся летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом воздуха. Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами; неполное сгорание летучих веществ дает багровое пламя и чёрный дым.
Для эффективного сжигания такого угля процесс должен постоянно контролироваться, такой режим работы реализован в автоматической котельной Терморобот.
Уголь марок СС, Т, А
Разжечь его труднее, зато он горит долго и выделяет намного больше тепла. Уголь можно загружать большими партиями, так как в них горит преимущественно коксовый остаток, нет массового выделения летучих веществ. Очень важен режим поддува, так как при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно его прекращение, либо, напротив, чрезмерное повышение температуры, приводящее к уносу тепла и прогоранию котла.
Уголь таких марок также успешно может использоваться в Термороботе, поскольку в нем осуществляется регулируемый принудительный поддув воздуха.
Информация, использованная в данной аналитической записке, была взята из открытых источников.
Топливо : Котел-на-дровах
Топливо – это горючий материал, в процессе термического разложения которого происходит выделение тепла.
Классификация топлива по происхождению:
Природное (нефть, природный газ, горючие сланцы, уголь, торф, древесина)
Искусственно созданное (кокс, генераторные газы, дизельное топливо, бензин, керосин, мазут)
Классификация топлива по агрегатному состояние:
Твердое топливо (уголь, торф, горючий сланец, древесина, брикеты, пеллеты)
Жидкое топливо (мазут, дизельное топливо, моторные масла, спирты)
Газообразное топливо (метан, пропан, бутан, водород)
Сравнительная таблица теплотворности видов топлива
Теплотворная способность топлива – показатель количества теплоты, которая выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг или объемом 1 м³ (1 л). Энергетическая ценность топлива определяется его теплотой сгорания.
Зачастую теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л).
Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход.
Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:
* от его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.)
* от его влажности и зольности
Вид топлива Ед. изм. Удельная теплота сгорания Эквивалент
кКал кВт МДж Природный газ, м3 Диз. топливо, л Мазут, л
Электроэнергия 1 кВт/ч 864 1,0 3,62 0,108 0,084 0,089
Дизельное топливо (солярка) 1 л 10300 11,9 43,12 1,288 — 1,062
Мазут 1 л 9700 11,2 40,61 1,213 0,942 —
Керосин 1 л 10400 12,0 43,50 1,300 1,010 1,072
Нефть 1 л 10500 12,2 44,00 1,313 1,019 1,082
Бензин 1 л 10500 12,2 44,00 1,313 1,019 1,082
Газ природный 1 м3 8000 9,3 33,50 — 0,777 0,825
Газ сжиженный 1 кг 10800 12,5 45,20 1,350 1,049 1,113
Метан 1 м3 11950 13,8 50,03 1,494 1,160 1,232
Пропан 1 м3 10885 12,6 45,57 1,361 1,057 1,222
Этилен 1 м3 11470 13,3 48,02 1,434 1,114 1,182
Водород 1 м3 28700 33,2 120,00 3,588 2,786 2,959
Уголь каменный (W=10%) 1 кг 6450 7,5 27,00 0,806 0,626 0,665
Уголь бурый (W=30…40%) 1 кг 3100 3,6 12,98 0,388 0,301 0,320
Уголь-антрацит 1 кг 6700 7,8 28,05 0,838 0,650 0,691
Уголь древесный 1 кг 6510 7,5 27,26 0,814 0,632 0,671
Торф (W=40%) 1 кг 2900 3,6 12,10 0,363 0,282 0,299
Торф брикеты (W=15%) 1 кг 4200 4,9 17,58 0,525 0,408 0,433
Торф крошка 1 кг 2590 3,0 10,84 0,324 0,251 0,267
Пеллета древесная 1 кг 4100 4,7 17,17 0,513 0,398 0,423
Пеллета из соломы 1 кг 3465 4,0 14,51 0,433 0,336 0,357
Пеллета из лузги подсолнуха 1 кг 4320 5,0 18,09 0,540 0,419 0,445
Свежесрубленная древесина (W=50…60%) 1 кг 1940 2,2 8,12 0,243 0,188 0,200
Высушенная древесина (W=20%) 1 кг 3400 3,9 14,24 0,425 0,330 0,351
Щепа 1 кг 2610 3,0 10,93 0,326 0,253 0,269
Опилки 1 кг 2000 2,3 8,37 0,250 0,194 0,206
Бумага 1 кг 3970 4,6 16,62 0,496 0,385 0,409
Лузга подсолнуха, сои 1 кг 4060 4,7 17,00 0,508 0,394 0,419
Лузга рисовая 1 кг 3180 3,7 13,31 0,398 0,309 0,328
Костра льняная 1 кг 3805 4,4 15,93 0,477 0,369 0,392
Кукуруза-початок (W>10%) 1 кг 3500 4,0 14,65 0,438 0,340 0,361
Солома 1 кг 3750 4,3 15,70 0,469 0,364 0,387
Хлопчатник-стебли 1 кг 3470 4,0 14,53 0,434 0,337 0,358
Виноградная лоза (W=20%) 1 кг 3345 3,9 14,00 0,418 0,325 0,345

Теплотворность дров
Таблица со средними значениями теплотворной способности на 1 складометр дров.
Дрова
(естественная сушка)
Теплотворная способность,
кВт*ч/кг
Теплотворная способность,
мега Джоуль/кг
Теплотворная способность,
Мвт*ч/складометр
Объемная плотность,
кг/дм³
Плотность,
кг/складометр
Грабовые дрова 4,2 15 2,1 0,72 495
Буковые дрова 4,2 15 2,0 0,69 480
Ясеневые дрова 4,2 15 2,0 0,69 480
Дубовые дрова 4,2 15 2,0 0,67 470
Березовые дрова 4,2 15 1,9 0,65 450
Дрова из лиственницы 4,3 15,5 1,8 0,59 420
Сосновые дрова 4,3 15,5 1,6 0,52 360
Еловые дрова 4,3 15,5 1,4 0,47 330

Сравнительные характеристики видов топлива
Вид топлива
Теплота сгорания
МДж/кг
% серы % золы
Углекислый газ
кг/ГДж
Каменный уголь 15 — 25 1-3 10 — 35 60
Двигательное топливо 42,5 0,2 1 78
Мазут 42 1,2 1,5 78
Дрова 14 0 1 0
Щепа древесная 11 0 2 0
Гранулы древесные 17 0,1 1 0
Гранулы торфяные 10 0 20 70
Гранулы из соломы 15 0,2 4 0
Природный газ 35 — 38 МДж/м3 0 0 57

Примечание:
«0» — означает, что при сжигании продукта количество выделяемого СО2 не превышает объема, который образуется при естественном разложении, а количество других вредных выбросов ничтожно мало.
% серы — содержание серы относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл.
% золы — зольность — количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания вследствие уменьшения содержания горючих компонентов (основная причина) и увеличения расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы.
Подробная информация о каждом виде твердого топливо опубликована в тематических страницах.
Котел BRICK работает на разных видах твердого топлива (в том числе влажность которого достигает 70%).
Низшая теплота сгорания дсп. 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 H в и низшую H н 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
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.
Таблица 1.18
Высшая теплотворная способность различных горючих в кислороде (отнесенная к единице массы горючего)
Вещество
Оксид углерода
изо-Бутан
н-Додекан
н-Гексадекан
Ацетилен
Циклопентан
Циклогексан
Этилбензол
Бериллии
Алюминий
Цирконий
Гидрид бериллия
Пснтаборан
Метаадиборан
Этилдиборан
Для жидких углеводородов, метанола и этанола теплотворная способность приведена для жидкого исходного состояния.
Теплотворная способность некоторых горючих была рассчитана на ЭВМ. Она составляет для магния 24,75 и алюминия 31,08 кДж/кг (состояние оксидов – твердое) и практически совпадает с данными табл. 1.18. Высшая теплотворная способность парафина C26H54, нафталина С10H8, антрацена С14Н10 и уротропина C6h22N4 составляет соответственно 47,00, 40,20, 39,80 и 29,80, а низшая – 43,70, 39,00, 38,40 и 28,00 кДж/кг.
В качестве примера, применительно к ракетным топливам, приведем теплоты сгорания различных элементов в кислороде и фторе, отнесенные к единице массы продуктов сгорания. Теплоты сгорания рассчитаны для состояния продуктов сгорания при температуре 2700 К и приведены на рис. 1.25 и в табл. 1.19.
Puc. 1.25. Теплота сгорания элементов в кислороде (1) и фторе (2), рассчитанная на килограмм продуктов сгорания
Как следует из приведенных данных, для получения максимальных теплот сгорания наиболее предпочтительны вещества, содержащие водород, литий и бериллий, а во вторую очередь – бор, магний, алюминий и кремний. Преимущество водорода вследствие малого молекулярного веса продуктов сгорания очевидно. Следует отметить преимущество бериллия вследствие большой теплоты сгорания.
Есть возможность образования смешанных продуктов сгорания, в частности газообразных оксифторидов элементов. Поскольку стабильными обычно являются оксифториды трехвалентных элементов, большинство оксифторидов не эффективны как продукты сгорания ракетных топлив из-за большого молекулярного веса. Теплота сгорания с образованием COF2 (г.) имеет промежуточное значение между теплотами сгорания СO2 (г.) и CF4 (г.). Теплота сгорания с образованием SO2F2 (г.) больше, чем в случае образования SO2 (г.) или SF6; (г.). Однако в большинстве ракетных топлив содержатся элементы с большой восстанавливающей способностью, которые предотвращают образование подобных веществ.
При образовании оксифторида алюминия AlOF (г.) выделяется меньше тепла, чем при образовании оксида или фторида, поэтому он не представляет интереса. Оксифторид бора BOF (г.) и его тример (BOF)3 (г.) являются довольно важными компонентами продуктов сгорания ракетных топлив. Теплота сгорания с образованием BOF (г.) имеет промежуточное значение между теплотами сгорания с образованием оксида и фторида, по оксифторид термически более стабилен, чем каждое из этих соединений.
Таблица 1.19
Теплоты сгорания элементов (в МДж/кг), отнесенные к единице массы продуктов сгорания (Т = 2700 К)
оксифторид
Бериллий
Кислород
Алюминий
Цирконий
При образовании нитридов бериллия и бора выделяется достаточно большое количество тепла, что позволяет отнести их к важным компонентам продуктов сгорания ракетных топлив.
В табл. 1.20 приведена высшая теплотворная способность элементов при взаимодействии их с различными реагентами, отнесенная к единице массы продуктов сгорания. Теплотворная способность элементов при взаимодействии с хлором, азотом (кроме образования Ве3N2 и BN), бором, углеродом, кремнием, серой и фосфором значительно меньше теплотворной способности элементов при взаимодействии с кислородом и фтором. Большое разнообразие требований, предъявляемых к процессам горения и реагентам (по температуре, составу, состоянию продуктов сгорания и др.), делает целесообразным использование данных табл. 1.20 при практической разработке топливных смесей того или иного назначения.
Таблица 1.20
Высшая теплотворная способность элементов (в МДж/кг) при взаимодействии с кислородом, фтором, хлором, азотом, отнесенная к единице массы продуктов сгорания
См. также: Joulin С., Clavin Р. Op. cit.
Прежде всего, определимся с терминами, поскольку вопрос поставлен не вполне корректно.
, и списка «тип кабеля – величина в МДж/м 2 » вы не найдете, его нет и быть не может. Удельная пожарная нагрузка рассчитывается для помещения , в котором проложены разные типы и количества кабеля, причем учитывается, какую площадь они занимают. Именно поэтому размерность удельной пожарной нагрузки – Джоули (Мегаджоули) на квадратный метр.
В расчете удельной пожарной нагрузки фигурируют количества разных материалов, создающих эту пожарную нагрузку – фактически, все то, что может гореть. Вы пишете про вес одного погонного метра кабеля, но на самом деле учитывать нужно массу горючих составляющих в кабеле, а не весь кабель. Именно горючая масса формирует пожарную нагрузку – в основном это изоляция кабелей.
К формулировке третьего пункта поправок нет, она корректна.
Все эти термины, показатели и величины используются в «Методе определения категорий помещений В1 – В4», как его описывают документы МЧС «Об утверждении свода правил «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности», обязательное Приложение Б. Тот же подход используется и в других нормативных документах, в том числе в ведомственных инструкциях. Далее приводим выдержки из документа, относящиеся к вашему вопросу, и наши комментарии.
По взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В1 – В4, Г и Д, а здания – на категории А, Б, В, Г и Д.
[Комментарий раздела консультаций]: в вашем вопросе речь о помещении, даем классификацию для них.
Категория помещения Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А
повышенная взрывопожароопасность Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28°C в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа, и (или) вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.
Б
взрывопожароопасность Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28°C, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.
В1 – В4
пожароопасность Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они находятся (обращаются), не относятся к категории А или Б.
Г
умеренная пожароопасность Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени, и (или) горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.
Д
пониженная пожароопасность Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.
Отнесение помещения к категории В1, В2, В3 или В4 осуществляется в зависимости от количества и способа размещения пожарной нагрузки в указанном помещении и его объемно-планировочных характеристик, а также от пожароопасных свойств веществ и материалов, составляющих пожарную нагрузку.
[Комментарий раздела консультаций]: к вашему случаю относятся категории В1 – В4, пожароопасность. Причем велика вероятность, что ваше помещение будет отнесено к категории В4, но это должно быть подкреплено расчетами.
Методы определения категорий помещений В1 – В4
Определение категорий помещений В1 – В4 осуществляют путем сравнения максимального значения удельной временной пожарной нагрузки (далее – пожарная нагрузка) на любом из участков с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной в таблице:
Удельная пожарная нагрузка и способы размещения для категорий В1 – В4
При пожарной нагрузке, включающей в себя различные сочетания (смесь) легковоспламеняющихся, горючих, трудногорючих жидкостей, твердых горючих и трудногорючих веществ и материалов в пределах пожароопасного участка пожарная нагрузка Q (в МДж) определяется по формуле:
– количество i -го материала пожарной нагрузки, кг;
– низшая теплота сгорания i -го материала пожарной нагрузки, МДж/кг.
(в МДж/м 2) определяется как отношение рассчитанной пожарной нагрузки к занимаемой площади:
где S – площадь размещения пожарной нагрузки, м 2 , не менее 10 м 2 .
Для выполнения расчетов необходимо определить массу в кг для каждого горючего материала, который будет находиться в помещении. Строго говоря, для этого необходимо знать, сколько изоляции и других горючих компонентов находится в каждом метре кабеля соответствующего типа, а метраж взять из вашего проекта. Но обычные спецификации на продукцию в лучшем случае содержат погонный вес в г/м или кг/км для кабеля как единого целого, его формируют все элементы, включая негорючие. Из нетто-величины исключена только упаковка – катушка или коробка.
В оптических кабелях, не имеющих брони или встроенных несущих металлических тросов, с этим можно согласиться и использовать погонный вес в расчетах как есть, сознательно пренебрегая массой кварцевого волокна, поскольку она невелика. Вот, например, погонные веса для универсальных кабелей XGLO™ и LightSystem с плотным буфером, предназначенных для внутреннего/внешнего применения (артикул начинается с символов 9GD (X)H ……, такие кабели есть в вашем списке):
Кол-во волокон Погонный вес, кг/км
4 23
6 25
8 30
12 35
16 49
24 61
48 255
72 384
А это таблица для кабелей XGLO™ и LightSystem со свободным буфером, тоже предназначенных для внутреннего/внешнего применения (артикул начинается с символов 9GG (X)H ……):
Кол-во волокон Погонный вес, кг/км
2 67
4 67
6 67
8 67
12 67
16 103
24 103
36 103
48 115
72 115
96 139
144 139
Так, если в помещении проложен участок длиной 25 м из десяти кабелей по 24 волокна каждый, их суммарный вес составит 15,25 кг для кабеля с плотным буфером и 25,75 кг для кабеля со свободным буфером. Как видите, цифры могут отличаться, и для больших количеств кабеля разница может оказаться весьма существенной.
В бронированных же оптических кабелях и в медных кабелях витая пара значительная доля погонного веса формируется массой металла, и тогда разброс цифр и отличие погонного веса от содержания горючих веществ может быть еще больше. К примеру, вес нетто 1 км кабеля витая пара может варьироваться от 21 кг до 76 кг в зависимости от категории, производителя и наличия/отсутствия экрана и других конструктивных элементов. При этом простой расчет показывает, что для категории 5е с диаметром жилы 0,511 мм минимальный вес меди в 1 км (8 проводников, плотность меди 8920 кг/м 3) составит 14,6 кг, а для категории 7А с диаметром жилы 0,643 мм – не менее 23,2 кг. И это без учета повива, который приводит к тому, что по факту длина медных проводников будет заведомо больше 1 км.
На том же участке в 25 м из, допустим, 120 кабелей витая пара суммарная масса кабелей может составлять от 63 кг до 228 кг в зависимости от их типа, при этом меди в них может быть от 43,8 кг и выше для категории 5е и от 69,6 кг и выше для категории 7А.
Разница велика даже для тех количеств, что мы взяли, имея в виду не самое большое телекоммуникационное помещение, в которое кабель заведен через подвесной лоток или трассу под фальшполом. Для бронированных и других специфических кабелей с металлическими элементами конструкции разница будет гораздо больше, но при этом их можно встретить в основном на улице, а не в помещениях.
Если относиться к расчету строго, то для каждого типа кабеля нужно иметь полную раскладку по входящим в его состав горючим и негорючим компонентам и по их весовому содержанию в единице длины. Кроме того, для каждого горючего компонента необходимо знать низшую теплоту сгорания в МДж/кг. Для полимеров, широко используемых в телекоммуникациях, различные источники приводят следующие значения низшей теплоты сгорания:
Полиэтилен – от 46 до 48 МДж/кг
Поливинилхлорид (ПВХ) – от 14 до 21 МДж/кг
Политетрафторэтилен (фторопласт) – от 4 до 8 МДж/кг
В зависимости от того, какие исходные данные вы используете, на выходе можно получить разные результаты. Приведем 2 примера расчета для уже упоминавшегося помещения со 120-ю кабелями витая пара:
Пример 1.
120 кабелей витая пара категории 5е
Погонный вес кабеля 23 кг/км
Полный вес кабеля (без исключения негорючих компонентов)
G i = 120 · 25 м · 23·10 -3 кг/м = 69 кг
Q = 69 кг · 18 МДж/кг = 1242 МДж
S лотка = 25 м · 0,3 м = 7,5 м 2
g = 1242 / 10 = 124,2 МДж/м 2
Удельная пожарная нагрузка относится к диапазону от 1 до 180 МДж/м 2 , при том, что мы не вычитали весовое содержание меди в кабеле. Если бы вычли, то помещение тем более было бы отнесено к категории В4.
Пример 2.
120 кабелей витая пара категории 6/6A
Калибр жилы 23 AWG
Оболочка ПВХ, низшая теплота сгорания 18 МДж/кг
Погонный вес кабеля 45 кг/км
Длина лотка 25 м, ширина 300 мм
Полный вес кабеля без исключения негорючих компонентов
G i = 120 · 25 м · 45·10 -3 кг/м = 135 кг
Q = 135 кг · 18 МДж/кг = 2430 МДж
S лотка = 25 м · 0,3 м = 7,5 м 2
В соответствии с методикой расчета необходимо использовать в вычислениях площадь не менее 10 м 2 .
g = 2430 / 10 = 243 МДж/м 2
Удельная пожарная нагрузка превысила 180 МДж/м 2 и попала в диапазон, соответствующий более высокой категории помещения В3. Но если бы мы вычли вес меди, расчет был бы иным.
Калибр жилы 23 AWG соответствует диаметру 0,574 мм. В кабеле 8 медных проводников, следовательно, в каждом километре кабеля содержится как минимум 18,46 кг меди.
G i = 120 · 25 м · (45 – 18,46) · 10 -3 кг/м = 79,62 кг горючих компонентов
Q = 79,62 кг ·18 МДж/кг = 1433,16 МДж
g = 1433,16 / 10 = 143,3 МДж/м 2
В этом случае мы получаем категорию помещения В4. Как видите, компонентная составляющая может влиять на расчеты весьма существенно.
Точные данные о весовом содержании и низшей теплоте сгорания можно получить только у производителя конкретного наименования продукции. Иначе вам придется лично «распотрошить» каждый конкретный тип кабеля, на высокоточных весах замерить массу каждого элемента, установить все химические составы (что само по себе может быть весьма нетривиальной задачей, даже если вы располагаете хорошо оборудованной химической лабораторией). И уже после всего этого провести точный расчет. Для кабеля категории 6/6А в нашем расчете, например, не был учтен вес и материал перегородки-разделителя. Если он изготовлен из полиэтилена, нужно учесть, что его низшая теплота сгорания выше, чем у ПВХ.
Химические и физические справочники приводят величины низшей теплоты сгорания для чистых веществ и ориентировочные значения для наиболее популярных строительных материалов. Но производители могут использовать смеси веществ, присадки, варьировать весовое содержание компонентов. Для точных расчетов нужны данные от конкретного производителя по каждому типу продукции. В открытом доступе они обычно не лежат, но по запросу их должны предоставлять, это не секретная информация.
Тем не менее, если такую информацию ждать предстоит долго, а расчет делать нужно сейчас, можно выполнить прикидочные вычисления, закладывая максимальные величины – т.е. брать худший сценарий. Проектировщик выбирает максимально возможное значение низшей теплоты сгорания, максимально большое весовое содержание горючих веществ, намеренно ошибаясь в большую сторону, не в свою пользу. В каких-то случаях из-за этого помещение попадет в более опасную категорию, как сначала получилось у нас в Примере 2. «Ошибаться» в другую сторону, намеренно делая расчеты более оптимистичными, категорически нельзя. В случае любых сомнений трактовка всегда должна быть в сторону дополнительных мер безопасности.
Горючий материал Горючий материал Теплота сгорания, МДж× кг -1
Бумага разрыхленная 13,4 Фенопласты 11,3
Волокно штапельное 13,8 Хлопок разрыхленный 15,7
Древесина в изделиях 16,6 Амиловый спирт 39,0
Карболитовые изделия 24,9 Ацетон 20,0
Каучук синтетический 40,2 Бензол 40,9
Органическое стекло 25,1 Бензин 41,9
Полистирол 39,0 Бутиловый спирт 36,2
Полипропилен 45,6 Дизельное топливо 43,0
Полиэтилен 47,1 Керосин 43,5
Резинотехнические изделия 33,5 Мазут 39,8
Нефть 41,9 Этиловый спирт 27,2
Удельная пожарная нагрузка q, МДж× м -2 определяется из соотношения , где S – площадь размещения пожарной нагрузки, м 2 , (но не менее 10 м 2).
Задача Определить категорию помещения по пожарной опасности площадью S=84 м 2 .
В помещении находится: 12 столов из деревостружечного материала массой по 16 кг; 4 стенда из деревостружечного материала массой по 10 кг; 12 скамеек из ДСП по 12 кг; 3 хлопчатобумажные шторы по 5 кг; доска из стеклопластика массой 25 кг; линолеум массой 70 кг.
Решение
1. Определяется низшая теплота сгорания материалов, находящихся в помещении (табл. 7.6):
Q =16,6 МДж/кг – для столов, скамеек и стендов;
Q =15,7 МДж/кг – для штор;
Q =33,5 МДж/кг – для линолеума;
Q =25,1 МДж/кг – для доски из стеклопластика.
2. По формуле 7.9 определяется суммарная пожарная нагрузка в помещении
3. Определяется удельная пожарная нагрузка q
Сравнивая полученные значения q=112,5 с приведенными в таблице 7.4 данными, помещение по пожарной опасности относим к категории В4.
РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
8.1. Основные понятия и определения
Вопрос Какое излучение называют ионизирующим?
Ответ Ионизирующее излучение (в дальнейшем – ИИ) – излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. ИИ состоит из заряженных (a и b частицы, протоны, осколки ядер деления) и незаряженных частиц (нейтроны, нейтрино, фотоны).
Вопрос Какие физические величины характеризуют взаимодействие ИИ с веществом и с биологическими объектами?
Ответ Взаимодействие ИИ с веществом характеризуется поглощенной дозой.
Поглощенная доза D – основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dw, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:
Энергия может быть усреднена по любому определенному объёму, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объёму, деленной на массу этого объёма. В системе СИ поглощенная доза измеряется в Дж/кг и имеет специальное название грэй (Гр). Внесистемная единица – рад, 1рад = 0,01 Гр. Приращение дозы за единицу времени называется мощностью дозы :
Для оценки радиационной опасности хронического облучения человека согласно [ 8.2] вводятся специальные физические величины – эквивалентная доза в органе или ткани Н T,R и эффективная доза Е.
Эквивалентная доза Н T,R – поглощенная доза в органе или ткани Т, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент данного вида излучения W R:
Н T,R =W R × D T,R , (8.3)
где D T,R – средняя поглощенная доза в ткани или органе Т;
W R – взвешивающий коэффициент для излучения вида R.
При воздействии различных видов ИИ с различными взвешивающими коэффициентами W R эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов ИИ:
(8.4)
Значения взвешивающих коэффициентов приведены в табл. 8.1 [ 8.1] .
Я понимаю, что полимеры это великое множество материалов. Меня смутила размерность 18 кДж/кг, именно килоДж/кг (взял из «Пожаровзрыво-опасность веществ и материалов и средства их тушения» Справочник изд. 2 под редакцией Корольченко А.Я. и Корольченко Д.А., часть I, стр. 306, второй сверху, кто не верит могу прислать). Собственно поэтому и возмутился.
Весь сыр-бор из-за того, что на дверях склада, всклинь забитого горючкой, указана бааальшущая буква «Д». Ну и внутренний аудит как увидел, начал кудахтать и хлопать крыльями (совершенно оправданно). Меня спалили — вот чел, который категории может считать. Шеф: «считай». Ладно. Пришёл, померил, номенклатуру материалов прикинул, посмотрел на потолок, а там как раз количество хранимого горючего всё указано было (ну везёт же иногда), посчитал. Ей подали — она (как я понял бывший инспектор РТН) говорит: а чем подтвердите количество хранимых материалов. Я ей: «Какая в дупу носом разница? Помещение небольшое — АУПТ всё равно не требуется. Взрывоопасного ничего нет, а по «В» самое крутое принято. Противопожарные преграды все на месте и удовлетворяют хоть СП, хоть СНиПам. И, глваное, склад расходников, сегодня полный, а завтра пустой». Ну головой покивала, а потом: «Откуда точные данные по хранению в кг?». Перетупить решила. Пожарного-то инспектора… Хех. Беру справку у заведующего складом: дерево — 80 кг, резины — 140 кг, войлока 60 кг, картона 310 кг ну и т.д плюс печать. Приношу ей: вот подтверждение, попробуй опровергни — заведующему лучше знать, что у него хранится. Она: «О! Вот это другое дело — это документ». Я балдю! Ну а потом про картриджи вспомнила. А в пятницу надо ей этот хренов расчёт сдать и букву на воротах заменить. Уже неделю мы портим бумагу, а при этом, прошу заметить, работаем в одной организации. То есть от прямых обязанностей я отвлечён, занимаемся какой-то ерундой, получаем зарплату и т.п. ради одной буквы на воротах. Короче очень эффективно всё устроено.
Но это было лирическое отступление. У меня цель — удовлетворить аудитора (очковтирательство полнейшее). То, что категория В1, никто не сомневается, но она хочет в расчёте видеть картриджи. Из чего они сделаны мы оба не знаем. На каждую ничем не подтверждённую величину теплоты сгорания она фырчит как кошка. Снаала даже железнодорожное ВНТП не хотела принимать как справку — типа на нас не распространяется. Ну хоть доводы про всеобщее подчинение законам мироздания вообще и физики в частности подействовали. Поэтому выбираю материалы, которые есть в справочной литературе или НД. Производители утверждают (один по крайней мере, но как я с ними говорил — ваще песня), что тонер содержит графит. У Корольченко нашёл его, но кособоко написан. Спасибо, на форуме проектировщиков мне разжевали размерности. С этим успокоился. Теперь взялся за пластик. Корпус картриджа ПВХашный вроде, но у того же Корольченко весь ПВХ — белый порошок. Ваще на картридж не похоже. Нашёл винипласт, который результат всевозможных воздействий на ПВХ. УРА!!! Но там 18 КИЛОДж/кг — ну ни в какие ворота не лезет. Если бы там по человечески было написано — МДж, то ещё вчера бы успокоился.
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.
Перечень таблиц:
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 . 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 , 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)
Топливо
Антрацит 26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты) 18,5
Дрова сухие 8,4…11
Дрова березовые сухие 12,5
Кокс газовый 26,9
Кокс доменный 30,4
Полукокс 27,3
Порох 3,8
Сланец 4,6…9
Сланцы горючие 5,9…15
Твердое ракетное топливо 4,2…10,5
Торф 16,3
Торф волокнистый 21,8
Торф фрезерный 8,1…10,5
Торфяная крошка 10,8
Уголь бурый 13…25
Уголь бурый (брикеты) 20,2
Уголь бурый (пыль) 25
Уголь донецкий 19,7…24
Уголь древесный 31,5…34,4
Уголь каменный 27
Уголь коксующийся 36,3
Уголь кузнецкий 22,8…25,1
Уголь челябинский 12,8
Уголь экибастузский 16,7
Фрезторф 8,1
Шлак 27,5
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, 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 — 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)
Топливо Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Ацетон 31,4
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
Бензол 40,6
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 авиационный 42,9
Керосин осветительный (ГОСТ 4753-68) 43,7
Ксилол 43,2
Мазут высокосернистый 39
Мазут малосернистый 40,5
Мазут низкосернистый 41,7
Мазут сернистый 39,6
Метиловый спирт (метанол) 21,1
н-Бутиловый спирт 36,8
Нефть 43,5…46
Нефть метановая 21,5
Толуол 40,9
Уайт-спирит (ГОСТ 313452) 44
Этиленгликоль 13,3
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 . 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 50 МДж/кг).
Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов (водород, природный газ, метан)
Топливо Удельная теплота сгорания, МДж/кг
1-Бутен 45,3
Аммиак 18,6
Ацетилен 48,3
Водород 119,83
Водород, смесь с метаном (50% H 2 и 50% CH 4 по массе) 85
Водород, смесь с метаном и оксидом углерода (33-33-33% по массе) 60
Водород, смесь с оксидом углерода (50% H 2 50% CO 2 по массе) 65
Газ доменных печей 3
Газ коксовых печей 38,5
Газ сжиженный углеводородный СУГ (пропан-бутан) 43,8
Изобутан 45,6
Метан 50
н-Бутан 45,7
н-Гексан 45,1
н-Пентан 45,4
Попутный газ 40,6…43
Природный газ 41…49
Пропадиен 46,3
Пропан 46,3
Пропилен 45,8
Пропилен, смесь с водородом и окисью углерода (90%-9%-1% по массе) 52
Этан 47,5
Этилен 47,2
Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов
Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов ( , 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
Топливо Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Бумага 17,6
Дерматин 21,5
Древесина (бруски влажностью 14 %) 13,8
Древесина в штабелях 16,6
Древесина дубовая 19,9
Древесина еловая 20,3
Древесина зеленая 6,3
Древесина сосновая 20,9
Капрон 31,1
Карболитовые изделия 26,9
Картон 16,5
Каучук бутадиенстирольный СКС-30АР 43,9
Каучук натуральный 44,8
Каучук синтетический 40,2
Каучук СКС 43,9
Каучук хлоропреновый 28
Линолеум поливинилхлоридный 14,3
Линолеум поливинилхлоридный двухслойный 17,9
Линолеум поливинилхлоридный на войлочной основе 16,6
Линолеум поливинилхлоридный на теплой основе 17,6
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе 20,3
Линолеум резиновый (релин) 27,2
Парафин твердый 11,2
Пенопласт ПХВ-1 19,5
Пенопласт ФС-7 24,4
Пенопласт ФФ 31,4
Пенополистирол ПСБ-С 41,6
Пенополиуретан 24,3
Плита древесноволокнистая 20,9
Поливинилхлорид (ПВХ) 20,7
Поликарбонат 31
Полипропилен 45,7
Полистирол 39
Полиэтилен высокого давления 47
Полиэтилен низкого давления 46,7
Резина 33,5
Рубероид 29,5
Сажа канальная 28,3
Сено 16,7
Солома 17
Стекло органическое (оргстекло) 27,7
Текстолит 20,9
Толь 16
Тротил 15
Хлопок 17,5
Целлюлоза 16,4
Шерсть и шерстяные волокна 23,1
Источники:
ГОСТ 147-2013 Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания.
ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.
Земский Г. Т. Огнеопасные свойства неорганических и органических материалов: справочник М.: ВНИИПО, 2016 — 970 с.
Учебное пособие по сравнению топлива и химии
Ключевые концепции
Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!
Энергетическая ценность топлива
Единицей измерения энергии S.I. является джоуль, Дж. ¹
Количество энергии, которое может быть получено при сгорании топлива, является его выходной энергией.
Энергетический выход топлива измеряется в джоулях на количество сожженного топлива.
Количество энергии, получаемой при сгорании топлива, выход энергии, зависит от условий реакции сгорания.
Некоторые системы, предназначенные для сжигания топлива, более эффективны при преобразовании химической энергии, накопленной в топливе, в энергию, которую мы можем использовать для работы.
По этой причине мы находим таблицы теплосодержания или значений энергии для топлива, а не таблицы выработки энергии.
Вещества, которые обычно используются в качестве топлива, не являются чистыми веществами, они представляют собой смеси различных веществ.
Например, природный газ содержит метан, CH ₄, а также этан, C ₂ H ₆, пропан, C ₃ H ₈, и бутан, C ₄ H ₁₀ . Бензин (бензин) содержит ряд различных углеводородов, включая октан, C ₈ H ₁₈.
По этой причине энергосодержание или теплосодержание этих видов топлива измеряется в единицах джоулей на грамм топлива, Дж г ^-1, а не в джоулях на моль топлива.
Вещество полезно в качестве топлива, если оно выделяет большое количество энергии на грамм, поэтому еще более полезно выражать теплосодержание топлива в единицах килоджоулей на грамм, кДж г ^-1 или даже в мегаджоулях. на тонну, МДж на тонну ^-1.
В таблице ниже приведены значения теплосодержания различных видов топлива в килоджоулях на грамм сожженного топлива, кДж · г ^-1, и в мегаджоулях на тонну топлива, МДж на тонну ^-1:
Ископаемое топливо Теплосодержание Возобновляемая энергия
Топливо Теплосодержание
(невозобновляемый) кДж г ^-1 МДж тонна ^-1 кДж г ^-1 МДж тонна ^-1
природный газ 54 54 000
бензин (бензин) 48 48 000 E10 (газохол) 44 44 000
дизельное топливо 45 45 000 биодизель 42 42 000
каменный уголь 34 34 000 биоэтанол 30 30 000
бурый уголь 16 16 000 биогаз 26 26 000
Из таблицы теплосодержание природного газа составляет 54 кДж / г ^-1, то есть теплосодержание составляет 54 кДж на грамм сожженного природного газа.Сжигание 1 грамма природного газа дает 54 кДж энергии.
Аналогичным образом, при сгорании 1 грамма бензина (бензина) выделяется 48 кДж энергии. При сгорании 1 грамма бензина выделяется меньше энергии, чем при сгорании 1 грамма природного газа.
При сжигании 1 грамма бурого угля выделяется еще меньше энергии — всего 16 кДж.
Ископаемое топливо Теплосодержание Trend
кДж г ^-1 МДж тонна ^-1
природный газ 54 54 000 наибольшее количество энергии, выделяемой на грамм
бензин (бензин) 48 48 000 ↓
дизельное топливо 45 45 000 ↓
каменный уголь 34 34 000 ↓
бурый уголь 16 16 000 наименьшее количество энергии на грамм
Это означает, что при сгорании 1 г природного газа может высвободиться максимум 54 кДж энергии.
Если было сожжено 5 граммов природного газа, было бы выделено 5 × 54 = 270 кДж энергии.
Если бы было сожжено 0,25 грамма природного газа, было бы выделено 0,25 × 54 = 13,5 кДж энергии.
Мы могли бы написать математическое уравнение для представления этих вычислений:
выделенная энергия (кДж) = теплосодержание (кДж г ^-1) × масса топлива (г)
Например, сколько энергии в кДж выделяется при сгорании 160 г дизельного топлива?
выделенная энергия (кДж) = теплосодержание дизельного топлива (кДж г ^-1) × масса дизельного топлива (г)
выделенная энергия (кДж) = 45 (кДж · г ^-1) × 160 (г) = 7 200 кДж
Мы можем изменить это уравнение, разделив обе части уравнения на теплосодержание топлива, чтобы вычислить массу топлива, необходимую для производства определенного количества энергии:
выделенная энергия ( ~~кДж~~ )
теплосодержание ( ~~кДж~~ г ^-1) = ~~теплосодержание (кДж · г ^-1)~~ × масса топлива (г)
~~теплосодержание (кДж · г ^-1)~~
выделенная энергия
теплосодержание = Масса топлива (г)
Например, какая масса бурого угля требуется для производства 800 кДж энергии?
масса бурого угля (г) = энергия (кДж) ÷ теплосодержание бурого угля (кДж г ^-1)
масса бурого угля (г) = 800 кДж ÷ 16 (кДж г ^-1) = 50 г
Пригодность топлива по назначению
В предыдущем разделе мы обнаружили, что если мы сожжем одинаковую массу каждого топлива, то больше всего энергии будет обеспечивать природный газ.
Так почему мы используем все эти другие виды топлива? Почему бы просто не использовать природный газ?
Во-первых, мы могли бы рассмотреть, насколько легко или сложно получить топливо.
Исторически первым топливом, используемым для отопления домов и приготовления пищи, были дрова. Поскольку деревья были легко доступны, дерево было легко достать.
С изобретением паровой машины промышленная революция привела к увеличению использования угля в качестве топлива. Уголь в основном состоит из углерода и образовался, когда живое вещество подвергалось воздействию высокого давления в течение длительного периода времени.Уголь легко доступен в виде твердого вещества в угольных пластах, которые исторически могли добываться людьми, использующими кирку, чтобы вырезать куски угля из пласта. Австралия имеет большие запасы угля; черный уголь добывается в бассейне Сиднея в Новом Южном Уэльсе, бассейне Боуэн и центральном Квинсленде, а в долине Ла Троб в Виктории добывается бурый уголь.
Изобретение двигателя внутреннего сгорания привело к развитию и распространению различных видов транспорта, включая автомобили, грузовики, автобусы.Продукты на основе сырой нефти, такие как дизельное топливо и бензин (бензин), стали важными видами топлива. Хотя источником сырой нефти также является сжатие живого вещества в течение длительных периодов времени, например, угля, эти месторождения сырой нефти не так широко распространены и не так легко доступны, как угольные пласты. Страны Ближнего Востока являются основными экспортерами сырой нефти в остальной мир. Требуется оборудование, чтобы пробурить залежь сырой нефти и вывести ее на поверхность.Кроме того, сама сырая нефть нуждается в переработке для получения полезного топлива.
Природный газ — это в основном метан, смешанный с другими газами, такими как этан, пропан и бутан, и, как и другие ископаемые виды топлива, такие как уголь и сырая нефть, также имеет свое начало в живом веществе, которое сжимается под слоями горной породы в течение длительного периода. времени. Природный газ часто, хотя и не всегда, находится в месторождениях сырой нефти. Большие запасы природного газа доступны в бассейне Гиппсленд (пролив Басса) в Виктории, бассейне Купера в Южной Австралии и бассейне Карнарвон (северо-западный шельф) в Западной Австралии.Однако, будучи газом, его еще труднее улавливать, транспортировать и хранить. Однако его можно отводить от источника прямо к домам для отопления и приготовления пищи или к электростанциям, вырабатывающим электроэнергию.
Газ угольных пластов (CGS), также известный как метан угольных пластов, состоит в основном из метана с небольшим количеством примесей и является газом, заключенным в угольных пластах, поэтому он также классифицируется как ископаемое топливо. Исторически именно этот газ вызывал взрывы на угольных шахтах.Недавно была разработана технология извлечения этого газа из угольных пластов с использованием воды для выталкивания газа на поверхность. В Австралии есть большие залежи газа из угольных пластов, которые в настоящее время используются в бассейнах Боуэн в Квинсленде и Сурат в Новом Южном Уэльсе.
Итак, одна из причин, по которой природный газ не так широко используется, даже несмотря на то, что он имеет высокое теплосодержание, заключается в том, что к нему не так легко получить доступ, как к другим ископаемым видам топлива.
Чтобы использовать это вещество в качестве топлива, его также необходимо легко хранить и транспортировать.²
Твердые вещества, такие как уголь и древесина, относительно легко хранить и транспортировать, поскольку их можно складывать в кучу. Для их хранения или транспортировки не требуется специальной емкости. Поскольку уголь и древесину легко складировать, они широко используются в качестве топлива для выработки электроэнергии. В прошлом они также складывались домашними хозяйствами для использования в качестве топлива для отопления и приготовления пищи. Исторически сложилось так, что возможность накапливать уголь привела к его использованию в качестве топлива для паровых двигателей.
Жидкости и смеси жидкостей, такие как бензин (бензин) и дизельное топливо (бензин), также относительно легко хранить и транспортировать в специальных емкостях, предназначенных для этой цели. Бензобак (бензобак) автомобиля — хороший пример легкости хранения и транспортировки жидкого топлива.
Такие газы, как природный газ и газ из угольных пластов (СКГ) сложнее хранить и транспортировать, потому что объем газа намного больше, чем объем твердого или жидкого, а также потому, что газ с большей вероятностью воспламенится.Для использования в домашнем отоплении и приготовлении пищи или в качестве топлива для электростанций можно подавать газ непосредственно от источника к месту назначения.
Для других целей, таких как топливо для транспортных средств, газы хранятся под давлением, чтобы уменьшить объем, который они занимают в специальных газовых баллонах или газовых баллонах.
В идеале, для конденсации газа в жидкость можно использовать достаточно высокое давление. Сжиженный нефтяной газ (LPG) — это побочный продукт переработки природного газа и сырой нефти, в котором газы пропана и бутана были достаточно сжаты для образования жидкости.К сожалению, природный газ нельзя сжижать при комнатной температуре, что затрудняет транспортировку любым другим способом, кроме как по газопроводу.
Итак, еще одна причина, по которой природный газ не так широко используется, даже несмотря на то, что он имеет высокое теплосодержание, заключается в том, что его сложнее хранить и транспортировать, чем другие ископаемые виды топлива.
Ископаемые виды топлива, такие как уголь, бензин, дизельное топливо (petrodiesel), природный газ и газ из угольных пластов (CGS), добываются миллионы лет, и мы используем эти месторождения быстрее, чем они могут быть восполнены.По этой причине эти виды топлива называются «невозобновляемыми» видами топлива.
Большой интерес и инвестиции связаны с разработкой «возобновляемых» видов топлива, которые могут производиться с той же скоростью, что и потребляются. Это топливо часто производится из живого биологического вещества (называемого биомассой) и называется биотопливом. Биоэтанол, полученный путем ферментации сахаров, содержащихся в растениях, можно использовать в качестве топлива или добавить в бензин (бензин), чтобы продлить срок службы невозобновляемого топлива.Биодизель, производимый из растительных масел или животных жиров, может использоваться в качестве топлива или добавляться к дизельному топливу, произведенному из сырой нефти (нефтедизель), для продления срока службы невозобновляемого топлива. Биогаз, также известный как болотный газ или болотный газ, образующийся при гниении органических веществ в отсутствие кислорода, может использоваться в качестве топлива для выработки электроэнергии.
Природа продуктов сгорания топлива
Все виды топлива, как возобновляемые, так и невозобновляемые, которые мы обсуждали, содержат углерод.
Когда топливо, содержащее углерод, сгорает в присутствии избытка кислорода, оно выделяет углекислый газ (CO _{2 (г)}).
Другой способ выразить это — сказать, что отношение топлива к кислороду низкое, или соотношение топливо: кислород низкое.
Уголь в основном состоит из углерода.
Когда углерод (C _(s)) сгорает в избытке кислорода (O _{2 (г)}), продукт представляет собой диоксид углерода (CO _{2 (г)}).
При сгорании 1 моля углерода (C _(s)) выделяется 393 кДж энергии.
Мы говорим, что энтальпия сгорания углерода составляет -393 кДж моль ^-1 (ΔH = -393 кДж моль ^-1)
вычисленное химическое уравнение: C _(т) + O _{2 (г)} → CO _{2 (г)} ΔH = -393 кДж моль ^-1
сжигание 1 моля топлива: 1 моль C → 1 моль CO ₂ и 393 кДж энергии выделено
Бензин (бензин) состоит из ряда различных соединений, включая октан (C ₈ H ₁₈).
Октан будет гореть в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода (CO _{2 (г)}) и водяного пара (H ₂ O _(г)).
При полном сгорании 1 моля октана выделяется 5464 кДж энергии.
Энтальпия сгорания октана составляет -5464 кДж моль ^-1 (ΔH = -5464 кДж моль ^-1)
вычисленное химическое уравнение: C ₈ H _{18 (л)} + ²⁵/₂ O _{2 (г)} → 8CO _{2 (г)} + 9H ₂ O _(г) ΔH = -5464 кДж моль ^-1
сжигание 1 моля топлива: 1 моль C ₈ H _{18 (л)} → 8 моль CO ₂ и 5464 кДж энергии выделено
Природный газ или газ угольных пластов в основном состоит из метана (CH _{4 (g)}).
Метан сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода (CO _{2 (г)}) и водяного пара (H ₂ O _(г)).
1 моль метана полностью сгорает с выделением 888 кДж энергии.
Энтальпия сгорания метана составляет -888 кДж моль ^-1 (ΔH = -888 кДж моль ^-1).
вычисленное химическое уравнение: CH _{4 (г)} + 2O _{2 (г)} → CO _{2 (г)} + 2H ₂ O _(г) ΔH = -888 кДж моль ^-1
сжигание 1 моля топлива: 1 моль CH _{4 (г)} → 1 моль CO ₂ и 888 кДж энергии выделено
Углекислый газ известен как парниковый газ, один из газов, который способствует сохранению тепла на земле в результате парникового эффекта.К сожалению, похоже, что наше более широкое использование углеродсодержащего топлива увеличивает количество углекислого газа в атмосфере, способствуя повышению глобальной температуры и отрицательно влияя на климат Земли.
Мы бы предпочли использовать топливо, которое выделяет меньше углекислого газа.
Ископаемое топливо — это кладезь углерода с древних времен. При сжигании этот «извечный» углерод выбрасывается в атмосферу, повышая уровень углекислого газа в атмосфере.
Возобновляемые виды топлива на основе углерода, такие как биодизель и биогаз, являются недавним хранилищем углерода. Итак, когда это топливо сгорает, мы возвращаем только то же количество углерода, которое мы забрали, и этот углерод в виде атмосферного углекислого газа можно использовать для выращивания большего количества растительного вещества, которое будет использоваться для производства большего количества биотоплива. Такое топливо обычно называют углеродно-нейтральным.
Когда газообразного кислорода недостаточно для полного сгорания углеродсодержащего топлива, может образовываться токсичный газообразный монооксид углерода (CO _(g)) и загрязняющая воздух сажа (C _(s)).
Это может произойти, когда отношение топлива к кислороду в двигателе внутреннего сгорания слишком высокое.
Химическое уравнение ниже показывает пример неполного сгорания октана C ₈ H _{18 (л)}, обнаруженного в бензине (бензине):
C ₈ H _{18 (л)} + 9O _{2 (г)} → 2C _(с) + 3CO _(г) + 3CO _{2 (г)} + 9H ₂ O _{( л)}
У ископаемого топлива есть еще один недостаток.Поскольку они представляют собой смеси, они могут содержать вещества, которые при сгорании могут образовывать вредные продукты. Одной из таких примесей, присутствующих в ископаемом топливе, является сера.
Когда сера (S _(s)) горит в избытке кислорода, образуется газообразный диоксид серы (SO _{2 (g)}):
S _(т) + O _{2 (г)} → SO _{2 (г)}
Газообразный диоксид серы (SO _{2 (г)}) реагирует с водой в атмосфере (H ₂ O _(г)) с образованием серной кислоты (H ₂ SO _{3 (водн.)}) и серной кислоты. кислота (H ₂ SO _{4 (водн.)})
Эти кислоты являются основным фактором повышенной кислотности дождевой воды, известной как кислотные дожди, которая оказывает пагубное воздействие на живые существа на суше и в воде.
Хотя ископаемое топливо сослужило нам хорошую службу, а биотопливо поможет обеспечить горючее топливо в будущем, существует общее мнение, что нам необходимо найти альтернативные источники энергии, которые не полагаются на сжигание углеродсодержащих соединений, если мы хотим поддерживать нашу уровень жизни при одновременном снижении ущерба, который мы наносим окружающей среде.
Одно из основных направлений внимания было уделено использованию водорода в качестве топлива.
Когда водород (H _{2 (г)}) сгорает в избытке кислорода (O _{2 (г)}), продукт представляет собой воду (H ₂ O _(г)):
H _{2 (г)} + ½O _{2 (г)} → H ₂ O _(г)
При атмосферном давлении и температуре ниже точки кипения воды (& приблизительно; 100 ° C) вода будет конденсироваться в жидкую воду (H ₂ O _(l)).Если мы сможем найти способ экономично производить газообразный водород из воды, тогда появится возможность повторно использовать эту воду для производства водорода, который затем можно будет использовать в качестве топлива. А водород является энергоемким топливом, 1 грамм водорода может производить 120 кДж энергии.
Это то, что имеется в виду, когда мы говорим о «водородной экономике».
Рабочий пример сравнения топлив
Вопрос: В таблице ниже приведены энтальпии сгорания различных веществ, которые могут использоваться в качестве топлива:
Название топлива Топливная формула ΔH
кДж моль ^-1
газ метан CH _{4 (г)} -888
газ бутан C ₄ H _{10 (г)} -2877
октановое число C ₈ H _{18 (л)} -5470
Вас попросили выбрать одно из этих видов топлива в качестве источника энергии для нового барбекю на открытом воздухе.
Полное сгорание топлива должно производить наибольшее количество энергии на моль производимого углекислого газа.
Какое топливо вы выберете?
Решение:
(на основе подхода StoPGoPS к решению проблем.)
Что вас просят сделать?
Выберите топливо, которое выделяет больше всего энергии на моль произведенного CO _{2 (г)}.
Какие данные (информацию) вы указали в вопросе?
Извлеките данные из вопроса: запишите реакцию полного сгорания для каждого топлива, используя данные в таблице
(а) CH _{4 (г)} + 2O _{2 (г)} → CO _{2 (г)} + 2H ₂ O _(г) ΔH = -888 кДж моль ^-1
(б ) C ₄ H _{10 (г)} + ¹³/₂ O _{2 (г)} → 4CO _{2 (г)} + 5H ₂ O _(г) ΔH = -2877 кДж моль ^-1
(в) C ₈ H _{18 (г)} + ²⁵/₂ O _{2 (г)} → 8CO _{2 (г)} + 9H ₂ O _(г) ΔH = -5470 кДж моль ^-1
Какая связь между тем, что вы знаете, и тем, что вам нужно выяснить?
Энергия, выделяемая при полном сгорании 1 моля каждого топлива, равна величине ΔH
Энергия, выделяемая на моль CO _{2 (г)} произведенного = ΔH ÷ моль CO _{2 (г)}
(a) Полное сгорание 1 моля CH _{4 (г)}: выделенная энергия = 888 кДж ÷ 1 моль CO ₂ = 888 кДж
(b) Полное сгорание 1 моля C ₄ H _{10 (г)}: выделенная энергия = 2877 кДж ÷ 4 моль CO ₂ = 719 кДж
(c) Полное сгорание 1 моля C ₈ H _{18 (г)}: выделенная энергия = 5470 кДж ÷ 8 моль CO ₂ = 684 кДж
Определите, какое топливо выделяет больше всего энергии на моль CO _{2 (г)} произведено
Сжигание 1 моля метана высвобождает больше энергии, 888 кДж, на моль произведенного CO _{2 (г)}.
Правдоподобен ли ваш ответ?
Перепишите каждое уравнение горения для 1 моля CO _{2 (г)}:
(а) CH _{4 (г)} + 2O _{2 (г)} → CO _{2 (г)} + 2H ₂ O _(г) ΔH = -888 кДж моль ^-1 (из CO _{2 (г)})
(б) ¹/₄ C ₄ H _{10 (г)} + ¹³/₈ O _{2 (г)} → CO _{2 (г)} + ⁵ / ₄ H ₂ O _(г) ΔH = -2877/4 = -719 кДж моль ^-1 (CO _{2 (г)})
(в) ¹/₈ C ₈ H _{18 (г)} + ²⁵/₁₆ O _{2 (г)} → CO _{2 (г)} + ⁹ / ₈ H ₂ O _(г) ΔH = -5470/8 = -684 кДж моль ^-1 (CO _{2 (г)})
Полное сгорание метана, CH _{4 (г)}, дает наибольшее количество энергии на моль произведенного CO _{2 (г)}.
Поскольку это тот же ответ, который мы получили выше, используя другой набор вычислений, мы достаточно уверены, что наш ответ правдоподобен.
Укажите свое решение проблемы «выберите топливо, которое производит наибольшее количество энергии на моль произведенного CO _{2 (г)}»:
Метан, CH _{4 (г)}, является лучшим топливом для максимального увеличения количества энергии и минимизации количества производимого диоксида углерода.
Сноски
1. Девятая Международная конференция мер и весов (1948 г.) рекомендовала использовать джоуль (вольт-кулон) в качестве единицы тепла.
Джоуль — это производная единица СИ для измерения энергии.
Базовая единица измерения энергии в системе СИ — кг.м ² с ^-2
1 Дж = 1 кг.м ² с ^-2
Джоуль назван в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля. .
Другие единицы измерения энергии:

калория, ккал (1 Дж = 0,239 ккал)

эрг (1 Дж = 10 ⁷ эрг)

Британские тепловые единицы, БТЕ (1 Дж = 9,48 x 10 ^-4 БТЕ)

электронвольт, эВ (1 Дж = 6,24 x 10 ¹⁸ эВ)

киловатт-час, кВтч (1 Дж = 2,78 x 10 ^-7 кВтч)
2.Есть много факторов, влияющих на безопасное хранение и транспортировку топлива. Их обсуждение можно найти в учебнике по определениям топлива.
Предупреждение!
Некоторое содержимое на этой странице не может быть отображено.
Пожалуйста, включите JavaScript и всплывающие окна для просмотра всего содержимого страницы.
© AUS-e-TUTE
www.ausetute.com.au
Устойчивая энергия — без горячего воздуха: Глава 3, страница 31
в Великобритании — это 24 кВтч / день на человека », — держу пари, что некоторые люди неправильно поймут
. и скажите: «Я водитель машины, так что, думаю, я использую 24 кВтч / день.”^E
29 … давайте использовать 33 мили на британский галлон. На европейском языке это 8,6 литра
на 100 км. 33 мили на галлон было средним показателем для британских автомобилей в 2005 году [27jdc5].
Бензиновые автомобили имеют средний расход топлива 31 миль на галлон; дизельные автомобили, 39 миль на галлон;
новые бензиновые автомобили (младше двух лет), 32 мили на галлон (Департамент транспорта, 2007).
Honda, «самая экономичная автомобильная компания в Америке», сообщает, что ее
парк новых автомобилей, проданных в 2005 году, имеет среднюю максимальную экономию топлива 35
миль на британский галлон [28abpm].
29 Предположим, плотность 0,8 кг на литр. Плотность бензина 0,737. Дизель —
0,820–0,950 [нмn4l].
— … фактическое значение 10 кВтч на литр. ORNL [2hcgdh] предоставляет следующие
теплотворная способность: дизельное топливо: 10,7 кВтч / л; реактивное топливо: 10,4 кВтч / л; бензин: 9,7 кВтч / л.
При поиске теплотворной способности вы найдете «высшая теплотворная способность» и
. Указана «низшая теплотворная способность» (также известная как «высокая теплотворная способность» и «низкая теплотворная способность»
ценить»).Для моторного топлива они различаются всего на 6%, поэтому различать
не обязательно. их здесь, но позвольте мне все равно объяснить. Высшая теплотворная способность —
. фактическая химическая энергия, выделяемая при сжигании топлива. Один из товаров
сгорания — вода, и в большинстве двигателей и электростанций часть
энергии идет на испарение этой воды. Низшая теплотворная способность составляет
. сколько энергии осталось, если принять эту энергию испарения
выброшены и потрачены впустую.
Когда мы спрашиваем: «Сколько энергии потребляет мой образ жизни?» брутто
теплотворная способность — это правильное количество. Низшая теплотворная способность на
с другой стороны, представляет интерес для инженера электростанции, которому нужно решить
какое топливо сжигать на его электростанции. На протяжении всей этой книги я пытался
используйте высшую теплотворную способность.
Последнее замечание для педантов, которые говорят, что «масло не углеводород»:
Хорошо, масло не является чистым углеводородом; но это хорошее приближение к
говорят, что основной компонент сливочного масла — это длинные углеводородные цепи, прямо как
бензин.Доказательство того, что это пудинг, это приближение в пределах 30%
правильного ответа. Добро пожаловать в партизанскую физику.
Плотность энергии — Energy Education
Плотность энергии топлива обсуждается на этой странице, для получения информации о плотности энергии таких устройств хранения, как батареи, щелкните здесь. Рисунок 1. Комикс XKCD, показывающий сравнительную плотность энергии урана. ^[1]
Плотность энергии — это количество энергии, которое может храниться в данной системе, веществе или области пространства.^[2] ^[3] Плотность энергии может быть измерена в энергии на единицу объема или на массу. Чем выше плотность энергии системы или материала, тем большее количество энергии они хранят. ^[4]
Материал может выделять энергию в четырех типах реакций. Эти реакции бывают ядерными, химическими, электрохимическими и электрическими. ^[5] При расчете количества энергии в системе чаще всего измеряется только полезной или извлекаемой энергии.В научных уравнениях плотность энергии часто обозначается U . ^[6]
Плотность энергии обычно выражается двумя способами, хотя первый более распространен:
Объемная плотность энергии — сколько энергии содержит система по сравнению с ее объемом; обычно выражается в ватт-часах на литр (Втч / л) или мегаджоулях на литр (МДж / л). ^[7]

Наличие высокой плотности энергии не дает информации о том, как быстро эта энергия может быть использована.Эти знания содержатся в плотности мощности вещества, которая описывает скорость , с которой может быть выведена его энергия. Обычно высокая плотность энергии сочетается с низкой удельной мощностью. Посетите страницу плотности энергии и плотности мощности для получения дополнительной информации и примеров.

Плотность энергии топлива

Энергия может храниться во многих различных материалах, от продуктов питания до дизельного топлива и урана. Эти материалы известны под общим названием топлива, и все эти виды топлива используются в качестве источников энергии для различных систем.Когда топливо поступает непосредственно из природы (например, сырая нефть), оно является основным топливом; когда топливо необходимо модифицировать, чтобы его можно было использовать (например, бензин), его называют вторичным топливом. В таблице ниже показана плотность энергии для различных видов топлива.

Для наглядного представления этих значений на Рисунке 1 и на графике справа показаны сравнения плотности энергии различных видов топлива.

Как далеко вы можете зайти?

Источники энергии не отдают свою энергию таким же образом, но если предположить, что они могли бы, как далеко каждый из них переместил бы транспортное средство? Чтобы выяснить это, уголь можно использовать в качестве базового, если количество энергии в определенной массе угля равно 10 метрам — длине школьного автобуса.Это делает доступную энергию в той же массе урана, равной расстоянию между Ванкувером, Британская Колумбия, и Саскатун, Саскачеван (рис. 2). Ниже приведен список других видов топлива по сравнению с углем, чтобы вычислить энергию на расстояние, чтобы сравнить другие виды топлива с углем.

Дерево — 7 метров, примерно ширина гаража на две машины
Уголь — 10 метров, примерно по длине школьного автобуса
Сырая нефть — 18 метров, примерно длина горбатого кита
²³⁵ Уран — 1 625 000 м (1 625 км), больше, чем расстояние от Ванкувера до Саскатуна

Рисунок 2.Расстояние от Ванкувера, Британская Колумбия, до Саскатуна, Южная Каролина, с использованием плотности энергии урана.

Начнем с другого набора цифр: один килограмм сырой нефти позволяет машине проехать ~ 20 км. Нефтепродукты, такие как бензин, используются, потому что они энергоемки. На килограмм ядерного топлива, например ²³⁵ урана, у автомобиля потребуется 1,77 миллиона км. Как далеко это? Это путешествие с Земли на Луну и обратно. Дважды. ^[10] Ядерное топливо невероятно энергоемко.

Дополнительная литература

Список литературы

↑ XKCD. Log Scale [Online], доступно: http://xkcd.com/1162/
↑ К. Диллон. (2009, октябрь). Как далеко пойдет энергия? — Сравнение плотности энергии [онлайн]. Доступно: http://www.cleanenergyinsight.org/interesting/how-far-will-your-energy-go-an-energy-de density-comparison/
↑ А. Гольник и Г. Элерт. (2003). Плотность энергии бензина [Онлайн]. Доступно: http: // гипертекст.com / fact / 2003 / ArthurGolnik.shtml.
↑ Uni. Южная Каролина. (2003, октябрь). Описание энергетики и мощности [Онлайн]. Доступно: http://www.che.sc.edu/centers/RCS/desc_e_and_p.htm
↑ Б. Э. Лейтон, «Сравнение плотностей энергии преобладающих источников энергии в единицах джоулей на кубический метр», Int. J. Green Energy , т. 5, вып. 6. С. 438-455, декабрь 2008 г.
↑ Э. В. Вайстейн. (2007). Плотность энергии — из «Мира физики» Эрика Вайсштейна [онлайн].Доступно: http://scienceworld.wolfram.com/physics/EnergyDensity.html
↑ ^7,0 ^7,1 К. Симпсон, «Характеристики аккумуляторных батарей», National Semiconductor . Texas Instruments Inc., Даллас, 2011 г.
↑ Я. Чисти, «Биодизель из микроводорослей», Biotechnol. Adv. , т. 25, нет. 3. С. 294–306, май-июнь. 2007 г.
↑ I. Hore-Lacy, «Future Energy Demand and Supply», в Ядерная энергия в 21 веке , 2-е изд., Лондон, Великобритания: WNUP, 2011, глава 1, раздел 6, стр.9
↑ Wolfram Alpha, запись: 1772727273 м

Авторы и редакторы

Итан Беклер, Джордан Ханания, Брейден Хеффернан, Джеймс Дженден, Райан Лисон, Тэмсин Ма, Джаспер Мартин, Кейлин Стенхаус, Луиза Варгас Суарес, Дайна Вибе, Джейсон Донев
Последнее обновление: 18 октября 2021 г.
Получить ссылку

BU-1007: Низшая теплотворная способность — Battery University

Сравнить энергию батареи с ископаемым топливом и другими ресурсами

С незапамятных времен древесина была легкодоступным топливом для человечества; однако в средневековый период король Генрих VIII (1491–1547) был обеспокоен тем, что Англия не может производить достаточно древесины для отопления, приготовления пищи и строительства домов, и призывал граждан к экономии.Добыча угля в 1700-х годах устранила этот очевидный дефицит, и обильный новый источник энергии стал ядром промышленной революции. Но сжигание большого количества угля вскоре начало затемнять небо над городами и вызвать проблемы со здоровьем.

В 1859 году исследователи обнаружили нефть сначала в Пенсильвании, а затем в Техасе. К 1900 году Ближний Восток стал ключевым поставщиком нефти, а после Первой мировой войны Мексика, Венесуэла и Иран начали перекачивать жидкую энергию. Масло было дешевым, его было много, его было легко транспортировать, безопасно использовать и относительно чисто для сжигания; Вскоре он стал предпочтительным энергетическим ресурсом.

Поскольку древесина превратилась в уголь, а из угля в нефть, ученые обратились к ядерной энергии, чтобы произвести то, что считалось неограниченным запасом энергии по низкой цене. Обычными видами ядерного топлива являются уран-235 и плутоний-239, из которых плутоний-239 настолько мощный, что 1 кг может произвести почти 10 миллионов кВтч электроэнергии. Писатель-ученый Дэвид Дитц (1897–1984) писал: «Вместо того, чтобы заправлять бензобак своего автомобиля два или три раза в неделю, вы будете путешествовать в течение года на грануле атомной энергии размером с витаминную таблетку.”

В 1950-х годах атомные станции начали вырабатывать электроэнергию, а атомные подводные лодки и авианосцы стали обычным явлением. Были написаны поправки, и Закон об атомной энергии предложил частному сектору использовать ядерную энергию. Это было встречено острой кривой обучения, которая привела к авариям и авариям. Самыми серьезными ядерными авариями были Три-Майл-Айленд в США, Чернобыль на Украине и Фукусима в Японии. Огромный ущерб привел к замедлению роста ядерной энергетики, и по сей день радиация и утилизация отработавшего топлива остаются проблемой.

Ученые указали на водород как на следующее энергетическое чудо, поскольку он имеет неограниченные запасы и является чистым. Автомобили, работающие на водородных топливных элементах, будут работать настолько чисто, что горячую воду из выхлопной трубы можно будет использовать для подачи чая. Но производство водорода дорогое, потому что для его создания требуется столько же энергии, сколько и доставляется. После долгих ожиданий водород превратился в несбыточную мечту.

Большая часть мировой энергии поступает за счет сжигания углеводородов в форме нефти, природного газа и угля, которые являются остатками живого вещества с прошлых геологических времен.Солнце, источник всей жизни, давало эти консервированные энергии, но они не возобновляемы. На рисунке 1 показано топливо, используемое для выработки электроэнергии. Уголь, наиболее распространенное топливо, производит наибольшее количество CO ₂; природный газ примерно вдвое меньше угольного эквивалента, а нефть находится где-то посередине.

Рисунок 1: Производство электроэнергии в мире за счет топлива (IEA 2014) ^[1]

Уголь дешев, но выделяет примерно вдвое больше CO ₂, чем природный газ.Выбросы нефти CO ₂ находятся между углем и природным газом.

В таблице 1 указаны низшая теплотворная способность (NCV) и эффективность различных источников энергии в Вт · ч на литр. Дизель и бензин затмевают водород и литий-ионную батарею с точки зрения NCV. Любой отход от простого процесса сжигания для получения энергии сопровождается более высокими затратами на электроэнергию, но выгода должна быть компенсирована выгодами от производства меньшего количества парниковых газов (CO ₂).

Таблица 1: Низшая теплотворная способность

Дизель и бензин превосходят водород и литий-ионные.Эффективность преобразования представляет собой тепловую мощность и не включает трение и сопротивление.

^* ^{CNG (сжатый природный газ) составляет 250 бар (3625 фунтов на квадратный дюйм)}
^** ^{Водород находится при 350 бар (5000 фунтов на квадратный дюйм)}

Таблица 2 дает сводную низшую теплотворную способность древних и современных видов топлива по массе (кг) и объему (литры). За исключением водорода по массе, углеводороды обладают наибольшей энергией по массе.

Этанол 180 Свинцово-кислотный аккумулятор

Топливо	Энергия по массе (Втч / кг)	Энергия по объему (Втч / л)
Водород (350 бар) *	39,300	750
Жидкий водород *	39,000	2,600
Пропан	13,900	6,600
Бутан	13,600	7,800
911,783 Дизельное топливо 00
Бензин	12,200	9,700
Природный газ (250 бар)	12,100	3,100
Жир	10,500	9,700 900	7,850	6,100
Черный уголь (твердый)	6,600	9,400
Метанол	6,400	4,600
Дерево (в среднем)	2300	540
Литий-кобальтовая батарея 150	330
Литий-марганцевый	120	280
Маховик	120	210
NiMH аккумулятор	90
40	64
Сжатый воздух	34	17
Суперконденсатор	5	73

Таблица 2: Плотность энергии ископаемых топливо и батареи
Ископаемое топливо несет примерно в 100 раз больше энергии на масса по сравнению с Li-ion.Составлено из разных источников. Значения приблизительные.

^{* Водород имеет самое высокое отношение энергии к массе (Втч / кг), но объемная энергия (Втч / л) показывает более верную картину с точки зрения хранения и доставки. Дизель имеет почти в 14 раз больше удельной энергии, чем чистый водород по объему (750 Втч / л при 350 бар или 5000 фунтов на квадратный дюйм)}

Нефть и природный газ можно добывать из земли дешево и с небольшой подготовкой. Для сравнения, водород требует энергии для производства, и его трудно хранить.Экономика является решающим фактором при выборе топлива для отопления и передвижения. Это отодвигает на второй план экологические проблемы. Ископаемое топливо является одним из самых дешевых, наиболее эффективных и легкодоступных видов топлива, но экологический ущерб при массовом потреблении начинает привлекать всеобщее внимание.

Ссылки

^[1] Предоставлено: Internal Energy Agency

Батареи в портативном мире

Материал по Battery University основан на незаменимом новом 4-м издании « Batteries in a Portable World — A Handbook on Battery for Non-Engineers », которое доступно для заказа через Amazon.com.

Как рассчитать теплотворную способность топлива? | Горение

В этой статье мы обсудим, как рассчитать теплотворную способность топлива.

Значение теплотворной способности:

Теплотворная способность топлива — это количество тепла, выделяемое при его полном сгорании. Для твердого и жидкого топлива теплотворная способность выражается в кДж / кг, тогда как для газообразного топлива она выражается в кДж / м ³, где m ³ — нормальный кубический метр, измеренный в условиях NTP i.е., при температуре 0 ° C и барометрическом давлении 760 мм рт. ст. (1,01325 бар). Иногда теплотворная способность газообразного топлива также может быть выражена в кДж на кубический метр в условиях STP. Условия STP (стандартные температура и давление) приняты равными 15 ° C и барометрическому давлению 760 мм рт. Ст. (1,01325 бар).

Топливо состоит из одного или нескольких горючих компонентов, таких как углерод, водород, монооксид углерода, углеводороды, сера и т. Д. Из вышеупомянутых горючих веществ сера не является желательным ингредиентом из-за коррозионных свойств SO ₂, образующегося при его сгорании.Вышеупомянутые горючие вещества выделяют тепло при сгорании, но для испарения воды, образующейся при сгорании водорода или углеводородов, а также для испарения влаги в топливе, его явной теплоты от температуры до температуры насыщения при давлении сгорания и его скрытой теплоты. и перегрев, если таковой имеется, должен быть обеспечен, чтобы довести его до температуры продуктов сгорания.

Это тепло, естественно, берется из теплоты сгорания топлива.Таким образом, общая теплота сгорания топлива не используется для выполнения внешней работы. Тепло, выделяемое при сгорании топлива без учета тепла, необходимого для испарения воды, называется высшей теплотворной способностью топлива (HCV).

Высшая теплотворная способность — это максимальная тепловая энергия, выделяемая при полном сгорании топлива. Это также называется высшей теплотворной способностью топлива. Если мы вычтем из более высокой теплотворной способности количество тепла, необходимое для испарения образовавшейся воды, мы получим более низкую теплотворную способность (LCV), или низшую теплотворную способность (LCV), или низшую теплотворную способность топлива.

В литературе по топливу нет определенного согласия относительно того, следует ли определять более низкую теплотворную способность простым вычитанием скрытой теплоты пара или скрытой теплоты и явной теплоты при охлаждении из 100 ° C из общей теплотворной способности. топлива; в последнем случае необходимо фиксировать температуру, до которой продукты окончательно доводятся. В литературе низшая теплотворная способность топлива получается вычитанием из более высокой теплотворной способности количества 2466 кДж / кг (скрытая теплота сухого и насыщенного пара в условиях STP (15 ° C)) (количество воды, образовавшейся в результате сгорания топлива). 1 кг топлива.)

Теплотворная способность твердого и жидкого топлива определена экспериментально с помощью калориметра бомбы.

Теоретическое определение теплотворной способности (указан весовой состав известен) :

Теплотворная способность топлива — это тепло, выделяемое при сгорании 1 кг топлива. Это значение можно рассчитать на основе анализа топлива, если известна теплотворная способность его составляющих. Предполагается, что любой кислород, содержащийся в топливе, уже соединен с водородом; поэтому тепло этого водорода не может быть использовано для дальнейшего сжигания.

Теплотворная способность отдельного горючего в топливе приведена ниже:

Углерод C горит до CO ₂ → 33915 кДж / кг

Углерод C горит до CO ₂ → 10200 кДж / кг

Водород H, дожигается до H ₂ O → 1444515 кДж / кг

Сера S горит до SO ₂ → 9630 кДж / кг

Goutel предложил следующую формулу для расчета более высокой теплотворной способности, когда известен процентный приблизительный анализ топлива.Формула: кал. значение = 343,3 x% связанного углерода + α x% летучих веществ кДж / кг.

Значение коэффициента зависит от процентного содержания летучих веществ в расчете на сухую беззольную основу. Величина α уменьшается с увеличением содержания летучих веществ, как видно из таблицы ниже —

Формула

Goutel не подходит для топлива с высоким содержанием кислорода.

Экспериментальное определение теплотворной способности топлива :

Устройство, которое используется для определения теплотворной способности топлива, известно как калориметр топлива.

Принцип работы всех калориметров заключается в передаче теплоты сгорания заданной массы топлива воде и емкости. По наблюдаемому повышению температуры воды и контейнера теплотворная способность топлива может быть определена путем приравнивания тепла, выделяемого топливом, к теплу, отбираемому водой и контейнером. Чтобы узнать тепло, забираемое контейнером, необходимо знать водный эквивалент контейнера.

В этом методе определения теплотворной способности топлива должны выполняться следующие условия:

(i) Сгорание топлива должно быть полным

(ii) Тепло должно полностью передаваться воде

(iii) Необходимо скорректировать потери охлаждения калориметром

(iv) Повышение температуры воды должно быть правильно определено, потому что масса топлива очень мала по сравнению с количеством нагретой воды.

Газовый калориметр для мальчиков:

Это стандартный прибор, используемый для измерения теплотворной способности газа. Он состоит из двух горелок, в которых сжигается известный объем газа.

Горячие газы, образующиеся при сгорании, проходят вверх по медной трубе. Он окружен двойной спиралью из металлических трубок, по которой циркулирует охлаждающая вода известного веса. После прохождения вверх горячий газ отклоняется вниз через пространство, в котором находится внутренний змеевик. К тому времени, когда газы достигают верха этого прохода, практически все их тепло поглощается циркулирующей водой.Затем газы уходят в атмосферу.

Охлаждающая вода поступает во внешний змеевик. Пройдя через оба змеевика, он уходит в резервуар для воды. Его температура измеряется на входе и выходе термометрами, на входе и выходе показанными термометрами. Они могут быть прочитаны с точностью до долей градуса при аренде для чтения. Для этой цели также можно использовать специальный термометр, дающий наименьшее значение счета 0,01.

Температура выхлопных газов измеряется другим термометром.Вода, образующаяся при сгорании водорода, конденсируется на змеевиках и собирается в основании прибора. Отсюда он сливается по трубе и собирается в мерный стакан.

Для увеличения охлаждающей поверхности змеевиков внешние стороны трубок имеют ребра или ребра, как показано на виде в поперечном сечении. Внешний цилиндр инструмента покрыт войлочной рубашкой для предотвращения утечки тепла. Для измерения объема потребляемого газа используется счетчик, показывающий 1/100 куб.метр за один оборот стрелки.

Испытание проводится после того, как газ горел в однородных условиях в течение 45 минут, скорость потока газа определяется путем измерения времени вращения стрелки газового счетчика с помощью секундомера. Во время испытания охлаждающая вода собирается в мерный сосуд.

Подача холодной воды к змеевикам должна быть не ниже 5 ° C, ниже комнатной температуры. Во время теста следует снимать показания барометра, температуру газа и комнатную температуру.Показания термометров следует снимать через регулярные промежутки времени во время проведения испытания и получения средних значений из этих показаний.

Пусть V = Объем газа, сожженного во время испытания, уменьшенный до NTP

м _w = Вес или масса охлаждающей воды, использованной во время испытания

т ₁ = Средняя температура воды на входе

т ₂ = Средняя температура воды на выходе

w = Вес или масса собранной конденсированной воды

ч _fg = Скрытая теплота пара при его парциальном давлении

= 2466 кДж / кг (предполагается)

Обычно массовый расход охлаждающей воды регулируется таким образом, чтобы температура выхлопных газов была такой же, как и в атмосфере.

Калориметр бомбы:

Одним из лучших приборов для измерения теплотворной способности порошкового и жидкого топлива является калориметр бомбы. Топливо сжигается в прочной стальной камере, известной как бомба, которая погружена в известную массу воды. Топливо помещается в тигель внутри бомбы, наполненный кислородом под давлением 25-30 атмосфер. Затем он воспламеняется от платиновой или магниевой проволоки. Определяется тепло, выделяемое при повышении температуры воды, окружающей бомбу, а затем теплотворная способность топлива.

Преимущества использования такой процедуры для определения теплотворной способности приведены ниже:

(a) Из-за высокого давления подаваемого кислорода образуется большой избыток кислорода, и поэтому сгорание завершается.

(b) Все выделяемое тепло будет отдано окружающей воде, поскольку сгорание происходит при постоянном объеме.

(d) Процедура испытания и используемая схема способствуют точному вычислению поправки на потерю температуры (поправки на охлаждение).

Калориметр состоит из емкости из нержавеющей стали, называемой бомбой, которая помещается в емкость калориметра. Бомба также сделана из монелевого металла. Калориметр помещен в сосуд с двойной рубашкой и хромированной рубашкой, содержащий воду. Калориметр закрыт сверху эбонитовой крышкой.

Это связано с уменьшением радиационных потерь в окружающую среду.Для перемешивания воды в сосуде предусмотрена мешалка с электрическим приводом. Ртутный стеклянный термометр с точностью не менее 0,01 ° C используется для измерения температуры воды, окружающей бомбу. Для этого используется термометр, называемый термометром Бекмана.

Обычно для хранения топлива используется кварцевый тигель. Для наполнения бомбы кислородом предусмотрены необходимые приспособления, такие как медная трубка, манометр, регулирующий клапан на кислородном баллоне.Для проверки требуется батарея на 4 или 12 вольт.

В тигле отвешивают около 1 г топлива. Затем в бомбу набирается 10 мл воды. Когда в качестве угля используется твердое топливо, оно измельчается до мелкого порошка, а затем в ручном прессе из этого порошка превращается в поддон, и во время подготовки поддона хлопковая нить будет заделана и соединена с двумя электродами. Тигель заключен в кольцо, соединенное с двумя электродами. Затем крышка или завинчивающаяся крышка затягиваются.

Затем бомба соединяется с кислородным баллоном через манометр и медную трубку.Бомба заполнена кислородом под давлением 25-30 бар. Затем берется отмеренное количество воды так, чтобы вода не попадала на электрические провода (обычно это количество может составлять 1500 куб. См или 2500 куб. См). Электродвигатели подключаются к основному источнику питания, а электроды подключаются к аккумуляторной батарее с помощью ответного ключа.

После того, как это сделано, установка готова для эксперимента или тестирования:

(1) Предварительный период:

Включите мешалку так, чтобы температура воды в калориметре была одинаковой и равномерной.Снимайте показания через каждую минуту, пока температура не станет однородной в течение 2–3 последовательных измерений. Обычно на это требуется 5 минут.

(2) Основной период:

Как только температура в калориметре становится равномерной, топливо воспламеняется нажатием на кран, так что ток течет через плавкий провод, и он начинает светиться. К проволоке прикрепляют хлопчатобумажную нить, чтобы поддон с топливом воспламенился, отдавая тепло. Продолжайте снимать показания температуры с интервалом в 1 минуту, пока не будет достигнута максимальная температура.

(3) После периода:

После достижения максимальной температуры температура начнет снижаться. Продолжайте снимать показания температуры с интервалом в одну минуту. Снимите 10-15 показаний, а затем остановите тест.

Выньте бомбу из калориметра и сбросьте давление, открыв клапан. Сняв крышку бомбы, измерьте количество воды в бомбе. Разница в этой воде будет составлять массу H ₂ O, образовавшуюся из-за сгорания водорода в топливе.Этот вес очень важен для измерения или определения более низкой теплотворной способности топлива. Зольность топлива определяется также после взвешивания тигля.

Стол для наблюдений:

1. Масса пустого тигля — Ш ₁ г

2. Масса тигля + топливо — Вт ₂ г

3. Масса забранного топлива — (W ₂ -W ₁) gm

4. Масса воды в бомбе — 10 г (обычно)

5.Вес воды после испытания — 10 + х

г.

6. Масса конденсированной влаги — x г.

7. Вес воды в калориметре — м _Вт г

8. Вес водного эквивалента калориметра — м _e г

9. Масса провода предохранителя — mf _w gm

10. Теплотворная способность плавкой вставки — (C.V.) FW

11. Масса тигля + зола

12. Вес ясеня — W ₄ = W ₃ — W ₁ г

13.Вес золы.

14. Наблюдаемое повышение температуры в основной период — Δt = (T _n — T ₀)

Расчет теплотворной способности топлива:

Общее выделенное тепло = Общее поглощенное тепло

Тепло, выделяемое топливом + Тепло, выделяемое плавкой проволокой + Тепло, выделяемое хлопковой нитью = Общее тепло, поглощаемое (Вода + Бомба + Калориметр)

Для жидкого топлива применяют ту же процедуру, за исключением изготовления поддона из угольного порошка.Один конец хлопчатобумажной нити будет подсоединен к проводу плавкого предохранителя, а другой конец погружен в жидкое топливо.

Сравнения

— Топливная ассоциация Nh4

Логический путь вперед

В качестве жизнеспособных альтернативных видов топлива предлагается множество вариантов. Некоторые из ведущих кандидатов включают биотопливо (например, этанол, бутанол, метанол, биодизельное топливо, возобновляемое дизельное топливо), природный газ, водород, пропан и диметиловый эфир (DME). Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки.

Оптимальный путь определения того, какое альтернативное топливо (или виды топлива) лучше всего удовлетворяет потребности США, должен начинаться с тщательного и логичного определения характеристик «идеального» топлива. Затем важнейшей задачей становится оценка каждого варианта альтернативного топлива относительно следующих критериев идеального топлива.

Характеристики идеального топлива включают:
• Производится из любого первичного источника энергии (например, ветра, солнца, биомассы, угля, атомной энергии, гидроэнергетики, океанического тепла и т. Д.))
• Рентабельность по сравнению с бензином, природным газом, батареями, биотопливом, водородом и т. Д.
• Значительные системы хранения и доставки уже созданы
• Экологичность (без углерода, низкий уровень выбросов)
• Практическое применение (например, дизельные двигатели, топливные элементы, двигатели SI, газовые турбины и т. д.)
• Проверенная, приемлемая история безопасности
• Устойчивый
• Произведено в США

Топливо Nh4: ближайшая альтернатива идеальному топливу
Тщательная оценка каждого потенциального альтернативного топлива по перечисленным критериям идеального топлива приводит к выбору Nh4 (безводный аммиак) в качестве ведущего кандидата на альтернативное топливо.Nh4 был назван «другим водородом» и демонстрирует все преимущества водорода. Важно отметить, что Nh4 обеспечивает проверенное, практичное, недорогое хранение и доставку водорода, что является основным препятствием для водородной экономики.

Информация об альтернативных видах топлива

Производительность и преимущества Nh4:
Гибкость производства Nh4 можно производить из любого первичного источника энергии (например, ветра, солнца, биомассы, угля, атомной энергии, гидроэнергетики, океанических термальных источников и т. Д.) Водород — единственное другое топливо, которое может заявить об этом.

Экономически эффективный Nh4 исторически имел конкурентоспособную цену с бензином и нефтью по энергосодержанию (т. Е. На основе $ / млн БТЕ). Nh4 в настоящее время добывается из природного газа и угля. Текущие (апрель 2010 г.) цены на уголь, природный газ и бензин в США составляют 1,20, 3,97 и 20,00 долларов за миллион БТЕ соответственно. Поскольку в настоящее время Nh4 производится из угля и природного газа, стоимость которых значительно ниже, чем у бензина, Nh4, как правило, будет конкурентоспособным по стоимости с бензином до тех пор, пока сохраняется историческая разница в относительной стоимости угля, природного газа и бензина.

Инфраструктура Значительные по всему миру системы хранения и доставки уже созданы для Nh4, используемого при внесении удобрений. Он входит в тройку лидеров по перевозке химикатов за год. Nh4 десятилетиями транспортировался на кораблях, баржах, железнодорожных вагонах, грузовиках и по трубопроводам. Большие (от 20 000 до 30 000 тонн) недорогие резервуары для хранения Nh4 в настоящее время установлены во многих районах США. Только в Айове существует более 800 пунктов розничной продажи Nh4.

Экологические характеристики Топливо Nh4 является экологически чистым, не выделяет углекислого газа и снижает общие выбросы.Единственный значительный загрязнитель, выбрасываемый водородом или Nh4, — это NOx. Выхлопные газы бензина и дизеля также содержат NOx, и для уменьшения этих выбросов обычно используется Nh4. С бортовой подачей топлива Nh4 будет еще проще и экономичнее использовать Nh4 для реакции с NOx над дешевым катализатором и получения экологически безопасных N2 и h3O.

Гибкость топлива Возможность использования в любом первичном двигателе (например, в дизельных двигателях, топливных элементах, двигателях SI, газовых турбинах и т. Д.)) — огромное преимущество, связанное с Nh4 Fuel.

Доступность В распределительных сетях США ежегодно находится от 15 до 20 миллионов тонн жидкого Nh4. До сих пор этот Nh4 в основном использовался в качестве удобрения и коммерческого хладагента. Многие штаты, такие как Айова, имеют разветвленную сеть «заправочных станций», в которой то же оборудование низкого давления может использоваться для подачи топлива Nh4 для сельскохозяйственной техники и, в конечном итоге, для дорожных транспортных средств. Такую сеть доставки топлива Nh4 было бы довольно просто реализовать по сравнению, скажем, с водородом.

Безопасность Nh4 имеет обширный подтвержденный опыт приемлемо безопасного использования. Кроме того, два очень достоверных исследования показали, что Nh4 будет безопаснее пропана и столь же безопасен, как бензин, при использовании в качестве транспортного топлива. Существует множество неправильных представлений о безопасности Nh4, и предоставление достоверных фактических данных по этой теме очень важно и является ключевой целью Топливной ассоциации Nh4.

Некоторые факты относительно безопасности Nh4:

Nh4 — слабое основание и легко нейтрализуется слабыми кислотами, такими как лимонная и уксусная кислоты
Nh4 гораздо лучший показатель безопасности (e.грамм. гибель людей) по сравнению с бензином, пропаном и природным газом
Без углерода, без образования парниковых газов (ПГ) при сгорании
NOx легко нейтрализуется (Nh4 используется в качестве активного химического реагента при восстановлении NOx и улавливании CO2 и SO2)
При попадании в аварию Nh4 очень трудно воспламеняется, он легче воздуха (рассеивается вверх) и его запах предупреждает
Nh4 не является парниковым газом (ПГ)
Не повредит озоновый слой

Sustainable Nh4 можно производить из ветра, солнца или любого другого возобновляемого топлива с использованием существующих методов производства, а новые технологии, которые в настоящее время разрабатываются, обещают значительно снизить устойчивые производственные затраты.

Расчет теплотворной способности бензина, содержащего этанол, по JSTOR

Абстрактный

РЕЗЮМЕ Этанол для использования в автомобильном топливе может производиться из возобновляемого сырья, что способствует увеличению его использования в последние годы. Есть много различий в физических и химических свойствах этанола и нефтехимических продуктов, очищенных из ископаемой нефти. Одно из отличий — его энергетическая ценность. Энергетическая ценность или теплотворная способность — важное свойство моторного топлива, поскольку оно напрямую влияет на экономию топлива автомобиля.Хотя содержание энергии можно измерить путем сжигания топлива в бомбе, испытание занимает много времени и является дорогостоящим. Обычно удовлетворительно и удобнее оценивать это свойство по другим обычно измеряемым свойствам топлива. В прошлом было разработано несколько стандартизированных эмпирических методов для оценки энергосодержания углеводородного топлива, такого как бензин, дизельное топливо и авиационное топливо. Однако добавление этанола к бензину стало очень распространенным явлением в некоторых странах, и большинство методов оценки, разработанных для углеводородного топлива, не подходят для использования со смесями бензин-этанол, особенно со смесями, содержащими более 10 об.% Этанола.В этом документе обобщены результаты испытаний на теплотворную способность недавно собранных в розничных магазинах образцов смесей бензин-этанол в США для смесей E10 и E85 и в Бразилии для смесей E20 и E100, а также лабораторных смесей с различными уровнями топливного этанола. Значения нагрева, полученные с помощью различных стандартизированных методов испытаний, сравниваются и обсуждаются. Предложены новые эмпирические уравнения для бензиновых топливных смесей, содержащих этанол.

Информация о журнале

Международный журнал топлива и смазочных материалов SAE — ведущий международный научный журнал, в котором публикуются отчеты об исследованиях, посвященных топливам и смазочным материалам в автомобильной промышленности.Журнал призван стать основным источником информации для всесторонних и инновационных исследований в области топлива, смазочных материалов, добавок и катализаторов, предоставляя рецензируемую платформу для академиков, ученых и промышленных исследователей для презентации своей работы.

Информация об издателе

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности.Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

Вид топлива	Ед. изм.	Удельная теплота сгорания			Эквивалент
Вид топлива	Ед. изм.	кКал	кВт	МДж	Природный газ, м3	Диз. топливо, л	Мазут, л
Электроэнергия	1 кВт/ч	864	1,0	3,62	0,108	0,084	0,089
Дизельное топливо (солярка)	1 л	10300	11,9	43,12	1,288	—	1,062
Мазут	1 л	9700	11,2	40,61	1,213	0,942	—
Керосин	1 л	10400	12,0	43,50	1,300	1,010	1,072
Нефть	1 л	10500	12,2	44,00	1,313	1,019	1,082
Бензин	1 л	10500	12,2	44,00	1,313	1,019	1,082
Газ природный	1 м3	8000	9,3	33,50	—	0,777	0,825
Газ сжиженный	1 кг	10800	12,5	45,20	1,350	1,049	1,113
Метан	1 м3	11950	13,8	50,03	1,494	1,160	1,232
Пропан	1 м3	10885	12,6	45,57	1,361	1,057	1,222
Этилен	1 м3	11470	13,3	48,02	1,434	1,114	1,182
Водород	1 м3	28700	33,2	120,00	3,588	2,786	2,959
Уголь каменный (W=10%)	1 кг	6450	7,5	27,00	0,806	0,626	0,665
Уголь бурый (W=30…40%)	1 кг	3100	3,6	12,98	0,388	0,301	0,320
Уголь-антрацит	1 кг	6700	7,8	28,05	0,838	0,650	0,691
Уголь древесный	1 кг	6510	7,5	27,26	0,814	0,632	0,671
Торф (W=40%)	1 кг	2900	3,6	12,10	0,363	0,282	0,299
Торф брикеты (W=15%)	1 кг	4200	4,9	17,58	0,525	0,408	0,433
Торф крошка	1 кг	2590	3,0	10,84	0,324	0,251	0,267
Пеллета древесная	1 кг	4100	4,7	17,17	0,513	0,398	0,423
Пеллета из соломы	1 кг	3465	4,0	14,51	0,433	0,336	0,357
Пеллета из лузги подсолнуха	1 кг	4320	5,0	18,09	0,540	0,419	0,445
Свежесрубленная древесина (W=50…60%)	1 кг	1940	2,2	8,12	0,243	0,188	0,200
Высушенная древесина (W=20%)	1 кг	3400	3,9	14,24	0,425	0,330	0,351
Щепа	1 кг	2610	3,0	10,93	0,326	0,253	0,269
Опилки	1 кг	2000	2,3	8,37	0,250	0,194	0,206
Бумага	1 кг	3970	4,6	16,62	0,496	0,385	0,409
Лузга подсолнуха, сои	1 кг	4060	4,7	17,00	0,508	0,394	0,419
Лузга рисовая	1 кг	3180	3,7	13,31	0,398	0,309	0,328
Костра льняная	1 кг	3805	4,4	15,93	0,477	0,369	0,392
Кукуруза-початок (W>10%)	1 кг	3500	4,0	14,65	0,438	0,340	0,361
Солома	1 кг	3750	4,3	15,70	0,469	0,364	0,387
Хлопчатник-стебли	1 кг	3470	4,0	14,53	0,434	0,337	0,358
Виноградная лоза (W=20%)	1 кг	3345	3,9	14,00	0,418	0,325	0,345

Дрова (естественная сушка)	Теплотворная способность, *кВтч/кг**	Теплотворная способность, мега Джоуль/кг	Теплотворная способность, *Мвтч/складометр**	Объемная плотность, кг/дм³	Плотность, кг/складометр
Грабовые дрова	4,2	15	2,1	0,72	495
Буковые дрова	4,2	15	2,0	0,69	480
Ясеневые дрова	4,2	15	2,0	0,69	480
Дубовые дрова	4,2	15	2,0	0,67	470
Березовые дрова	4,2	15	1,9	0,65	450
Дрова из лиственницы	4,3	15,5	1,8	0,59	420
Сосновые дрова	4,3	15,5	1,6	0,52	360
Еловые дрова	4,3	15,5	1,4	0,47	330

Вид топлива	Теплота сгорания МДж/кг	% серы	% золы	Углекислый газ кг/ГДж
Каменный уголь	15 — 25	1-3	10 — 35	60
Двигательное топливо	42,5	0,2	1	78
Мазут	42	1,2	1,5	78
Дрова	14	0	1	0
Щепа древесная	11	0	2	0
Гранулы древесные	17	0,1	1	0
Гранулы торфяные	10	0	20	70
Гранулы из соломы	15	0,2	4	0
Природный газ	35 — 38 МДж/м3	0	0	57

Вещество
Вещество

Оксид углерода





изо-Бутан





н-Додекан
н-Гексадекан

Ацетилен
Циклопентан
Циклогексан


Этилбензол


Бериллии


Алюминий





Цирконий
Гидрид бериллия

Пснтаборан
Метаадиборан
Этилдиборан


			оксифторид


Бериллий



Кислород



Алюминий




Цирконий

Горючий материал		Горючий материал	Теплота сгорания, МДж× кг -1
Бумага разрыхленная	13,4	Фенопласты	11,3
Волокно штапельное	13,8	Хлопок разрыхленный	15,7
Древесина в изделиях	16,6	Амиловый спирт	39,0
Карболитовые изделия	24,9	Ацетон	20,0
Каучук синтетический	40,2	Бензол	40,9
Органическое стекло	25,1	Бензин	41,9
Полистирол	39,0	Бутиловый спирт	36,2
Полипропилен	45,6	Дизельное топливо	43,0
Полиэтилен	47,1	Керосин	43,5
Резинотехнические изделия	33,5	Мазут	39,8
Нефть	41,9	Этиловый спирт	27,2

выделенная энергия ( ~~кДж~~ ) теплосодержание ( ~~кДж~~ г ^-1)	=	~~теплосодержание (кДж · г ^-1)~~ × масса топлива (г) ~~теплосодержание (кДж · г ^-1)~~
выделенная энергия теплосодержание	=	Масса топлива (г)

Таблица теплотворности | Котельный завод Автоматик-Лес

Теплотворная способность различных видов топлива. Сравнительный анализ

Параметры жидких веществ

Свойства газообразного топлива

Сравнительная таблица показателей

Выводы и полезное видео по теме

Ход урока

1. Оргмомент.

2. Мотивация к учебной деятельности.

3. Новый материал.

Физкультминутка

4. Закрепление.

5. Рефлексия. Итог урока.

6. Д.з

Теплотворная способность топлива в таблицах: дрова, уголь, пеллеты

Дрова

Уголь

Пеллеты

Брикеты

Жидкое и газообразное топливо

Теплотворная способность некоторых видов топлива

Виды топлива для твердотопливных котлов

Основные виды топлива для твердотопливных котлов:

Дрова

Особенности горения дров разных пород древесины:

Ниже приведена таблица со средними значениями теплотворной способности на один складометр дров.

Пеллеты

В зависимости от типов сырья используемого при производстве пеллет, они подразделяются на следующие виды:

Сравнительные характеристики видов топлива

В частности, можно выделить следующие преимущества этого вида биотоплива:

Топливные брикеты

К основным преимуществам топливных брикетов можно отнести:

Уголь

Удельная теплота сгорания

Виды и сорта угля

По классу крупности (размеру кусков, фракции) сортовой каменный уголь подразделяется на:

Как горит уголь

Уголь марок Б, Д, Г

Уголь марок СС, Т, А

Топливо : Котел-на-дровах

Низшая теплота сгорания дсп. Теплотворная способность горючих материалов

Методы определения категорий помещений В1 – В4

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

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

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Учебное пособие по сравнению топлива и химии

Ключевые концепции

Энергетическая ценность топлива

Пригодность топлива по назначению

Природа продуктов сгорания топлива

Рабочий пример сравнения топлив

Устойчивая энергия — без горячего воздуха: Глава 3, страница 31

Плотность энергии — Energy Education

Плотность энергии топлива

Как далеко вы можете зайти?

Дополнительная литература

Список литературы

Авторы и редакторы

BU-1007: Низшая теплотворная способность — Battery University

Как рассчитать теплотворную способность топлива? | Горение

Значение теплотворной способности:

Газовый калориметр для мальчиков:

Калориметр бомбы:

— Топливная ассоциация Nh4

Логический путь вперед

Расчет теплотворной способности бензина, содержащего этанол, по JSTOR

Добавить комментарий Отменить ответ