Теплотворність різних видів палива: порівняльний огляд палива з теплотою згоряння

Коли певна кількість палива згоряє, виділяється вимірюваний об’єм/маса теплоти. Відповідно до Міжнародної системи одиниць величина виражається в Джоулях на кг або м3. Але параметри можуть бути розраховані і в кКал або кВт. Якщо значення співвідноситься з одиницею виміру палива, воно називається питомим.

Чому теплотворність різних видів палива вважається однією з найбільш важливих характеристик? Чим більше цифра, тим менше витрата. Ці показники допомагають при облаштуванні багатьох систем: опалення, кондиціонування, гарячого водопостачання, каналізації, освітлення.

Зміст статті:

  • Загальна інформація про теплотворності
  • Теплотворність твердих матеріалів
    • Особливості різних порід дерева
    • Вплив віку на властивості вугілля
    • Характеристики пелет і брикетів
  • Параметри рідких речовин
  • Властивості газоподібного палива
  • Порівняльна таблиця показників
  • Висновки і корисне відео по темі

Загальна інформація про теплотворності

Виділення енергії при горінні має характеризуватися двома параметрами: високим ККД і відсутністю вироблення шкідливих речовин.

Штучне паливо отримується в процесі переробки природного. Незалежно від агрегатного стану речовини в своєму хімічному складі мають горючу і негорючу частина. Перша — це вуглець і водень. Друга складається з води, мінеральних солей, азоту, кисню, металів.

Теплотворність різних видів палива: порівняльний огляд палива з теплотою згорянняЗа агрегатним станом паливо ділиться на рідке, тверде й газ. Кожна група додатково розгалужується на природну і штучну підгрупу

При згорянні 1 кг такої суміші» виділяється різна кількість енергії. Скільки саме цієї енергії виділиться, залежить від пропорцій зазначених елементів — горючої частини, вологості, зольності і інших компонентів.

Теплота згоряння палива (ТСТ) формується з двох рівнів — вищого і нижчого. Перший показник виходить внаслідок конденсації води, у другому цей фактор не враховується.

Нижча ТСТ потрібна для розрахунків потреби в пальному та його вартості, з допомогою таких показників складаються теплові баланси і визначається ККД працюють на паливі установок.

Обчислити ТСТ можна аналітично або експериментально. Якщо хімічний склад пального відомий, застосовується формула Менделєєва. Експериментальні методики засновані на фактичному вимірі теплоти при згорянні палива.

У цих випадках застосовують спеціальну бомбу для спалювання — калориметрическую разом з калориметром і термостатом.

Особливості розрахунків індивідуальні для кожного виду палива. Приклад: ТСТ у двигунах внутрішнього згоряння розраховується від нижчого значення, тому що в циліндрах рідина не конденсується.

Теплотворність різних видів палива: порівняльний огляд палива з теплотою згорянняТСТ встановлюється з допомогою калориметричної бомби. Стиснений кисень насичують водяною парою. В таке середовище поміщають наважку палива і визначають результати

Кожен тип речовин має свою ТСТ з-за особливостей хімічного складу. Значення істотно різняться, діапазон коливань — 1 000-10 000 кКал/кг.

Порівнюючи різні види матеріалів, використовується поняття умовного палива, воно характеризується нижчою ТСТ в 29 МДж/кг

Теплотворність твердих матеріалів

До цієї категорії належить деревина, торф, кокс, горючі сланці, брикетне і пылевидное паливо. Основна складова частина твердого палива — вуглець.

Особливості різних порід дерева

Максимальна ефективність від використання дров досягається за умови дотримання двох умов — сухості деревини і повільному процесі горіння.

Теплотворність різних видів палива: порівняльний огляд палива з теплотою згорянняШматки дерева розпилюють або рубають на відрізки довжиною до 25-30 см, щоб дрова зручно завантажувалися в топку

Ідеальними для опалення вважаються дубові, березові, ясеневі бруски. Хорошими показниками характеризується глід, ліщина. А ось у хвойних порід теплотворність низька, але висока швидкість горіння.

Як горять різні породи:

  • Бук, березу, ясень, ліщину складно розтопити, але вони здатні горіти сирими з-за низького вмісту вологості.
  • Вільха з осикою не утворюють сажі та «вміють» видаляти її з димоходу.
  • Береза вимагає достатньої кількості повітря в топці, інакше буде диміти і осідати смолою на стінках труби.
  • Сосна містить більше смоли, ніж ялина, тому іскрить і горить жарко.
  • Груша і яблуня легше інших розколюється і відмінно горить.
  • Кедр поступово перетворюється в тліючого вугілля.
  • Вишня і в’яз димить, а платан важко розколоти.
  • Липа з тополею швидко прогорають.
  • Показники ТСТ різних порід сильно залежать від щільності конкретних порід. 1 кубометр дров еквівалентний приблизно 200 літрів рідкого палива і 200 м3 природного газу. Деревина і дрова відносяться до категорії з низькою енергоефективністю.

    Вплив віку на властивості вугілля

    Вугілля є природним матеріалом рослинного походження. Видобувається він з осадових порід. В цьому паливі міститься вуглець та інші хімічні елементи.

    Крім типу на теплоту згоряння вугілля впливає і вік матеріалу. Бурий відноситься до молодої категорії, за ним слід кам’яний, а найстаршим вважається антрацит.

    Теплотворність різних видів палива: порівняльний огляд палива з теплотою згорянняЗа віком пального визначається і вологість: чим молодше вугілля, тим більше в ньому вміст вологи. Яка також впливає на властивості цього типу палива

    Процес горіння вугілля супроводжується виділенням речовин, забруднюючих навколишнє середовище, колосники котла при цьому покриваються шлаком. Ще один несприятливий фактор для атмосфери — наявність сірки в складі палива. Цей елемент при зіткненні з повітрям трансформується в сірчану кислоту.

    Виробникам вдається максимально знизити вміст сірки у вугіллі. В результаті ТСТ відрізняється навіть в межах одного виду. Впливає на показники і географія видобутку. Як тверде паливо може використовуватися не тільки чисте вугілля, але і в брикетах шлак.

    Найбільша паливна здатність спостерігається у коксівного вугілля. Хорошими характеристиками володіє і кам’яний, деревний, буре вугілля, антрацит.

    Характеристики пелет і брикетів

    Це тверде паливо виготовляється промисловим способом з різного деревного і рослинного сміття.

    Подрібнена стружка, кора, картон, солома пересушується і за допомогою спеціального обладнання перетворюється в гранули. Щоб маса придбала певну ступінь в’язкості, в неї додають полімер — лігнін.

    Теплотворність різних видів палива: порівняльний огляд палива з теплотою згорянняПелети відрізняються прийнятною вартістю, на яку впливають високий попит та особливості процесу виготовлення. Використовувати цей матеріал може тільки в призначених для такого виду палива котлах

    Брикети відрізняються лише формою, їх можна завантажувати в печі, котли. Обидва типи пального діляться на види за сировиною: з кругляка, торфу, соняшнику, соломи.

    У пелет і брикетів є істотні переваги перед іншими різновидами палива:

    • повна екологічність;
    • можливість зберігання практично в будь-яких умовах;
    • стійкість до механічних впливів і грибка;
    • рівномірне та тривале горіння;
    • оптимальний розмір гранул для завантаження в опалювальний пристрій.

    Екологічне паливо — хороша альтернатива традиційним джерелам тепла, які не поновлюються і несприятливо діють на навколишнє середовище. Але пелети і брикети відрізняються підвищеною пожежонебезпекою, що варто враховувати при організації місця зберігання.

    Параметри рідких речовин

    Рідкі матеріали, як і тверді, розкладаються на наступні складові: вуглець, водень, сірку, кисень, азот. Процентне співвідношення виражається по масі.

    З кисню та азоту утворюється внутрішній органічний баласт палива, ці компоненти не горять і включені до складу умовно. Зовнішній баласт формується з вологи та золи.

    Висока питома теплота згоряння спостерігається у бензину. В залежності від марки вона становить 43-44 МДж.

    Схожі показники питомої теплоти згоряння визначаються і авіаційного гасу — 42,9 МДж. В категорію лідерів за значенням теплотворної здатності потрапляє і дизельне паливо — 43,4-43,6 МДж.

    Теплотворність різних видів палива: порівняльний огляд палива з теплотою згорянняТ. к. у бензину більше ТСТ, ніж у дизпалива, то у нього повинен бути вище і витрата, і ККД. Але ДТ економічніше бензину на 30-40%

    Відносно низькими значеннями ТСТ характеризуються рідке ракетне пальне, етиленгліколь. Мінімальною питомою теплотою згоряння відрізняються спирт і ацетон. Їх показники істотно нижче, ніж у традиційного моторного палива.

    Властивості газоподібного палива

    Газоподібне паливо складається з оксиду вуглецю, водню, метану, етану, пропану, бутану, етилену, бензолу, сірководню та інших компонентів. Ці показники виражаються у відсотках за обсягом.

    Теплотворність різних видів палива: порівняльний огляд палива з теплотою згорянняНайбільшою теплотою згоряння відрізняється водень. Згораючи, кілограм речовини виділяє 119,83 МДж тепла. Але воно відрізняється підвищеним ступенем вибухонебезпечності

    Високі показники теплотворної здатності спостерігаються і у природного газу. Вони дорівнюють 41-49 МДж на кг. Але, наприклад, у чистого метану теплота згоряння більше — 50 МДж на кг.

    Порівняльна таблиця показників

    У таблиці подано значення масової питомої теплоти згоряння рідких, твердих, газоподібних різновидів палива.

    Вид пального Од. зм. Питома теплота згоряння
    МДж кВт кКал
    Дрова: дуб, береза, ясен, бук, граб кг 15 4,2 2500
    Дрова: модрина, сосна, ялина кг 15,5 4,3 2500
    Вугілля буре кг 12,98 3,6 3100
    Вугілля кам’яне кг 27,00 7,5 6450
    Вугілля деревне кг 27,26 7,5 6510
    Антрацит кг 28,05 7,8 6700
    Пеллета деревна кг 17,17 4,7 4110
    Пеллета солом’яний кг 14,51 4,0 3465
    Пелет з соняшника кг 18,09 5,0 4320
    Тирса кг 8,37 2,3 2000
    Папір кг 16,62 4,6 3970
    Виноградна лоза кг 14,00 3,9 3345
    Природний газ м3 33,5 9,3 8000
    Скраплений газ кг 45,20 12,5 10800
    Бензин л 44,00 12,2 10500
    Диз. паливо л 43,12 11,9 10300
    Метан м3 50,03 13,8 11950
    Водень м3 120 33,2 28700
    Гас л 43.50 12 10400
    Мазут л 40,61 11,2 9700
    Нафта л 44,00 12,2 10500
    Пропан м3 45,57 12,6 10885
    Етилен м3 48,02 13,3 11470

    З таблиці видно, що найбільші показники ТСТ з усіх речовин, а не тільки з газоподібних, має водень. Він відноситься до високоенергетичним видами палива.

    Продукт згоряння водню — звичайна вода. В процесі не виділяється топкові шлаки, зола, чадний і вуглекислий газ, що робить речовину екологічно чистим пальним. Але воно вибухонебезпечно і відрізняється низькою щільністю, тому таке паливо складно зріджується і транспортується.

    Висновки і корисне відео по темі

    Про теплотворності різних порід дерева. Порівняння показників у розрахунку на м3 і кг.

    ТСТ — найважливіша теплова та експлуатаційна характеристика пального. Цей показник використовується в різних сферах людської діяльності: теплових двигунах, електростанціях, промисловості, при обігріві житла і приготуванні їжі.

    Значення теплотворності допомагають порівняти різні види палива за ступенем виділеної енергії, розрахувати необхідну масу пального, заощадити на витратах.

    Теплотворність різних видів палива: порівняльний огляд палива з теплотою згоряння

    Поділитися з друзями
    Ремонт та вироби своїми руками