Zu den Stoffen organischen Ursprungs gehört Kraftstoff, der bei seiner Verbrennung eine bestimmte Menge an Wärmeenergie freisetzt. Die Wärmeerzeugung sollte sich durch einen hohen Wirkungsgrad und das Fehlen von Nebenwirkungen, insbesondere von gesundheits- und umweltschädlichen Stoffen, auszeichnen.

Um das Beladen des Ofens zu erleichtern, wird Holzmaterial in einzelne Elemente mit einer Länge von bis zu 30 cm geschnitten. Um die Effizienz ihrer Verwendung zu erhöhen, sollte Brennholz so trocken wie möglich sein und der Verbrennungsprozess sollte relativ langsam sein. Brennholz aus Harthölzern wie Eiche und Birke, Hasel und Esche, Weißdorn ist in vielerlei Hinsicht für die Raumheizung geeignet. Aufgrund des hohen Harzgehalts, der erhöhten Abbrandgeschwindigkeit und des niedrigen Heizwerts sind Nadelbäume in dieser Hinsicht deutlich unterlegen.

Es sollte verstanden werden, dass die Dichte von Holz den Wert des Brennwerts beeinflusst.

Es ist ein natürliches Material pflanzlichen Ursprungs, das aus Sedimentgestein gewonnen wird.

Diese Art von Festbrennstoff enthält Kohlenstoff und andere chemische Elemente. Es gibt eine Einteilung des Materials in Typen je nach Alter. Braunkohle gilt als die jüngste, gefolgt von Steinkohle und Anthrazit ist die älteste aller anderen Arten. Das Alter des brennbaren Stoffes bestimmt auch seinen Feuchtigkeitsgehalt, der im jungen Material stärker vorhanden ist.

Beim Verbrennen von Kohle wird die Umwelt verschmutzt und auf dem Rost des Kessels bildet sich Schlacke, die bis zu einem gewissen Grad die normale Verbrennung behindert. Auch das Vorhandensein von Schwefel im Material ist ein ungünstiger Faktor für die Atmosphäre, da dieses Element im Luftraum zu Schwefelsäure umgewandelt wird.

Verbraucher sollten jedoch keine Angst um ihre Gesundheit haben. Hersteller dieses Materials, die sich um Privatkunden kümmern, versuchen, den Schwefelgehalt darin zu reduzieren. Der Heizwert von Kohle kann sogar innerhalb derselben Sorte unterschiedlich sein. Der Unterschied hängt von den Eigenschaften der Unterart und dem darin enthaltenen Mineraliengehalt sowie von der Geographie der Produktion ab. Als fester Brennstoff findet sich nicht nur reine Kohle, sondern auch zu Briketts gepresste, gering angereicherte Kohleschlacke.

Pellets (Brennstoffpellets) ist ein fester Brennstoff, der industriell aus Holz- und Pflanzenabfällen hergestellt wird: Späne, Rinde, Pappe, Stroh.

Das zu Staub zerkleinerte Rohmaterial wird getrocknet und in den Granulator gegossen, aus dem es bereits in Form von Granulat mit einer bestimmten Form herauskommt. Um der Masse Viskosität zu verleihen, wird ein pflanzliches Polymer, Lignin, verwendet. Die Komplexität des Produktionsprozesses und die hohe Nachfrage bilden die Kosten für Pellets. Das Material wird in speziell ausgerüsteten Kesseln verwendet.

Die Brennstoffarten werden abhängig davon bestimmt, aus welchem ​​​​Material sie verarbeitet werden:

• Rundholz von Bäumen aller Art;
• Stroh;
• Torf;
• Sonnenblumenschale.

Unter den Vorteilen von Brennstoffpellets sind folgende Eigenschaften hervorzuheben:

• Umweltfreundlichkeit;
• Unverformbarkeit und Pilzresistenz;
• einfache Lagerung auch im Freien;
• Gleichmäßigkeit und Brenndauer;
• relativ niedrige Kosten;
• die Möglichkeit der Verwendung für verschiedene Heizgeräte;
• geeignete Pelletsgröße zum automatischen Laden in einen speziell ausgestatteten Kessel.

Briketts

Briketts werden feste Brennstoffe genannt, in vielerlei Hinsicht ähnlich wie Pellets. Für ihre Herstellung werden identische Materialien verwendet: Hackschnitzel, Späne, Torf, Schalen und Stroh. Während des Produktionsprozesses wird das Rohmaterial zerkleinert und durch Verpressen zu Briketts geformt. Dieses Material gehört auch zu umweltfreundlichem Kraftstoff. Es ist bequem, es auch im Freien zu lagern. Eine glatte, gleichmäßige und langsame Verbrennung dieses Brennstoffs kann sowohl in Kaminen und Öfen als auch in Heizkesseln beobachtet werden.

Die oben diskutierten Sorten umweltfreundlicher Festbrennstoffe sind eine gute Alternative zur Wärmeerzeugung. Im Vergleich zu fossilen thermischen Energiequellen, die bei der Verbrennung die Umwelt belasten und zudem nicht erneuerbar sind, haben alternative Brennstoffe klare Vorteile und relativ niedrige Kosten, was für bestimmte Verbrauchergruppen wichtig ist.

Gleichzeitig ist die Brandgefahr solcher Kraftstoffe viel höher. Daher müssen einige Vorkehrungen bezüglich ihrer Lagerung und der Verwendung von feuerfesten Wandmaterialien getroffen werden.

Flüssige und gasförmige Brennstoffe

Bei flüssigen und gasförmigen brennbaren Stoffen stellt sich die Situation wie folgt dar.

Die Verbrennungswärme wird durch die chemische Zusammensetzung des brennbaren Stoffes bestimmt. Die im brennbaren Stoff enthaltenen chemischen Elemente werden mit den anerkannten Symbolen bezeichnet Mit , H , Ö , N , S, und Asche und Wasser sind Symbole SONDERN und W bzw.

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  Die Verbrennungswärme kann auf die Arbeitsmasse des Brennstoffs bezogen werden QP (\displaystyle Q^(P)), d. h. auf einen brennbaren Stoff in der Form, in der er beim Verbraucher ankommt; zu Trockenmasse QC (\displaystyle Q^(C)); zur brennbaren Masse der Materie Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma)), das heißt, zu einer brennbaren Substanz, die keine Feuchtigkeit und Asche enthält.

  Höher unterscheiden ( QB (\displaystyle Q_(B))) Und niedriger ( QH (\displaystyle Q_(H))) Verbrennungswärme.

  Unter höheren Heizwert verstehen die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung eines Stoffes freigesetzt wird, einschließlich der Kondensationswärme von Wasserdampf beim Abkühlen der Verbrennungsprodukte.

  Netto-Heizwert entspricht der Wärmemenge, die bei vollständiger Verbrennung freigesetzt wird, ohne Berücksichtigung der Kondensationswärme von Wasserdampf. Die Kondensationswärme von Wasserdampf wird auch genannt latente Verdampfungswärme (Kondensation).

  Der untere und der obere Heizwert stehen im Verhältnis: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  wobei k ein Koeffizient von 25 kJ/kg (6 kcal/kg) ist; W - die Wassermenge in der brennbaren Substanz, % (nach Gewicht); H ist die Menge an Wasserstoff in der brennbaren Substanz, % (nach Masse).

  Berechnung der Verbrennungswärme

  Der höhere Heizwert ist also die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung einer Massen- oder Volumeneinheit (bei Gas) eines brennbaren Stoffes freigesetzt wird und die Verbrennungsprodukte auf die Taupunkttemperatur abkühlt. Bei wärmetechnischen Berechnungen wird der Brennwert zu 100 % angenommen. Die latente Verbrennungswärme von Gas ist die Wärme, die bei der Kondensation von in den Verbrennungsprodukten enthaltenem Wasserdampf freigesetzt wird. Theoretisch kann sie 11 % erreichen.

  In der Praxis ist es nicht möglich, die Verbrennungsprodukte bis zur vollständigen Kondensation abzukühlen, weshalb das Konzept des Nettoheizwerts (QHp) eingeführt wird, das durch Subtrahieren der Verdampfungswärme des Wasserdampfs, die beide darin enthalten sind, vom höheren Heizwert erhalten wird Stoff und entsteht bei seiner Verbrennung. Für die Verdampfung von 1 kg Wasserdampf werden 2514 kJ/kg (600 kcal/kg) aufgewendet. Der Heizwert wird nach den Formeln (kJ/kg bzw. kcal/kg) ermittelt:

  Q H P = Q B P − 2514 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(für fest)

  Q H P = Q B P − 600 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(für einen flüssigen Stoff), wobei:

  2514 - Verdampfungswärme bei 0 °C und atmosphärischem Druck, kJ/kg;

  H P (\ displaystyle H ^ (P)) und W P (\ displaystyle W ^ (P))- der Gehalt an Wasserstoff und Wasserdampf im Arbeitskraftstoff, %;

  9 ist ein Koeffizient, der zeigt, dass, wenn 1 kg Wasserstoff in Kombination mit Sauerstoff verbrannt wird, 9 kg Wasser gebildet werden.

  Der Heizwert ist die wichtigste Kenngröße eines Brennstoffs, da er die Wärmemenge angibt, die bei der Verbrennung von 1 kg festem oder flüssigem Brennstoff oder 1 m³ gasförmigem Brennstoff in kJ/kg (kcal/kg) gewonnen wird. 1 kcal = 4,1868 oder 4,19 kJ.

  Der Heizwert wird für jeden Stoff experimentell bestimmt und ist ein Referenzwert. Es kann auch für feste und flüssige Materialien mit bekannter Elementzusammensetzung durch Berechnung nach der Formel von D. I. Mendeleev, kJ / kg oder kcal / kg bestimmt werden:

  Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 ⋅ H P − 109 ⋅ (O P − S L P) − 25,14 ⋅ (9 ⋅ H P + W P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=339\cdot C^(P)+1256\ cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25.14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))

  Q H P = 81 ⋅ C P + 246 ⋅ H P − 26 ⋅ (O P + S L P) − 6 ⋅ W P (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), wo:

  CP (\displaystyle C_(P)), H P (\ displaystyle H_ (P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\ displaystyle S_ (L) ^ (P)), W P (\ displaystyle W_ (P))- der Gehalt an Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, flüchtigem Schwefel und Feuchtigkeit in der Arbeitsmasse des Kraftstoffs in % (nach Masse).

  Für Vergleichsrechnungen wird der sogenannte konventionelle Kraftstoff verwendet, der eine spezifische Verbrennungswärme von 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg) hat.

  In Russland werden thermische Berechnungen (z. B. Berechnung der Wärmelast zur Bestimmung der Kategorie eines Raums für Explosions- und Brandgefahr) normalerweise nach dem niedrigsten Heizwert durchgeführt, in den USA, Großbritannien und Frankreich nach dem höchsten . Im Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten wurde der Heizwert vor der Einführung des metrischen Systems in British Thermal Units (BTU) pro Pfund (lb) (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg) gemessen.

  Stoffe und Materialien	Netto-Heizwert QH P (\displaystyle Q_(H)^(P)), MJ/kg
  Benzin	41,87
  Kerosin	43,54
  Papier: Bücher, Zeitschriften	13,4
  Holz (Balken W = 14%)	13,8
  Natürliches Gummi	44,73
  Polyvinylchlorid-Linoleum	14,31
  Gummi	33,52
  Stapelfaser	13,8
  Polyethylen	47,14
  Styropor	41,6
  Baumwolle gelöst	15,7
  Kunststoff	41,87

  PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN VON ERDGASEN

  Erdgase sind farb-, geruchs- und geschmacksneutral.

  Zu den Hauptindikatoren von Erdgasen gehören: Zusammensetzung, Verbrennungswärme, Dichte, Verbrennungs- und Zündtemperatur, Explosionsgrenzen und Explosionsdruck.

  Erdgase aus reinen Gasfeldern bestehen hauptsächlich aus Methan (82-98 %) und anderen Kohlenwasserstoffen.

  Brennbares Gas enthält brennbare und nicht brennbare Stoffe. Zu den brennbaren Gasen gehören: Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff. Zu den nicht brennbaren Stoffen gehören: Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserdampf. Ihre Zusammensetzung ist gering und beträgt 0,1–0,3 % CO 2 und 1–14 % N 2 . Nach der Absaugung wird dem Gas giftiges Schwefelwasserstoffgas entzogen, dessen Gehalt 0,02 g/m3 nicht überschreiten sollte.

  Der Heizwert ist die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung von 1 m3 Gas freigesetzt wird. Die Verbrennungswärme wird in kcal/m3, kJ/m3 Gas gemessen. Der Heizwert von trockenem Erdgas beträgt 8000-8500 kcal/m 3 .

  Der aus dem Verhältnis der Masse eines Stoffes zu seinem Volumen errechnete Wert wird als Dichte des Stoffes bezeichnet. Die Dichte wird in kg/m3 gemessen. Die Dichte von Erdgas hängt ganz von seiner Zusammensetzung ab und liegt innerhalb von c = 0,73-0,85 kg/m3.

  Das wichtigste Merkmal eines brennbaren Gases ist die Wärmeleistung, d.h. die maximale Temperatur, die bei vollständiger Verbrennung des Gases erreicht wird, wenn die erforderliche Luftmenge für die Verbrennung genau mit den chemischen Verbrennungsformeln übereinstimmt, sowie die Anfangstemperatur des Gases und der Luft ist Null.

  Die Wärmekapazität von Erdgas beträgt etwa 2000 -2100 °C, Methan - 2043 °C. Die tatsächliche Verbrennungstemperatur in Öfen ist viel niedriger als die Wärmeleistung und hängt von den Verbrennungsbedingungen ab.

  Die Zündtemperatur ist die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches, bei der sich das Gemisch ohne Zündquelle entzündet. Bei Erdgas liegt sie im Bereich von 645-700 °C.

  Alle brennbaren Gase sind explosiv und können sich mit einer offenen Flamme oder einem Funken entzünden. Unterscheiden untere und obere Konzentrationsgrenze der Flammenausbreitung , d.h. die unteren und oberen Konzentrationen, bei denen eine Explosion des Gemisches möglich ist. Die untere Explosionsgrenze von Gasen beträgt 3÷6%, die obere Grenze 12÷16%.

  Explosionsgrenzen.

  Gas-Luft-Gemisch mit der Gasmenge:

  bis zu 5% - brennt nicht;

  von 5 bis 15% - explodiert;

  mehr als 15 % - brennt, wenn Luft zugeführt wird.

  Der Druck während der Explosion von Erdgas beträgt 0,8-1,0 MPa.

  Alle brennbaren Gase können eine Vergiftung des menschlichen Körpers verursachen. Die wichtigsten Giftstoffe sind: Kohlenmonoxid (CO), Schwefelwasserstoff (H 2 S), Ammoniak (NH 3).

  Erdgas hat keinen Geruch. Um das Leck zu bestimmen, wird das Gas odoriert (d.h. sie verleihen ihm einen bestimmten Geruch). Die Durchführung der Odorierung erfolgt unter Verwendung von Ethylmercaptan. Odorierung an Gasverteilerstationen (GDS) durchführen. Wenn 1 % Erdgas in die Luft gelangt, beginnt man seinen Geruch wahrzunehmen. Die Praxis zeigt, dass die durchschnittliche Menge an Ethylmercaptan für die Odorierung von Erdgas, das an städtische Netze geliefert wird, 16 g pro 1.000 m3 Gas betragen sollte.

  Gegenüber festen und flüssigen Brennstoffen gewinnt Erdgas in vielerlei Hinsicht:

  Relative Billigkeit, die durch eine einfachere Art der Gewinnung und des Transports erklärt wird;

  Keine Asche und Entfernung von Feststoffpartikeln in die Atmosphäre;

  Hohe Verbrennungswärme;

  Es ist keine Vorbereitung des Brennstoffs für die Verbrennung erforderlich;

  Die Arbeit von Servicemitarbeitern wird erleichtert und die sanitären und hygienischen Bedingungen ihrer Arbeit werden verbessert;

  Erleichtert die Automatisierung von Arbeitsprozessen.

  Aufgrund möglicher Undichtigkeiten durch Undichtigkeiten in Gasleitungsverbindungen und Armaturen erfordert die Verwendung von Erdgas besondere Sorgfalt und Vorsicht. Das Eindringen von mehr als 20 % des Gases in den Raum kann zum Ersticken führen, und wenn es in einem geschlossenen Volumen von 5 bis 15 % vorhanden ist, kann es eine Explosion des Gas-Luft-Gemisches verursachen. Bei unvollständiger Verbrennung entsteht giftiges Kohlenmonoxid CO, das bereits in geringen Konzentrationen zu Vergiftungen des Bedienpersonals führt.

  Erdgase werden nach ihrer Herkunft in zwei Gruppen eingeteilt: trockene und fettige.

  Trocken Gase sind Gase mineralischen Ursprungs und kommen in Gebieten vor, die mit gegenwärtiger oder vergangener vulkanischer Aktivität in Verbindung stehen. Trockene Gase bestehen fast ausschließlich nur aus Methan mit einem unbedeutenden Anteil an Ballastkomponenten (Stickstoff, Kohlendioxid) und haben einen Heizwert Qн=7000÷9000 kcal/nm3.

  fettig Gase begleiten Ölfelder und reichern sich meist in den oberen Schichten an. Fettgase sind ihrem Ursprung nach ölähnlich und enthalten viele leicht kondensierbare Kohlenwasserstoffe. Heizwert von Flüssiggasen Qн=8000-15000 kcal/nm3

  Zu den Vorteilen gasförmiger Brennstoffe gehören die Leichtigkeit des Transports und der Verbrennung, das Fehlen von Feuchtigkeitsasche und die erhebliche Einfachheit der Kesselausrüstung.

  Neben Erdgasen werden auch künstliche Brenngase verwendet, die bei der Verarbeitung fester Brennstoffe oder beim Betrieb von Industrieanlagen als Abgase anfallen. Künstliche Gase bestehen aus brennbaren Gasen der unvollständigen Verbrennung von Kraftstoff, Ballastgasen und Wasserdampf und werden in reich und arm unterteilt und haben einen durchschnittlichen Heizwert von 4500 kcal / m3 bzw. 1300 kkam3. Zusammensetzung der Gase: Wasserstoff, Methan, andere Kohlenwasserstoffverbindungen CmHn, Schwefelwasserstoff H 2 S, nicht brennbare Gase, Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff und eine geringe Menge Wasserdampf. Ballast - Stickstoff und Kohlendioxid.

  Somit kann die Zusammensetzung von trockenem gasförmigem Brennstoff als die folgende Mischung von Elementen dargestellt werden:

  CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 \u003d 100%.

  Die Zusammensetzung des nassen gasförmigen Brennstoffs wird wie folgt ausgedrückt:

  CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.

  Verbrennungswärme trocken gasförmiger Brennstoff kJ / m3 (kcal / m3) pro 1 m3 Gas unter normalen Bedingungen wird wie folgt bestimmt:

  Qn \u003d 0,01,

  Wobei Qi der Brennwert des entsprechenden Gases ist.

  Die Verbrennungswärme von gasförmigem Brennstoff ist in Tabelle 3 angegeben.

  Hochofengas entsteht beim Schmelzen von Eisen in Hochöfen. Seine Ausbeute und chemische Zusammensetzung hängen von den Eigenschaften der Charge und des Brennstoffs, der Betriebsweise des Ofens, Methoden zur Intensivierung des Prozesses und anderen Faktoren ab. Die Gasleistung reicht von 1500-2500 m 3 pro Tonne Roheisen. Der Anteil an nicht brennbaren Bestandteilen (N 2 und CO 2) im Hochofengas beträgt etwa 70 %, was zu seiner geringen Wärmeleistung führt (der niedrigste Heizwert des Gases beträgt 3-5 MJ/m 3 ).

  Bei der Verbrennung von Hochofengas beträgt die maximale Temperatur der Verbrennungsprodukte (ohne Wärmeverluste und Wärmeverbrauch für die Spaltung von CO 2 und H 2 O) 400-1500 0 C. Werden Gas und Luft vor der Verbrennung erhitzt, so beträgt die Temperatur der Verbrennungsprodukte deutlich erhöht werden.

  Ferrolegierungsgas entsteht beim Schmelzen von Ferrolegierungen in Erzreduktionsöfen. Das Abgas geschlossener Feuerungen kann als Brennstoff SER (Sekundärenergieträger) genutzt werden. In offenen Öfen verbrennt das Gas aufgrund des freien Luftzutritts oben. Die Ausbeute und Zusammensetzung von Ferrolegierungsgas hängt von der Qualität der Schmelze ab

  Legierung, Chargenzusammensetzung, Betriebsart des Ofens, seine Leistung usw. Gaszusammensetzung: 50-90 % CO, 2-8 % H 2 , 0,3-1 % CH 4 , O 2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

  Konvertergas entsteht beim Schmelzen von Stahl in Sauerstoffkonvertern. Das Gas besteht hauptsächlich aus Kohlenmonoxid, seine Ausbeute und Zusammensetzung ändert sich beim Schmelzen erheblich. Nach der Reinigung ist die Zusammensetzung des Gases ungefähr wie folgt: 70–80 % CO; 15–20 % CO 2 ; 0,5–0,8 % O 2 ; 3–12 % N 2 . Die Verbrennungswärme des Gases beträgt 8,4–9,2 MJ/m 3 . Die maximale Verbrennungstemperatur erreicht 2000 0 C.

  Koksofengas während der Verkokung von Kohleladung gebildet. In der Eisenmetallurgie wird es nach der Gewinnung chemischer Produkte verwendet. Die Zusammensetzung des Kokereigases hängt von den Eigenschaften des Kohleeinsatzes und den Verkokungsbedingungen ab. Volumenanteile von Komponenten im Gas liegen innerhalb der folgenden Grenzen, %: 52-62H 2 ; 0,3–0,6 O 2 ; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8–2,6 CO 2 . Die Verbrennungswärme beträgt 17-17,6 MJ / m ^ 3, die maximale Temperatur der Verbrennungsprodukte beträgt 2070 0 С.

  5. WÄRMEBILANZ DER VERBRENNUNG

  Betrachten Sie Methoden zur Berechnung der Wärmebilanz des Verbrennungsprozesses von gasförmigen, flüssigen und festen Brennstoffen. Die Berechnung reduziert sich auf die Lösung der folgenden Probleme.

  · Bestimmung der Verbrennungswärme (Brennwert) von Kraftstoff.

  · Bestimmung der theoretischen Verbrennungstemperatur.

  5.1. BRENNENDE HITZE

  Bei chemischen Reaktionen wird Wärme freigesetzt oder aufgenommen. Wenn Wärme freigesetzt wird, wird die Reaktion als exotherm bezeichnet, und wenn sie absorbiert wird, wird sie als endotherm bezeichnet. Alle Verbrennungsreaktionen sind exotherm und Verbrennungsprodukte sind exotherme Verbindungen.

  Die bei einer chemischen Reaktion freigesetzte (oder absorbierte) Wärme wird als Reaktionswärme bezeichnet. Bei exothermen Reaktionen ist er positiv, bei endothermen Reaktionen negativ. Die Verbrennungsreaktion ist immer von einer Wärmefreisetzung begleitet. Verbrennungswärme Qg(J / mol) ist die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung von einem Mol eines Stoffes und der Umwandlung eines brennbaren Stoffes in Produkte der vollständigen Verbrennung freigesetzt wird. Das Mol ist die grundlegende SI-Einheit für die Menge eines Stoffes. Ein Mol ist eine solche Menge einer Substanz, die so viele Teilchen (Atome, Moleküle usw.) enthält, wie Atome in 12 g des Kohlenstoff-12-Isotops vorhanden sind. Die Masse einer Stoffmenge gleich 1 Mol (Molekül oder Molmasse) stimmt numerisch mit dem relativen Molekulargewicht eines bestimmten Stoffes überein.

  Beispielsweise beträgt das relative Molekulargewicht von Sauerstoff (O 2 ) 32, von Kohlendioxid (CO 2 ) 44 und die entsprechenden Molekulargewichte wären M = 32 g/mol und M = 44 g/mol. Somit enthält ein Mol Sauerstoff 32 Gramm dieser Substanz und ein Mol CO 2 enthält 44 Gramm Kohlendioxid.

  In technischen Berechnungen wird oft nicht die Verbrennungswärme verwendet Qg, und dem Heizwert des Brennstoffs Q(J / kg oder J / m 3). Der Brennwert eines Stoffes ist die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung von 1 kg oder 1 m 3 eines Stoffes freigesetzt wird. Bei flüssigen und festen Stoffen erfolgt die Berechnung pro 1 kg und bei gasförmigen Stoffen pro 1 m 3.

  Zur Berechnung der Verbrennungs- bzw. Explosionstemperatur, des Explosionsdrucks, der Flund anderer Kenngrößen ist die Kenntnis der Verbrennungswärme und des Brennwerts des Brennstoffs erforderlich. Der Heizwert des Brennstoffs wird entweder experimentell oder rechnerisch bestimmt. Bei der experimentellen Brennwertbestimmung wird eine vorgegebene Masse fester oder flüssiger Brennstoffe in einer kalorimetrischen Bombe und bei gasförmigen Brennstoffen in einem Gaskalorimeter verbrannt. Diese Geräte messen die Gesamtwärme Q 0 , freigesetzt bei der Verbrennung einer Brennstoffprobe m. Heizwert Qg wird nach der Formel gefunden

  Zusammenhang zwischen Verbrennungswärme u
  Brennstoff Heizwert

  Um einen Zusammenhang zwischen der Verbrennungswärme und dem Heizwert eines Stoffes herzustellen, ist es notwendig, die Reaktionsgleichung für die chemische Verbrennungsreaktion aufzustellen.

  Das Produkt der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff ist Kohlendioxid:

  C + O 2 → CO 2.

  Das Produkt der vollständigen Verbrennung von Wasserstoff ist Wasser:

  2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

  Das Produkt der vollständigen Verbrennung von Schwefel ist Schwefeldioxid:

  S + O 2 → SO 2.

  Gleichzeitig werden Stickstoff, Halogenide und andere nicht brennbare Elemente in freier Form freigesetzt.

  brennbares gas

  Als Beispiel berechnen wir den Heizwert von Methan CH 4, für das die Verbrennungswärme gleich ist Qg=882.6 .

  Bestimmen Sie das Molekulargewicht von Methan gemäß seiner chemischen Formel (CH 4):

  Ì=1∙12+4∙1=16 g/mol.

  Bestimmen Sie den Brennwert von 1 kg Methan:

  Lassen Sie uns das Volumen von 1 kg Methan finden, wenn wir seine Dichte ρ=0,717 kg/m 3 unter normalen Bedingungen kennen:

  .

  Bestimmen Sie den Heizwert von 1 m 3 Methan:

  Der Heizwert von brennbaren Gasen wird auf ähnliche Weise bestimmt. Für viele gängige Substanzen wurden die Brennwerte und Brennwerte mit hoher Genauigkeit gemessen und sind in der einschlägigen Referenzliteratur angegeben. Geben wir eine Wertetabelle für den Heizwert einiger gasförmiger Substanzen (Tabelle 5.1). Wert Q in dieser Tabelle wird sie in MJ / m 3 und in kcal / m 3 angegeben, da als Wärmeeinheit oft 1 kcal = 4,1868 kJ verwendet wird.

  Tabelle 5.1

  Brennwert gasförmiger Brennstoffe

  Substanz			Acetylen
  Q

  Brennbarer Stoff - flüssig oder fest

  Als Beispiel berechnen wir den Brennwert von Ethylalkohol C 2 H 5 OH, für den die Verbrennungswärme gilt Qg= 1373,3 kJ/mol.

  Bestimmen Sie das Molekulargewicht von Ethylalkohol gemäß seiner chemischen Formel (C 2 H 5 OH):

  Ì = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.

  Bestimmen Sie den Brennwert von 1 kg Ethylalkohol:

  Auf ähnliche Weise wird der Brennwert von flüssigen und festen Brennstoffen bestimmt. Im Tisch. 5.2 und 5.3 zeigen die Heizwerte Q(MJ/kg und kcal/kg) für einige flüssige und feste Stoffe.

  Tabelle 5.2

  Heizwert flüssiger Brennstoffe

  Substanz		Methylalkohol	Äthanol			Heizöl, Öl
  Q

  Tabelle 5.3

  Brennwert fester Brennstoffe

  Substanz		Holz frisch	Holz trocken	Braunkohle	Torf trocken	Anthrazit, Cola
  Q

  Mendelejews Formel

  Wenn der Heizwert des Brennstoffs unbekannt ist, kann er unter Verwendung der von D.I. vorgeschlagenen empirischen Formel berechnet werden. Mendelejew. Dazu müssen Sie die elementare Zusammensetzung des Kraftstoffs (die äquivalente Formel des Kraftstoffs) kennen, dh den Prozentsatz der folgenden Elemente darin:

  Sauerstoff (O);

  Wasserstoff (H);

  Kohlenstoff (C);

  Schwefel (S);

  Asche (A);

  Wasser (W).

  Die Verbrennungsprodukte von Kraftstoffen enthalten immer Wasserdampf, der sowohl durch Feuchtigkeit im Kraftstoff als auch bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht. Verbrennungsabfälle verlassen die Industrieanlage mit einer Temperatur oberhalb der Taupunkttemperatur. Daher kann die bei der Kondensation von Wasserdampf frei werdende Wärme nicht sinnvoll genutzt werden und sollte bei thermischen Berechnungen nicht berücksichtigt werden.

  Zur Berechnung wird in der Regel der Heizwert herangezogen. Q n Kraftstoff, der Wärmeverluste mit Wasserdampf berücksichtigt. Bei festen und flüssigen Brennstoffen der Wert Q n(MJ / kg) wird ungefähr durch die Mendeleev-Formel bestimmt:

  Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

  wobei der prozentuale (Massen-%) Gehalt der entsprechenden Elemente in der Kraftstoffzusammensetzung in Klammern angegeben ist.

  Diese Formel berücksichtigt die Wärme exothermer Verbrennungsreaktionen von Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel (mit Pluszeichen). Sauerstoff, der Teil des Kraftstoffs ist, ersetzt teilweise den Sauerstoff in der Luft, daher wird der entsprechende Term in Formel (5.1) mit einem Minuszeichen verwendet. Wenn Feuchtigkeit verdunstet, wird Wärme verbraucht, daher wird der entsprechende Term, der W enthält, ebenfalls mit einem Minuszeichen belegt.

  Der Vergleich von berechneten und experimentellen Daten zum Heizwert verschiedener Brennstoffe (Holz, Torf, Kohle, Öl) hat gezeigt, dass die Berechnung nach der Mendelejew-Formel (5.1) einen Fehler von nicht mehr als 10 % ergibt.

  Netto-Heizwert Q n(MJ / m 3) trockener brennbarer Gase kann mit ausreichender Genauigkeit als Summe der Produkte aus dem Heizwert einzelner Komponenten und ihrem Anteil in 1 m 3 gasförmigem Brennstoff berechnet werden.

  Q n= 0,108[Н 2 ] + 0,126[СО] + 0,358[CH 4 ] + 0,5[С 2 Н 2 ] + 0,234[Н 2 S ]…, (5.2)

  wobei in Klammern der prozentuale (Vol.%) Gehalt der entsprechenden Gase im Gemisch angegeben ist.

  Der durchschnittliche Heizwert von Erdgas beträgt ca. 53,6 MJ/m 3 . In künstlich hergestellten Brenngasen ist der Gehalt an CH 4 -Methan vernachlässigbar. Die brennbaren Hauptbestandteile sind Wasserstoff H 2 und Kohlenmonoxid CO. In Kokereigas erreicht beispielsweise der H 2 -Gehalt (55 ÷ 60) %, und der Nettoheizwert dieses Gases erreicht 17,6 MJ/m 3 . Im Generatorgas beträgt der Gehalt an CO ~ 30 % und H 2 ~ 15 %, während der Heizwert des Generatorgases Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. In Hochofengas ist der Gehalt an CO und H 2 geringer; Größe Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.

  Betrachten Sie Beispiele für die Berechnung des Brennwerts von Substanzen mit der Mendelejew-Formel.

  Lassen Sie uns den Heizwert von Kohle bestimmen, deren elementare Zusammensetzung in der Tabelle angegeben ist. 5.4.

  Tabelle 5.4

  Elementarzusammensetzung von Kohle

  Lassen Sie uns die in Tab angegebenen ersetzen. 5.4 Daten in der Mendeleev-Formel (5.1) (Stickstoff N und Asche A sind in dieser Formel nicht enthalten, da sie inerte Substanzen sind und nicht an der Verbrennungsreaktion teilnehmen):

  Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

  Lassen Sie uns die Menge an Brennholz bestimmen, die erforderlich ist, um 50 Liter Wasser von 10 ° C auf 100 ° C zu erhitzen, wenn 5% der bei der Verbrennung freigesetzten Wärme zum Heizen aufgewendet werden, und die Wärmekapazität von Wasser mit\u003d 1 kcal / (kg ∙ Grad) oder 4,1868 kJ / (kg ∙ Grad). Die elementare Zusammensetzung von Brennholz ist in der Tabelle angegeben. 5.5:

  Tabelle 5.5

  Elementare Zusammensetzung von Brennholz

  	Lassen Sie uns den Brennwert von Brennholz nach Mendeleevs Formel (5.1) ermitteln: Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. Bestimmen Sie die Wärmemenge, die beim Verbrennen von 1 kg Brennholz zum Erhitzen von Wasser aufgewendet wird (unter Berücksichtigung der Tatsache, dass 5 % der bei der Verbrennung freigesetzten Wärme (a = 0,05) zum Erhitzen aufgewendet werden): Q 2 = ein Q n=0,05 17,12=0,86 MJ/kg. Bestimmen Sie die Menge Brennholz, die benötigt wird, um 50 Liter Wasser von 10° C auf 100° C zu erhitzen: kg. Somit werden etwa 22 kg Brennholz benötigt, um Wasser zu erhitzen.

  Die Wärmemenge, die während der vollständigen Verbrennung einer Einheitsmenge Brennstoff freigesetzt wird, wird als Heizwert (Q) oder, wie es manchmal genannt wird, als Heizwert oder Brennwert bezeichnet, der eine der Haupteigenschaften des Brennstoffs ist.

  Der Heizwert von Gasen wird üblicherweise mit 1 bezeichnet m 3, unter normalen Bedingungen aufgenommen.

  In technischen Berechnungen versteht man unter Normalbedingungen den Zustand des Gases bei einer Temperatur von 0 ° C und einem Druck von 760 mmHg Kunst. Das Gasvolumen unter diesen Bedingungen ist angegeben nm 3(normaler Kubikmeter).

  Für Industriegasmessungen gemäß GOST 2923-45 werden die Temperatur von 20 ° C und der Druck von 760 als Normalbedingungen angenommen mmHg Kunst. Das auf diese Bedingungen bezogene Gasvolumen steht im Gegensatz dazu nm 3 Wir werden anrufen m 3 (Kubikmeter).

  Heizwert von Gasen (Q)) ausgedrückt kcal/nm z oder hinein kcal / m 3.

  Bei verflüssigten Gasen wird der Brennwert auf 1 bezogen kg.

  Es gibt einen höheren (Q in) und einen niedrigeren (Q n) Heizwert. Der Brennwert berücksichtigt die bei der Verbrennung von Kraftstoff entstehende Kondensationswärme von Wasserdampf. Der Heizwert berücksichtigt nicht die im Wasserdampf der Verbrennungsprodukte enthaltene Wärme, da der Wasserdampf nicht kondensiert, sondern mit den Verbrennungsprodukten abgeführt wird.

  Die Begriffe Q in und Q n gelten nur für solche Gase, bei deren Verbrennung Wasserdampf freigesetzt wird (diese Begriffe gelten nicht für Kohlenmonoxid, das bei der Verbrennung keinen Wasserdampf abgibt).

  Wenn Wasserdampf kondensiert, wird Wärme gleich 539 freigesetzt kcal/kg. Wenn das Kondensat auf 0 ° C (oder 20 ° C) abgekühlt wird, wird außerdem Wärme in Höhe von 100 bzw. 80 freigesetzt kcal/kg.

  Insgesamt wird durch die Kondensation von Wasserdampf mehr als 600 Wärme freigesetzt kcal/kg, das ist die Differenz zwischen Brutto- und Nettoheizwert des Gases. Bei den meisten Gasen, die in der städtischen Gasversorgung verwendet werden, beträgt dieser Unterschied 8-10 %.

  Die Werte des Heizwerts einiger Gase sind in der Tabelle angegeben. 3.

  Für die städtische Gasversorgung werden derzeit Gase verwendet, die in der Regel einen Heizwert von mindestens 3500 haben kcal / nm 3. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Gas unter den Bedingungen von Städten über beträchtliche Entfernungen durch Rohre geliefert wird. Bei einem niedrigen Heizwert muss eine große Menge zugeführt werden. Dies führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Durchmesser von Gasleitungen und damit zu einer Erhöhung der Metallinvestitionen und Mittel für den Bau von Gasnetzen und in der Folge zu einer Erhöhung der Betriebskosten. Ein wesentlicher Nachteil von kalorienarmen Gasen besteht darin, dass sie in den meisten Fällen eine erhebliche Menge Kohlenmonoxid enthalten, was die Gefahr bei der Verwendung von Gas sowie bei der Wartung von Netzen und Anlagen erhöht.

  
  
  

  Gas mit Heizwert unter 3500 kcal/nm 3 am häufigsten in der Industrie verwendet, wo es nicht erforderlich ist, es über weite Strecken zu transportieren, und es einfacher ist, die Verbrennung zu organisieren. Für die städtische Gasversorgung ist es wünschenswert, einen konstanten Heizwert von Gas zu haben. Schwankungen sind, wie wir bereits festgestellt haben, nicht mehr als 10 % erlaubt. Eine stärkere Änderung des Heizwertes des Gases erfordert eine Neueinstellung und teilweise auch einen Wechsel einer großen Anzahl von einheitlichen Brennern für Haushaltsgeräte, was mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.