Полное сгорание определенного объема топлива приводит к выделению фиксированного количества тепла. Энергетическая ценность топлива увеличивается с ростом тепла, выделяющегося при сгорании одного килограмма или литра этого топлива (в данной статье в основном рассматривается жидкое топливо). Это означает, что топливо будет потребляться более экономно, что актуально как для бытового, так и для производственного использования.
Таблица теплотворной способности топлива и теплотехнические характеристики горючих газов. Чистая теплотворная способность сгорания. Потребность в воздухе для горения. Объем продуктов сгорания. Плотность. Метан, этан и пенаны, бутан (окись углерода), ацетилен, сероводород
Данные, представленные в таблице, отражают высшие теплотворные способности для сгорания при постоянном давлении 1 бар и температуре 0 °C.
- Высшая теплотворная способность (Higher(Upper) Calorific Value = Gross Calorific Value (иногда обозначается как Heat Value) = GCV) представляет собой количество тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, с последующим охлаждением продуктов сгорания до температуры топлива, а также включает теплоту, выделяемую при конденсации водяного пара, который образуется при окислении водорода, содержащегося в топливе.
- Низшая теплотворная способность (Lower Calorific Value = Net Calorific Value = NCV) – это количество тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, однако без учета теплоты конденсации водяного пара, который образуется при сгорании.
Следующая таблица предоставит подробное представление о пределах энергии, называемой удельной теплотой сгорания, а также о различных видах сухих топлив.
Энергия, которая переходит в водяной пар при сгорании, используется для образования пара и его нагрева.
Объемная теплота сгорания также является весьма важной практической величиной, которую можно вычислить, зная плотность топлива. Для газов в конце таблицы приведена объемная высшая теплотворная способность, относящаяся ко многим из них, а также информация о низшей теплотворной способности.
Топливо. Высшая теплотворная способность — таблица. (Удельная теплота сгорания).
Характеристики топлива по двум основным показателям: Высшая теплотворная способность
кДж/кг, ккал/кг, БТЕ/фунт, Btu/lb
Ацетон, Acetone: 29,000, 6,900, 12,500
Бензин, Gasoline, Petrol: 47,300, 11,250, 20,400
Бутан, Butane C4H10: 49,500, 11,800, 20,900
Водород, Hydrogen: 141,800, 33,800, 61,000
Газойль, Gas oil: 38,000, 9,050, 16,400
Глицерин, Glycerin: 19,000, 4,550, 8,150
Гудрон, Битум, Tar: 36,000, 8,600, 15,450
Дизтопливо, дизельное топливо, Diesel: 44,800, 10,700, 19,300
Дерево сухое, Wood (dry): 14,400 — 17,400, 3,450 — 4,150, 6,200 — 7,500
Керосин, Kerosene: 35,000, 8,350, 15,400
Кокс, Coke: 28,000 — 31,000, 6,650 — 7,400, 12,000 — 13,500
Мазут, Heavy fuel oil: 41,200, 9,800, 17,700
Метан, Methane: 55,550, 13,250, 23,900
Порох, Gun powder: 4,000, 950, 1,700
Пропан, Propane: 50,350, 12,000, 21,650
Растительные масла, Oils vegetable: 39,000 — 48,000, 9,300 — 11,450, 16,750 — 20,650
Скипидар, Turpentine: 44,000, 10,500, 18,900
Спирт, Alcohol, 96%, Ethanol: 30,000, 7,150, 12,900
Сырая нефть, Petroleum: 43,000, 10,250, 18,500
Торф, Peat: 13,800 — 20,500, 3,300 — 4,900, 5,500 — 8,800
Уголь-антрацит, Anthracite: 32,500 — 34,000, 7,750 — 8,100, 14,000 — 14,500
Уголь битуминозный (жирный), Bituminous coal: 17,000 — 23,250, 4,050 — 5,500, 7,300 — 10,000
Уголь древесный, Charcoal: 29,600, 7,050, 12,800
Уголь каменный, Coal: 15,000 — 27,000, 3,550 — 6,450, 8,000 — 14,000
Уголь бурый, лигнит, Lignite: 16,300, 3,900, 7,000
Уголь -полуантрацит, Semi anthracite: 26,700 — 32,500, 6,350 — 7,750, 11,500 — 14,000
Эфир, Ether: 43,000, 10,250, 18,500
Газы, объемная характеристика: кДж/м³, ккал/м³, БТЕ/фут³, Btu/ft³
Ацетилен, Acetylene: 56,000, 13,350, 728
Бутан, Butane C4H10: 133,000, 31,750, 1,700
Водород, Hydrogen: 13,000, 3,100, 170
Метан, Methane CH₄: 39,800, 9,500, 520
Природный газ, Natural gas: 35,000 — 43,000, 8,350 — 10,250, 455 — 560
Пропан, Propane C3H8: 101,000, 24,100, 1,310
Удельная теплота сгорания бензина
Удельная теплота сгорания бензина не зависит от октанового числа, а определяется исключительно химическим составом данного топлива. Чем больше водорода содержится в бензине, тем больше паров и влаги образуется во время его горения, что, в свою очередь, снижает его удельную теплоту сгорания. Это прямо влияет на коэффициент полезного действия (КПД) продукта.
По результатам исследований, удельная теплота сгорания бензина колеблется в диапазоне 43,5–44,5 МДж/кг. Например, у бензина марки АИ-93 этот показатель составляет 43,6 МДж/кг, в то время как для авиационного бензина (Б-70 по ГОСТ) он достигает 44,1 МДж/кг. Это подтверждает, что Б-70 является более энергоэффективным вариантом.
На практике, автолюбителю бывает сложно определить, как удельная теплота сгорания отражается на работе его автомобиля. Однако существуют конкретные ситуации, когда наблюдается значительное снижение выделяемого тепла и энергии топлива. Одной из таких ситуаций является присутствие в топливной массе минеральных соединений и несгораемых остатков, которые снижают концентрацию горючей массы. Минеральные вещества и зола, которые не могут сгореть, отнимают часть выделяемой энергии.
Содержание серы в топливе также влияет на удельную теплоту сгорания. В процессе нагрева и горения сера выделяет газ, который может оседать на внутренних деталях проигрывателя, а также попадать в легкие человека, вызывая коррозию и преждевременный износ аппарата, а также загрязнение окружающего воздуха. Поэтому крайне важно выбирать топливо, свободное от вредных примесей, и заправляться на проверенных АЗС, которые заботятся о своей репутации и качестве предлагаемых продуктов.
- Почему газ экологичнее угля. Про сад и дом. Дата обращения: 10 мая 2020. Архивировано 6 июля 2020 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 Что такое СПГ — Информаторий.
- Газы природные горючие — статья из Большой советской энциклопедии.
- Молярная масса метана — 16 г/моль, средняя молярная масса воздуха — 29 г/моль.
- Трофимук, А. А. Геологическое строение и нефтегазоносность восточной части Сибирской платформы: Материалы Всесоюзного совещания по оценке нефтегазоносности территории Якутии / А. А. Трофимук, Н. В. Черский. — М. : Недра: Наука, 1968. — 522 с. — УДК 550 (571.56) + 553.98 (571.56)(G).
- NaturalGas.org. web.archive.org (1 января 2011). Дата обращения: 10 января 2022.
- Daniel D. Chiras. Environmental Science. — Jones & Bartlett Publishers, 2013. — 695 с. — ISBN 978-1-4496-1486-7. Архивная копия от 10 января 2022 на Wayback Machine
- NPC Studies — Resource Development. www.npc.org. Дата обращения: 10 января 2022. Архивировано 20 января 2022 года.
- Для Дому. gaszbut.com.ua. Дата обращения: 10 января 2022. Архивировано 24 декабря 2021 года.
- N. N. N. Yeboah, S. E. Burns. Geological disposal of energy-related waste (англ.) // KSCE Journal of Civil Engineering. — 2011-04-07. — Vol. 15, iss. 4. — P. 697. — ISSN 1976-3808. — doi:10.1007/s12205-011-0010-x.
- Мировой рынок сжиженного газа. Deutsche Welle (4 марта 2019). Дата обращения: 19 марта 2019.
Брикеты
Брикетами называют твердое топливо, которое по многим характеристикам схоже с пеллетами. Для их производства используются аналогичные материалы: щепа, стружка, торф, шелуха и солома. В процессе производства сырье измельчается и подвергается сжатию, формируясь в брикеты. Данное топливо также относится к экологически чистым источникам энергии. Его удобно хранить даже под открытым небом. Плавное, равномерное и длительное горение такого топлива можно наблюдать как в каминах, так и в печах и отопительных котлах.
Все рассмотренные выше виды экологически чистого твердого топлива представляют собой отличную альтернативу в производстве тепла. По сравнению с ископаемыми источниками тепловой энергии, которые негативно влияют на окружающую среду при сгорании и не являются возобновляемыми, альтернативное топливо имеет явные преимущества и относительно низкую стоимость, что также является важным фактором для некоторых категорий потребителей.
Тем не менее, следует учитывать, что пожароопасность таких видов топлива значительно выше. Поэтому необходимо предпринять определенные меры безопасности при их хранении и использовать огнестойкие материалы для стен.
Жидкое и газообразное топливо
Что касается жидких и газообразных горючих материалов, ситуация несколько иная.
Различные типы топлива обладают различными характеристиками, что зависит от их теплотворной способности и объема тепла, выделяемого при полном сгорании. Например, относительная теплота сгорания водорода напрямую влияет на его расход. Определение теплотворной способности обычно выполняется с использованием таблиц, где представлены сравнительные анализы расхода различных видов энергоресурсов.
Количество доступного горючего велико, и каждое из них имеет свои плюсы и минусы.
Расчет расхода дров котлом длительного горения
Для вычисления потребления дров в твердотопливном котле длительного горения за сутки следует использовать следующую формулу:
V = 24Q / (q × 0.01 × КПД). Здесь V – объем дров, необходимый на 1 час, в м³; Q – требуемая мощность для отопления, в кВт; q – тепловая отдача определенной породы древесины с заданной влажностью, в кВт/м³; КПД – это эффективность котла, выраженная в процентах.
Предположим, вы приобрели пиролизный котел на твердом топливе с теплоотдачей равной 75%. Вы загружаете его поленьями из сухой сосны. Подсчёт будет выглядеть так:
V = (24 х 5) / (2166 х 0,01 х 75) = 0,074 м³.
Чтобы провести корректный расчет расхода топлива в пиролизном котле, важно помнить о нюансах его работы. Коэффициент полезного действия (КПД) 75-80% учитывается в формуле только если дрова имеют влажность до 25%. Если влажность превышает этот уровень, эффективность котла может снижаться до 70%.
Расчет расхода дров в твердотопливном котле длительного горения на месяц осуществляется следующим образом:
0,074 м³ × 30 = 2,22 м³.
Однако это не окончательный результат, так как при использовании углового топлива расчет учитывает теплоту сгорания для чистого кубометра, а фактически дрова в поленнице занимают больше места из-за плотности укладки. Чтобы правильно рассчитать объем дров в кубических метрах, необходимо узнать количество складометров.
Для проведения этих вычислений поможет ГОСТ 3242-88, где указаны нормативы. В соответствии с ними, сложенные дрова должны измеряться, затем рассчитываться в складометрах, а потом переводиться в плотные метры (м³). Перевод осуществляется путем умножения объема поленницы на значение полнодревесности.
Коэффициенты полнодревесности для перевода складочной меры в плотные метры:
| Длина, м | Хвойные породы | Лиственные породы | ||||||
| Круглые | Расколотые | Смесь расколотых и круглых | Круглые | Расколотые | Смесь расколотых и круглых | |||
| Тонкие | Средние | Тонкие | Средние | |||||
| 0,25 0,33 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 | 0,79 0,77 0,74 0,71 0,69 0,67 0,66 0,64 0,62 0,61 | 0,81 0,79 0,76 0,74 0,72 0,71 0,703 0,68 0,67 0,65 | 0,77 0,75 0,73 0,71 0,70 0,69 0,68 0,66 0,64 0,63 | 0,77 0,75 0,73 0,72 0,70 0,69 0,68 0,67 0,66 0,65 | 0,75 0,72 0,69 0,65 0,63 0,61 0,60 0,58 0,56 0,55 | 0,80 0,78 0,75 0,72 0,70 0,68 0,67 0,65 0,63 0,62 | 0,76 0,74 0,71 0,69 0,68 0,67 0,65 0,63 0,62 0,60 | 0,76 0,74 0,71 0,69 0,68 0,67 0,66 0,65 0,64 0,63 |
Поскольку в данном случае требуется обратный расчет, полученный объем топлива следует делить на один из коэффициентов, соответствующих условиям.
Предположим, берем колотые дрова длиной 0,5 м. Для хвойных пород необходимо принять показатель 0,73. Теперь мы можем вычислить реальный расход твердого топлива из сухой сосны за месяц для помещения площадью 100 м²:
3,04 м³ = 2,22 м³ / 0,73.
Уголь
Уголь является природным материалом растительного происхождения, извлекаемым из осадочных пород.
В структуре этого твердого топлива содержатся углерод и другие химические элементы. Уголь классифицируется на типы в зависимости от его возраста: самый молодой – бурый уголь, за ним следует каменный уголь, а старшим считается антрацит. Влажность угля также определяется возрастом – в более молодом угле содержание влаги выше.
Процесс горения угля приводит к загрязнению окружающей среды, а на колосниках котла образуется шлак, который затрудняет нормальное сгорание. Наличие серы в угле также является негативным фактором для экологии, поскольку этот элемент в атмосфере превращается в серную кислоту, которая вредит природе.
Тем не менее, потребители не должны беспокоиться о своем здоровье, так как производители угля стараются минимизировать содержание серы в нем. Теплота сгорания угля может варьироваться даже в пределах одного типа, что зависит от характеристик подвида, содержания минеральных веществ и географии добычи. Кроме чистого угля, в качестве твердого топлива может использоваться 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
Пеллеты, или топливные гранулы, представляют собой твердое топливо, созданное самым современным промышленным способом из древесных и растительных отходов: стружки, коры, картона, соломы.
Измельченное до мелкой фракции сырье высушивается и подается в гранулятор, где преобразуется в гранулы определенной формы. Для улучшения вязкости массы используется растительный полимер – лигнин. Сложность производственного процесса и растущий спрос формируют стоимость пеллет. Это топливо используется в специализированных котлах.
Разновидности топлива определяются по той основе, из которой они переработаны:
- кругляк любых пород деревьев;
- солома;
- торф;
- подсолнечная шелуха.
Среди преимуществ топливных гранул можно выделить следующие характеристики:
- экологичность;
- усталость к деформации и устойчивость к грибковым инфекциям;
- удобство хранения даже на улице;
- гармоничность и продолжительность горения;
- относительно доступная стоимость;
- универсальное применение для различных отопительных установок;
- подходящий размер гранул для автоматической загрузки в специализированные котлы.
| Вид топлива | Тепловая способность, ккал/кг |
| Пеллеты | 4500 |
| Дрова | 2500 |
| Уголь древесный | 7500 |
| Каменный уголь | 7400 |
| Мазут | 9800 |
| ДТ | 10200 |
| Природный газ | 8300 |
Брикеты
Как уже упоминалось, брикеты представляют собой твердое топливо, которое напоминает пеллеты. Они производятся из тех же материалов: щепы, стружки, торфа, шелухи и соломы. В процессе их производства сырье измельчается и затем подвергается сжатию, чтобы сформироваться в брикеты. Данный материал считается экологически чистым топливом, его удобно хранить даже на открытом воздухе. Спокойное, равномерное и длительное горение данного топлива можно видеть не только в печах и каминах, но и в различных отопительных котлах.
Расмотренные варианты экологически чистого твердого топлива служат отличной альтернативой в обеспечении теплом. В отличие от ископаемых источников тепловой энергии, которые оказывают негативное влияние на окружающую среду при сжигании и являются невозобновляемыми, альтернативное топливо предлагает явные преимущества, включая низкую стоимость, что является важным фактором для ряда потребителей.
Однако стоит помнить, что пожароопасность таких видов топлива существенно выше, поэтому необходимо принимать меры безопасности относительно их хранения и использовать огнеупорные материалы для стен котлов.
Теплотворность твердых материалов
К данной категории относятся древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основным элементом, влияющим на теплотворность твердых материалов, является углерод.
Особенности разных пород дерева
Максимальная эффективность использования древесины достигается в результате применения сухих дров и медленного процесса их горения.
Куски древесины, как правило, распиливаются или рубятся на отрезки не длиннее 25-30 см, чтобы удобно загружаться в топку.
Для дровяного отопления наиболее подходящими являются дубовые, березовые бруски и ясень. Хорошими характеристиками также обладают боярышник и лещина. Напротив, хвойные породы, хотя и имеют меньшую теплотворность, характеризуются более быстрой скоростью горения.
Также можно выделить следующие особенности горения различных древесных пород:
- Бук, береза, ясень, лещина — их сложно растопить, но они могут гореть даже влажными благодаря низкому содержанию влаги.
- Ольха и осина — эти породы не образуют сажи и эффективно очищают дымоход от нее.
- Береза — для эффективного горения ей требуется достаточное количество воздуха, иначе начнется дымление и образуется смола на стенках дымохода.
- Сосна — содержит больше смолы, чем ель, что делает ее более искристой и жаркой.
- Груша и яблоня — легко расщепляются и отлично горят.
- Кедр — постепенно переходит в состояние тлеющего угля.
- Вишня и вяз — склонны к дымлению, а платан сложно расколоть.
- Липа и тополь — быстро прогорают.
Рекомендуем: Мультифункциональный стеклопакет: что это такое, разница с энергосберегающим, отзывы.
Показатели теплотворности разных пород древесины значительно зависят от их плотности. В целом 1 кубометр древесины по энергосодержанию эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива или 200 м³ природного газа. Таким образом, древесина и дрова относятся к категории с низким уровнем энергоэффективности.
Влияние возраста на свойства угля
Уголь, как природный материал растительного происхождения, извлекается из осадочных пород. В нем содержатся углерод и множество других химических соединений.
Возраст угля играет свою роль в определении его теплотворной способности. Бурый уголь считается наиболее молодым, за ним следует каменный, а антрацит — наиболее старший из видов.
Влажность угля также зависит от возраста: чем моложе уголь, тем больше в нем влаги, что также сказывается на его свойствах.
При сгорании угля выделяются вещества, которые загрязняют атмосферу, а на колосниках котла образуется шлак. Кроме того, содержание серы в угле также является неблагоприятным фактором, так как этот элемент может трансформироваться в серную кислоту при взаимодействии с воздухом.
Тем не менее, современные производители угля добиваются снижения содержания серы в веществе. Теплотворная способность угля может варьироваться даже в пределах одного и того же типа, что напрямую связано с характеристиками его подвида, содержанием в нем минеральных веществ и географией добычи. В качестве твердого топлива могут использоваться как чистый уголь, так и брикетированный угольный шлак.
Максимальной теплотворной способностью обладают коксующиеся угли, так же высокие показатели показывают и антрацит, каменный и бурый уголь.
Характеристики пеллет и брикетов
Данные виды топлива изготавливаются промышленным способом с использованием различных древесных и растительных отходов.
Измельченные стружки, кора, картон и солома подвергаются сушке и переработке в гранулы с помощью специального оборудования. Для повышения вязкости массы добавляется полимер — лигнин.
Правила сжигания
При ознакомлении с температурой сгорания конкретного угля потребители должны помнить, что производители указывают только те значения, которые актуальны в идеальных условиях. В реальных бытовых котлах или печах воссоздать эти условия, как правило, невозможно, так как современные теплогенераторы (изготовленные из металла или кирпича) часто не рассчитаны на такие высокие температуры. Если основной теплоноситель системы будет быстро закипать, это представляет опасность.
Именно поэтому параметры сгорания различных видов топлива зависят от режима их использования.
Другими словами, все зависит от того, насколько интенсивно поступает воздух. Ископаемый и древесный уголь эффективно нагревают помещение, если уровень кислорода достигает 100%. Для ограничения воздушного потока можно использовать специальные заслонки или задвижки, что позволяет создать комфортные условия для сжигания топлива (до 950 °C).
При использовании угля в твердотопливном котле важно избежать закипания теплоносителя, так как это может привести к тому, что предохранительный клапан не сработает, что может вызвать взрыв. Также сочетание горячей воды и пара негативно сказывается на функциональности циркуляционного насоса. Для контроля процесса сгорания разработаны два эффективных метода:
- Дробленое или порошковое топливо должно поступать в котел исключительно в дозированном объеме (с использованием схемы, аналогичной пиллетным устройствам).
- Основной энергоресурс загружается в топку и затем регулируется интенсивность подачи воздуха.
