Теплотворность различных видов топлива: сравнительный обзор топлива по теплоте сгорания

Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания

Что такое твёрдое топливо и каким оно бывает

топливоОснова — фотосинтез

Физика в топкеГлавная характеристика всех видов топлива — теплотворная способность, удельная теплота сгорания. Это физическая величина, характеризующая количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы топлива. Обычно в качестве единицы используется масса (1 кг) или объём (1 м³). Процесс горения Чем значение удельной теплоты сгорания топлива выше, тем меньше его расход, а КПД сжигающего прибора больше. Для владельца котла это означает, что процесс отопления будет более экономичным.Химия процесса горенияТеплотворная способность разных видов топлива зависит от его химического состава: от количества углерода, а также других примесей (кислорода, азота, серы и водорода). Углерод и водород — основные носители энергии, которая при сгорании превращается в тепло. Азот и кислород в процессе горения не участвуют, это балластные вещества, их присутствие в топливе уменьшает процентное количество главных элементов — углерода и водорода.  Кислород, кроме того, образует соединения с углеродом и водородом и этим выводит некоторую их часть из процесса горения. Сера в твёрдом топливе содержится в двух видах: в виде летучей серы, тоже участвующей в горении, и в виде негорючих сульфатов, которые остаются в золе — балластных минеральных веществах, неспособных гореть. Зола — балластные минеральные вещества, не способные гореть Чем больше в топливе минеральных (негорючих) веществ, чем больше образуется золы, тем сильнее снижается эффективность топлива, потому что горючие вещества в нём заменены балластными. Показатель зольность — вторая значимая характеристика качества топлива. Присутствие серы в топливе загрязняет продукты сгорания, выделяясь в виде сернистого газа (сернистого ангидрида) — токсичного вещества, которое при взаимодействии с кислородом окисляется до трёхокиси серы, а при взаимодействии с водой образует серную кислоту, разъедающую металлические поверхности котельного оборудования. Попадая в атмосферу, эта кислота выпадает в виде кислотных дождей.  А трубы дымят… Вообще-то для сложного физико-химического процесса горения в качестве топлива может использоваться всё что угодно: главное, чтобы процесс шёл, и тепло выделялось. Так, во многих районах, где доступ к прочим видам горючих веществ (например, древесине или углю) ограничен или невозможен, в качестве топлива издавна использовались и применяются по сей день кизяки — высушенный навоз крупного (и не очень) рогатого скота, смешанный с соломой.  В сельских районах на севере Индии брикеты из высушенного коровьего и овечьего навоза сегодня применяются даже на теплоэлектростанциях для выработки электроэнергии. По своим физическим характеристикам (удельной теплоте сгорания) коровьи лепёшки вполне сравнимы с углём. Коровьи лепёшки, предназначенные для отопления, сушатся во дворе Но современного владельца загородного дома чаще всего сложно представить раскладывающим кизяки в своём дворе на просушку для будущего отопительного сезона. Да и с коровьими лепёшками нынче во многих местах ситуация напряжённая. Поэтому не станем углубляться в тонкости оптимальных пропорций навоза и соломы, а также методов правильной сушки кизяков.  Обратим внимание на плюсы и минусы распространённых видов твердого топлива: древесиныугляторфа.  Для бытовых котлов чаще всего используют именно эти виды горючих веществ, а в промышленных масштабах ещё применяют горючие сланцы и кокс. Специалисты разделяют твёрдое топливо на ископаемое (образовавшееся в результате метаморфизма из органических остатков миллионы лет назад под действием большого давления и температур), и неископаемое — к этому виду относится древесина и её технологические производные.  

Читайте также:  Мини русская печь «Экономка» своими руками

Примечания [ | ]

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Теплотворная способность газов
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Справочные материалы
  3. ГОСТ 5542-)87. Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения, предназначены в качестве сырья и топлива для промышленного и коммунально-бытового использования. (неопр.). Дата обращения: 26 февраля 2016.
  4. ↑ 1 2 Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов — таблицы энергии топлива (рус.). Дата обращения: 7 июля 2019.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 Теплота сгорания // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1999. — Т. 5: Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 81. — 692 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85270-101-7.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Удельная теплота сгорания твердых и жидких веществ.
  7. ↑ 1 2 Максимук Ю. В., Антонова З. А., Фесько В. В., Курсевич В. Н. Вязкость и теплота сгорания дизельного биотоплива // Химия и технология топлив и масел. — 2009. — № 5. — С. 27—30. — ISBN 0023-1169.
  8. ↑ 1 2 3 Топлива. Высшая теплотворная способность — таблица. (Удельная теплота сгорания).
   Словари и энциклопедии Britannica (онлайн) · Britannica (онлайн)
Нормативный контроль GND: 4135554-4 · Microsoft: 156383657 · NDL: 00568140
Это заготовка статьи по физике. Вы можете помочь проекту, дополнив её.

Область применения

Настоящий стандарт распространяется на бурые и каменные угли, лигниты, антрациты, горючие сланцы, торф, продукты их обогащения и термической обработки, брикеты, кокс, биотопливо (далее — твердое минеральное топливо), и устанавливает метод определения высшей теплоты сгорания при постоянном объеме и стандартной температуре 25 °С в калориметрической установке с использованием калориметрической бомбы и способ расчета низшей теплоты сгорания при постоянном давлении._________________ Настоящий стандарт распространяется на биотопливо до вступления в силу межгосударственного стандарта, гармонизированного с EN 14918:2009 Биотопливо твердое. Определение теплоты сгорания (Solid biofuels. Determination of calorific value).Калориметрическую установку градуируют с помощью образцовой (эталонной) меры теплоты сгорания — бензойной кислоты (далее — эталонная бензойная кислота).Для определения высшей теплоты сгорания при постоянном объеме используют разные типы калориметров, отвечающие основным требованиям, которые регламентированы в настоящем стандарте.

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

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

Приведенные в этой таблице величины соответствуют высшей теплотворной способности для сгорания при постянном давлении 1 bar и температуре 0oC.

Высшая теплотворная способность (Higher Calorific Value = Gross Calorific Value = GCV) – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива.

Низшая теплотворная способность (Lower Calorific Value = Net Calorific Value = NCV) – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива без конденсации водяного пара.

Таблица ниже дает отличное представление о максимально возможном уровне той энергии, которую часто называют удельной теплотой сгорания для сухих (когда об этом имеет смысл говорить) топлив.

Энергия перешедшая при сгорании в водяной пар пойдет на парообразование и нагрев пара.

Совет

Интересной практической величиной является также “объемная ” теплота сгорания. Ее можно прикинуть зная плотность. Для газов (в конце таблицы) и приведена “объемная” вышая теплотворная способность (для некоторых и та и другая).

Топлива. Высшая теплотворная способность – таблица. (Удельная теплота сгорания).
Топлива, массовая характеристика: 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 некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, 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

  1. Абрютин А. А. и др. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод.
  2. ГОСТ 147-2013 Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания.
  3. ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
  4. ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
  5. ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.
  6. Земский Г. Т. Огнеопасные свойства неорганических и органических материалов: справочник М.: ВНИИПО, 2016 — 970 с.

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.

Бурый уголь

Бурый уголь — самая молодая твёрдая горная порода, которая образовалась около 50 млн лет назад из торфа или лигнита. По своей сути, это «недозревший» каменный уголь.

Это полезное ископаемое получило своё название из-за цвета – оттенки варьируются от буро-рыжего до чёрного. Бурый уголь считается топливом низкой степени углефикации (метаморфизма). Он содержит в себе от 50% углерода, но также много летучих веществ, минеральных примесей и влаги, поэтому гораздо легче горит и даёт больше дыма и запаха гари.

В зависимости от влажности, бурый уголь делят на марки 1Б (влажность более 40%), 2Б (30-40%) и 3Б (до 30%). Выход летучих веществ у бурых углей составляет до 50%.

При продолжительном контакте с воздухом бурый уголь имеет свойство терять структуру и растрескиваться. Среди всех видов угля он считается самым некачественным топливом, так как выделяет куда меньше тепла: теплота сгорания составляет всего 4000 — 5500 ккал\кг.

Бурый уголь

Бурый уголь залегает на небольших глубинах (до 1 км), поэтому его гораздо легче и дешевле добывать. Однако в России как топливо он применяется намного реже, чем каменный уголь. Из-за низкой стоимости бурому углю всё же отдают предпочтение некоторые мелкие и частные котельные и ТЭЦ.

В России крупнейшие месторождения бурого угля располагаются в Канско-Ачинском бассейне (Красноярский край). В целом участок обладает запасами почти в 640 млрд т (около 140 млрд т пригодны для разработки открытыми способом).

Богато запасами бурого угля и единственное угольное месторождение в Алтае – Солтонское. Его прогнозируемые запасы составляют 250 млн т.

Около 2 трлн т бурого угля таит в себе Ленский угольный бассейн, расположенный на территории Якутии и Красноярского края. Кроме того, этот вид полезного ископаемого нередко залегает вместе с каменным углём – так, его также получают на месторождениях Минусинского и Кузнецкого угольных бассейнов.

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