Удельная теплота сгорания – формула, единицы измерения, обозначение


Что такое топливо?

Это один компонент либо смесь веществ, которые способны к химическим превращениям, связанным с выделением тепла. Разные виды топлива отличаются количественным содержанием в них окислителя, который применяется для выделения тепловой энергии.

В широком смысле топливо является энергоносителем, то есть, потенциальным видов потенциальной энергии.

высшая и низшая теплота сгорания

Классификация

В настоящее время виды топлива подразделяют по агрегатному состоянию на жидкое, твердое, газообразное.

К твердому природному виду причисляют каменный и бурый уголь, дрова, антрацит. Брикеты, кокс, древесный уголь, термоантрацит это разновидности искусственного твердого топлива.

К жидкостям причисляются вещества, имеющие в составе вещества органического происхождения. Основными их компонентами являются: кислород, углерод, азот, водород, сера. Искусственным жидким топливом будут разнообразные смолы, мазут.

Газообразное топливо является смесью разнообразных газов: этилена, метана, пропана, бутана. Помимо них в составе газообразного топлива есть углекислый и угарный газы, сероводород, азот, водяной пар, кислород.

виды топлива


Показатели топлива

Основной показатель это теплота сгорания. Формула для определения теплотворной способности рассматривается в термохимии. выделяют «условного топлива», которое подразумевает теплоту сгорания 1 килограмма антрацита.

Бытовое печное топливо предназначается для сжигания в отопительных устройствах незначительной мощности, которые находятся в жилых помещениях, теплогенераторах, применяемых в сельском хозяйстве для сушки кормов, консервирования.

Удельная теплота сгорания топлива — это такая величина, что демонстрирует количество теплоты, которое образуется при полном сгорании топлива объемом 1 м3 либо массой один килограмм.

Для измерения этой величины используют Дж/кг, Дж/м3, калория/м3. Чтобы определить теплоту сгорания, используют метода калориметрии.

При увеличении удельной теплоты сгорания топлива, снижается удельный расход топлива, а коэффициент полезного действия остается неизменной величиной.

Теплота сгорания веществ является количеством энергии, выделяющейся при окислении твердого, жидкого, газообразного вещества.

Она определяется химическим составом, а также агрегатным состоянием сгораемого вещества.

теплота сгорания топлива

Особенности продуктов сгорания


Высшая и низшая теплота сгорания связана с агрегатным состоянием воды в получаемых после сгорания топлива веществах.

Высшая теплота сгорания это количество теплоты, выделяемое при полном сгорании вещества. В эту величину включают и теплоту конденсации водяного пара.

Низшая рабочая теплота сгорания является той величиной, что соответствует выделению тепла при сгорании без учета теплоты конденсации водяных паров.

Скрытой теплотой конденсации считают величину энергии конденсации водяного пара.

теплота сгорания газа

Математическая взаимосвязь

Высшая и низшая теплота сгорания связаны следующим соотношением:

QB = QH + k(W + 9H)

где W – количество по массе (в %) воды в горючем веществе;

H-количество водорода (% по массе) в горючем веществе;

k – коэффициент, составляющий величину 6 ккал/кг

количество теплоты при сгорании

Способы проведения вычислений


Высшая и низшая теплота сгорания определяется двумя основными методами: расчетным и экспериментальным.

Для проведения экспериментальных вычислений применяют калориметры. Сначала сжигают в нем навеску топлива. Теплота, которая будет при этом выделяться, полностью поглощается водой. Имея представление о массе воды, можно определить по изменению ее температуры, величину ее теплоты сгорания.

Данная методика считается простой и эффективной, она предполагает только владение информацией о данных технического анализа.

В расчетной методике высшая и низшая теплота сгорания вычисляется по формуле Менделеева.

QpH= 339Cp +1030Hp-109(Op-Sp) – 25 Wp (кДж/ кг)

Оно учитывает содержание углерода, кислорода, водорода, водяного пара, серы в рабочем составе (в процентах). Количество теплоты при сгорании определяется с учетом условного топлива.

Теплота сгорания газа позволяет проводить предварительные расчеты, выявлять эффективность применения определенного вида топлива.

сколько теплоты выделяется при сгорании

Состав

Самыми ценными компонентами считаются углерод и водород.


Эти элементы содержатся в любом виде топлива. В торфе и древесине процентное содержание углерода достигает 58 процентов, в каменном и буром угле – 80%, а в антраците оно достигает 95 процентов по массе. В зависимости от этого показателя меняется количество теплоты, выделяемой при сгорании топлива. Водород это второй по важности элемент любого топлива. Связываясь с кислородом, он образует влагу, которая существенно снижает тепловую ценность любого топлива.

Его процентное содержание колеблется от 3,8 в горючих сланцах до 11 в мазуте. В качестве балласта выступает кислород, входящий в состав топлива.

Он не является теплообразующим химическим элементом, поэтому негативно отражается на величине теплоты его сгорания. Сгорание азота, содержащегося в свободном либо связанном виде в продуктах сгорания, считается вредными примесями, поэтому его количество четко лимитируется.

Сера входит в состав топлива в виде сульфатов, сульфидов, а также в качестве сернистых газов. При гидратации оксиды серы образуют серную кислоту, которая разрушает котельное оборудование, негативно воздействует на растительность и живые организмы.

Именно поэтому сера является тем химическим элементом, присутствие которого в природном топливе является крайне нежелательным. При попадании внутрь рабочего помещения, сернистые соединения вызывают существенные отравления обслуживающего персонала.

Выделяют три вида золы в зависимости от ее происхождения:

  • первичную;
  • вторичную;
  • третичную.

Первичный вид формируется из минеральных веществ, которые содержатся в растениях. Вторичная зола образуется как результат попадания во время пластообразования растительных остатков песком и землей.

Третичная зола оказывается в составе топлива в процессе добычи, хранения, а также его транспортировки. При существенном отложении золы происходит уменьшение теплопередачи на поверхности нагрева котельного агрегата, снижает величину теплопередачи к воде от газов. Огромное количество золы негативно отражается на процессе эксплуатации котла.

В заключение

Существенное влияние на процесс горения любого вида топлива оказывают летучие вещества. Чем больше их выход, тем объемнее будет объем фронта пламени. Например, каменный уголь, торф, легко загораются, процесс сопровождается незначительными потерями тепла. Кокс, который остается после удаления летучих примесей, в своем составе имеет только минеральные и углеродные соединения. В зависимости от особенностей топлива, величина количества теплоты существенно изменяется.

В зависимости от химического состава выделяют три стадии формирования твердого топлива: торфяную, буроугольную, каменноугольную.

Натуральную древесину применяют в небольших котельных установках. В основном используют щепу, опилки, горбыли, кору, сами дрова применяют в незначительных количествах. В зависимости от породы древесины величина выделяемой теплоты существенно изменяется.


По мере снижения теплоты сгорания, дрова приобретают определенные преимущества: быструю воспламеняемость, минимальную зольность, отсутствие следов серы.

Обратите внимание!

Достоверная информация о составе природного либо синтетического топлива, его теплотворной способности, является отличным способом проведения термохимических вычислений.

В настоящее время появляется реальная возможность выявления тех основных вариантов твердого, газообразного, жидкого топлива, которые станут самыми эффективными и недорогими в использовании в определенной ситуации.

Уголь состоит из двух горючих компонентов:

1) летучие вещества;

2) 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, т.е. вида угля (бурый, каменный, антрацит).

Чем выше степень углефикации, 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.


 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 не рекомендуется использовать в автоматических угольных котельных , так как при его сжигании не удается достичь номинальной мощности котла.   Самыми распространенными считаются угли марок «ДР»,«ДПК» или «ДПКО», «ТПК» или «ТПКО», «ССПК» или «ССПКО». Данные марки каменного угля относятся к категориям длиннопламенных, тощих и слабоспекающихся углей. Этот уголь подходит для большинства котлов и печей, работающих на твердом топливе.

Откуда берется тепло в процессе горения?


Сам по себе процесс сгорания топлива — это химическая, окислительная реакция. Большинство видов топлива содержит большое количество углерода С, водорода H, серы S и других веществ. Во время горения атомы C, H, и S соединяется с атомами кислорода О2, в результате чего получается молекулы СО, СО2, Н2О, SO2. При этом происходит выделение большого количества тепловой энергии, которую люди научились использовать в своих целях.

Удельная теплота сгорания – формула, единицы измерения, обозначение

Рис. 1. Виды топлива: уголь, торф, нефть, газ.

Основной вклад в выделение тепла дает углерод C. Второй по количеству тепла вклад вносит водород H.

Удельная теплота сгорания – формула, единицы измерения, обозначение

Рис. 2. Атомы углерода вступают в реакцию с атомами кислорода.

Что такое удельная теплота сгорания?

Удельная теплота сгорания q — это физическая величина равная количеству тепла, выделяющегося при полном сгорания 1 кг топлива.


Формула удельной теплоты сгорания выглядит так:

$$q={Q over m}$$

где:

Q — количество тепла, выделившееся в процессе горения топлива, Дж;

m — масса топлива, кг.

Единицей измерения q в интернациональной системе единиц СИ является Дж/кг.

$$[q]={Дж over кг}$$

Для обозначения больших величин q часто используются внесистемные единицы энергии: килоджоули (кДж), мегаджоули (МДж) и гигаджоули (ГДж).

Значения q для разных веществ определяют экспериментально.

Зная q, можно вычислить количество тепла Q, которое получится в результате сжигания топлива массой m:

$$Q={q * m}$$

Где можно найти значения q

Информацию о величинах удельной теплоты сгорания для конкретных видов топлива можно найти в технических справочниках или в их электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде такой таблицы:

Удельная теплота сгорания, q

Вещество МДж/кг Вещество МДж/кг
Торф 8,1 Дизельное топливо 42,7
Дрова 10,2 Керосин 44,0
Уголь бурый 15,0 Бензин 48,0
Уголь каменный 29,3 Пропан 47,5
Нефть 41,3 Метан 50,11

Ресурсы разведанных, современных видов топлива ограничены. Поэтому в будущем на смену им придут другие источники энергии:

  • атомные, использующие энергию ядерных реакций;
  • солнечные, преобразовывающие энергию солнечных лучей в тепло и электричество;
  • ветряные;
  • геотермальные, использующие тепло природных горячих источников.

Чем больше промёрзнет грунт, тем все медленней испаряется бутан

Чем больше промёрзнет грунт, тем все медленней испаряется бутан (а при 0 гр. Цельсия уже практически не испаряется), скорость же испарения второго основного компонента – пропана – тоже уменьшится, но в гораздо меньшей степени. Поэтому при расходе газа (работе котла зимой) – постепенно соотношение этих газов изменится в сторону увеличения процентного содержания бутана, а следовательно: давление в газгольдере начнет заметно падать.  Котёл сразу не остановиться – будет серия остановок с автоматическим последующим включением котла по мере роста давления в резервуаре (во время остановки котла).

При этих признаках, сразу заказывайте свежий газ марки СПБТ с по-прежнему высоким содержание пропана. Это поможет с выгодой продержаться, пока земля глубоко промерзла, а далее и бутан сгорит. Т.е. к февралю и позднее, до апреля – заправлять газгольдер надо заранее – не при показаниях указателя топлива в 15-25% (как весной-летом-осенью и в начале зимы), а с января надо заказывать свежий газ – уже при остатке топлива не менее чем в 25-30% .

Спросите: почему в смеси по ГОСТу всё же присутствует бутан?

Да потому, что это выгодно вам самим, т.к. бутан стоит значительно дешевле пропана, а значит и смесь СПБТ значительно дешевле; к тому же при сгорании одинакового с пропаном количества, бутан еще и выделяет на треть больше тепла.

Аналогичная ситуация с процентным выгоранием пропана наблюдается и при подключении к газгольдеру газовых котлов близких к пределу нашей гарантии по кВт., и тем более при большей мощности, чем мы вам гарантировали. А если эти 2 фактора (промерзание грунта и завышенная мощность котла) накладываются, то уже при остатке топлива топлива в 45-55%: котёл у таких “неразумно жадных” хозяев – начнет периодически уходить в отключение из-за малого давления газа.

Вывод: Заправляйтесь заранее. Не подключайте к газопроводам системы автономной газификации котлов большей мощности, чем указано в договоре, чтобы вам не говорили и не обещали. После промерзания грунта с января начинайте заказывать свежий газ уже при остатке не менее 25-30%, и все будет хорошо.

Пропан, бутан и их смеси – самые экологически чистые виды топлива.

СУГ – смесь газов с характерным, неприятным запахом. СУГ – не ядовитый, но не приемлем для дыхания, СУГ – тяжелее воздуха.

Технологические параметры сжиженного газа:

Пропан

Бутан

Химическое название

C3H8

C4H10

Плотность жидкой фазы при 20°C, кглитр

0,498

0,578

Плотность газа при 15°C  кгм3

2,019

2,590

Специфический объём газа (воздух = 1)

1,562

2,091

Момент кипения,  °C

– 42,1

– 0,5

Oбъём газа, который испарится из 1 кг жидкой фазы, м3:

при температуре 0°C и при давлении 101,325 кРа
при температуре 20°C и при давлении 101,325 кРа

0,496
0,553

0,368
0,395

Теплотворная способность/ жидкая фаза, МДжкг
Теплотворная способность/ газ, МДжм3

46,34
97,19

47,20
118,23

Октановое число

112

93

Расчётная таблица артикул: 06 950 01

Сжиженный кг.
Сжиженный литр.
Газообразный м.3

Теплотворная способность сжиженного газа (СПБТ): Hu =12,87 кВт час/кг.
Теплота сгорания сжиженного газа (СПБТ): Ho =13,98 кВт час/кг.


Использованные источники

  1. fb.ru/article/347122/vyisshaya-i-nizshaya-teplota-sgoraniya-vidyi-topliva
  2. tpr2000.ru/properties/
  3. sprint-olympic.ru/uroki/fizika/18366-ydelnaia-teplota-sgoraniia-formyla-edinicy-izmereniia-oboznachenie.html
  4. gasoil-center.ru/fizicheskie-i-tekhnologicheskie-svojstva-szhizhennogo-gaza/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.