5. BALANÇA TÉRMICA DE COMBUSTÃO
Considere métodos para calcular o balanço térmico do processo de combustão de combustíveis gasosos, líquidos e sólidos. O cálculo é reduzido para resolver os seguintes problemas.
· Determinação do calor de combustão (valor calorífico) do combustível.
· Determinação da temperatura teórica de combustão.
5.1. CALOR DE QUEIMA
As reações químicas são acompanhadas pela liberação ou absorção de calor. Quando o calor é liberado, a reação é chamada de exotérmica, e quando é absorvida, é chamada de endotérmica. Todas as reações de combustão são exotérmicas e os produtos de combustão são compostos exotérmicos.
O calor liberado (ou absorvido) durante uma reação química é chamado de calor de reação. Em reações exotérmicas é positivo, em reações endotérmicas é negativo. A reação de combustão é sempre acompanhada pela liberação de calor. Calor de combustão Qg(J/mol) é a quantidade de calor que é liberada durante a combustão completa de um mol de uma substância e a transformação de uma substância combustível em produtos de combustão completa. O mol é a unidade básica do SI para a quantidade de uma substância. Um mol é uma quantidade de uma substância que contém tantas partículas (átomos, moléculas, etc.) quantos átomos existem em 12 g do isótopo de carbono-12. A massa de uma quantidade de uma substância igual a 1 mol (massa molecular ou molar) coincide numericamente com o peso molecular relativo de uma dada substância.
Por exemplo, o peso molecular relativo do oxigênio (O 2 ) é 32, o dióxido de carbono (CO 2 ) é 44 e os pesos moleculares correspondentes seriam M=32 g/mol e M=44 g/mol. Assim, um mol de oxigênio contém 32 gramas dessa substância e um mol de CO 2 contém 44 gramas de dióxido de carbono.
Em cálculos técnicos, muitas vezes não é usado o calor de combustão Qg, e o poder calorífico do combustível Q(J/kg ou J/m3). O poder calorífico de uma substância é a quantidade de calor que é liberada durante a combustão completa de 1 kg ou 1 m 3 de uma substância. Para substâncias líquidas e sólidas, o cálculo é realizado por 1 kg e para substâncias gasosas, por 1 m 3.
O conhecimento do calor de combustão e do poder calorífico do combustível é necessário para calcular a temperatura de combustão ou explosão, pressão de explosão, velocidade de propagação da chama e outras características. O poder calorífico do combustível é determinado experimentalmente ou por cálculo. Na determinação experimental do poder calorífico, uma determinada massa de combustível sólido ou líquido é queimada em uma bomba calorimétrica e, no caso de combustível gasoso, em um calorímetro a gás. Esses dispositivos medem o calor total Q 0 , liberado durante a combustão de uma amostra de combustível pesando m. Valor calórico Qgé encontrado de acordo com a fórmula
Relação entre o calor de combustão e
poder calorífico do combustível
Para estabelecer uma relação entre o calor de combustão e o poder calorífico de uma substância, é necessário escrever a equação da reação química de combustão.
O produto da combustão completa do carbono é o dióxido de carbono:
C + O 2 → CO 2.
O produto da combustão completa do hidrogênio é a água:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O.
O produto da combustão completa do enxofre é o dióxido de enxofre:
S + O 2 → SO 2.
Ao mesmo tempo, nitrogênio, halogenetos e outros elementos não combustíveis são liberados de forma livre.
gás combustível
Como exemplo, vamos calcular o poder calorífico do metano CH 4, para o qual o calor de combustão é igual a Qg=882.6 .
Determine o peso molecular do metano de acordo com sua fórmula química (CH 4):
M=1∙12+4∙1=16 g/mol.
Determine o poder calorífico de 1 kg de metano:
Vamos encontrar o volume de 1 kg de metano, conhecendo sua densidade ρ=0,717 kg/m 3 em condições normais:
.
Determine o poder calorífico de 1 m 3 de metano:
O poder calorífico de quaisquer gases combustíveis é determinado de forma semelhante. Para muitas substâncias comuns, os valores caloríficos e os valores caloríficos foram medidos com alta precisão e são fornecidos na literatura de referência relevante. Vamos dar uma tabela de valores para o poder calorífico de algumas substâncias gasosas (Tabela 5.1). Valor Q nesta tabela é dado em MJ/m 3 e em kcal/m 3, pois 1 kcal = 4,1868 kJ é frequentemente usado como unidade de calor.
Tabela 5.1
Valor calórico dos combustíveis gasosos
|
Substância |
Acetileno |
|||||
|
Q |
||||||
Substância combustível - líquida ou sólida
Como exemplo, vamos calcular o poder calorífico do álcool etílico C 2 H 5 OH, para o qual o calor de combustão Qg= 1373,3 kJ/mol.
Determine o peso molecular do álcool etílico de acordo com sua fórmula química (C 2 H 5 OH):
M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.
Determine o poder calorífico de 1 kg de álcool etílico:
O poder calorífico de quaisquer combustíveis líquidos e sólidos é determinado de forma semelhante. Na tabela. 5.2 e 5.3 mostram os valores caloríficos Q(MJ/kg e kcal/kg) para algumas substâncias líquidas e sólidas.
Tabela 5.2
Valor calórico dos combustíveis líquidos
|
Substância |
Álcool metílico |
Etanol |
Óleo combustível, óleo |
||||
|
Q |
|||||||
Tabela 5.3
Valor calórico dos combustíveis sólidos
|
Substância |
madeira fresca |
madeira seca |
carvão marrom |
Turfa seca |
antracite, coque |
||
|
Q |
|||||||
Fórmula de Mendeleev
Se o poder calorífico do combustível for desconhecido, então ele pode ser calculado usando a fórmula empírica proposta por D.I. Mendeleiev. Para fazer isso, você precisa conhecer a composição elementar do combustível (a fórmula equivalente do combustível), ou seja, a porcentagem dos seguintes elementos:
Oxigênio (O);
Hidrogênio (H);
Carbono (C);
Enxofre (S);
Cinzas (A);
Água (W).
Os produtos de combustão dos combustíveis sempre contêm vapor de água, que é formado tanto pela presença de umidade no combustível quanto durante a combustão do hidrogênio. Os produtos residuais da combustão saem da planta industrial a uma temperatura acima da temperatura do ponto de orvalho. Portanto, o calor liberado durante a condensação do vapor d'água não pode ser usado de forma útil e não deve ser levado em consideração nos cálculos térmicos.
O valor calorífico líquido é geralmente usado para o cálculo. Q n combustível, que leva em conta as perdas de calor com vapor de água. Para combustíveis sólidos e líquidos, o valor Q n(MJ/kg) é aproximadamente determinado pela fórmula de Mendeleev:
Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
onde o teor percentual (% em massa) dos elementos correspondentes na composição do combustível é indicado entre parênteses.
Esta fórmula leva em consideração o calor das reações de combustão exotérmica de carbono, hidrogênio e enxofre (com um sinal de mais). O oxigênio, que faz parte do combustível, substitui parcialmente o oxigênio do ar, de modo que o termo correspondente na fórmula (5.1) é tomado com um sinal de menos. Quando a umidade evapora, o calor é consumido, então o termo correspondente contendo W também é tomado com um sinal de menos.
A comparação de dados calculados e experimentais sobre o poder calorífico de diferentes combustíveis (madeira, turfa, carvão, petróleo) mostrou que o cálculo de acordo com a fórmula de Mendeleev (5.1) dá um erro não superior a 10%.
Valor calórico líquido Q n(MJ/m 3) de gases combustíveis secos pode ser calculado com suficiente precisão como a soma dos produtos do poder calorífico dos componentes individuais e sua porcentagem em 1 m 3 de combustível gasoso.
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)
onde o teor percentual (vol.%) dos gases correspondentes na mistura é indicado entre parênteses.
O poder calorífico médio do gás natural é de aproximadamente 53,6 MJ/m 3 . Em gases combustíveis produzidos artificialmente, o conteúdo de metano CH 4 é insignificante. Os principais componentes combustíveis são o hidrogênio H 2 e o monóxido de carbono CO. No gás de coqueria, por exemplo, o teor de H 2 chega a (55 ÷ 60)%, e o poder calorífico líquido desse gás chega a 17,6 MJ/m 3 . No gás do gerador, o teor de CO ~ 30% e H 2 ~ 15%, enquanto o poder calorífico líquido do gás do gerador Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. No gás de alto-forno, o teor de CO e H 2 é menor; magnitude Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.
Considere exemplos de cálculo do valor calorífico de substâncias usando a fórmula de Mendeleev.
Vamos determinar o poder calorífico do carvão, cuja composição elementar é dada na Tabela. 5.4.
Tabela 5.4
Composição elementar do carvão
Vamos substituir dado na etiqueta. 5.4 dados na fórmula de Mendeleev (5.1) (nitrogênio N e cinzas A não estão incluídos nesta fórmula, pois são substâncias inertes e não participam da reação de combustão):
Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.
Vamos determinar a quantidade de lenha necessária para aquecer 50 litros de água de 10 ° C a 100 ° C, se 5% do calor liberado durante a combustão for gasto no aquecimento e a capacidade calorífica da água com\u003d 1 kcal / (kg ∙ graus) ou 4,1868 kJ / (kg ∙ graus). A composição elementar da lenha é dada na Tabela. 5.5:
Tabela 5.5
Composição elementar de lenha
|
Vamos encontrar o poder calorífico da lenha de acordo com a fórmula de Mendeleev (5.1): Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. Determine a quantidade de calor gasto no aquecimento da água ao queimar 1 kg de lenha (levando em conta que 5% do calor (a = 0,05) liberado durante a combustão é gasto no aquecimento da mesma): Q 2 = um Q n=0,05 17,12=0,86 MJ/kg. Determine a quantidade de lenha necessária para aquecer 50 litros de água de 10°C a 100°C:
Assim, são necessários cerca de 22 kg de lenha para aquecer a água. |
kg.Classificação de gases combustíveis
Para o abastecimento de gás de cidades e empresas industriais, são utilizados vários gases combustíveis, diferindo na origem, composição química e propriedades físicas.
Por origem, os gases combustíveis são divididos em naturais, ou naturais, e artificiais, produzidos a partir de combustíveis sólidos e líquidos.
Os gases naturais são extraídos de poços de campos puramente de gás ou campos de petróleo junto com o petróleo. Os gases dos campos de petróleo são chamados de gases associados.
Os gases dos campos de gás puro consistem principalmente em metano com um pequeno teor de hidrocarbonetos pesados. Eles são caracterizados pela constância de composição e poder calorífico.
Os gases associados, juntamente com o metano, contêm uma quantidade significativa de hidrocarbonetos pesados (propano e butano). A composição e o poder calorífico desses gases variam muito.
Os gases artificiais são produzidos em usinas de gás especial - ou obtidos como subproduto da combustão do carvão em usinas metalúrgicas, bem como em refinarias de petróleo.
Os gases produzidos a partir do carvão são utilizados em nosso país para abastecimento de gás urbano em quantidades muito limitadas, e sua gravidade específica está em constante diminuição. Ao mesmo tempo, cresce a produção e o consumo de gases de hidrocarbonetos liquefeitos, obtidos a partir de gases de petróleo associados em usinas de gás-gasolina e refinarias de petróleo durante o refino de petróleo. Os gases de hidrocarbonetos líquidos utilizados para o abastecimento de gás urbano consistem principalmente em propano e butano.
Composição de gases
O tipo de gás e sua composição predeterminam amplamente o escopo do gás, o esquema e os diâmetros da rede de gás, as soluções de projeto para queimadores a gás e unidades individuais de gasodutos.
O consumo de gás depende do poder calorífico e, portanto, dos diâmetros dos gasodutos e das condições de combustão do gás. Ao utilizar gás em instalações industriais, a temperatura de combustão e a velocidade de propagação da chama e a constância da composição do gás combustível são de grande importância. A composição dos gases, bem como suas propriedades físico-químicas, dependem principalmente do tipo e método de obtenção gases.
Gases combustíveis são misturas mecânicas de vários gases<как горючих, так и негорючих.
A parte combustível do combustível gasoso inclui: hidrogênio (H 2) - um gás sem cor, sabor e cheiro, seu menor poder calorífico é 2579 kcal/nm 3\ metano (CH 4) - um gás incolor, insípido e inodoro, é a principal parte combustível dos gases naturais, seu menor poder calorífico é 8555 kcal/nm3; monóxido de carbono (CO) - um gás incolor, insípido e inodoro, obtido a partir da combustão incompleta de qualquer combustível, muito tóxico, de menor poder calorífico 3018 kcal/nm3; hidrocarbonetos pesados (Cp Nt), Por este nome<и формулой обозначается целый ряд углеводородов (этан - С2Н 6 , пропан - С 3 Нв, бутан- С4Н 10 и др.), низшая теплотворная способность этих газов колеблется от 15226 до 34890 kcal/nm*.
A parte não combustível do combustível gasoso inclui: dióxido de carbono (CO 2), oxigênio (O 2) e nitrogênio (N 2).
A parte não combustível dos gases é chamada de lastro. Os gases naturais são caracterizados por alto poder calorífico e completa ausência de monóxido de carbono. Ao mesmo tempo, vários campos, principalmente gás e petróleo, contêm um gás muito tóxico (e corrosivo) - sulfeto de hidrogênio (H 2 S). A maioria dos gases de carvão artificial contém uma quantidade significativa de gás altamente tóxico - monóxido de carbono (CO ). A presença de óxido no gás carbono e outras substâncias tóxicas é altamente indesejável, pois complicam a produção do trabalho operacional e aumentam o perigo ao usar o gás.Além dos componentes principais, a composição dos gases inclui várias impurezas, o cujo valor específico é insignificante em termos percentuais. No entanto, dado que milhares e até milhões de metros cúbicos de gás, a quantidade total de impurezas atinge um valor significativo. Muitas impurezas caem nos gasodutos, o que acaba por levar a uma diminuição da sua vazão e, às vezes, até a interrupção completa do fluxo de gás. Portanto, a presença de impurezas no gás deve ser levada em consideração tanto no projeto de gasodutos, como durante a operação.
A quantidade e a composição das impurezas dependem do método de produção ou extração do gás e do grau de sua purificação. As impurezas mais nocivas são poeira, alcatrão, naftaleno, umidade e compostos de enxofre.
A poeira aparece no gás durante a produção (extração) ou durante o transporte do gás através de gasodutos. A resina é um produto da decomposição térmica do combustível e acompanha muitos gases artificiais. Na presença de poeira no gás, a resina contribui para a formação de tampões de lama de alcatrão e bloqueios nos gasodutos.
O naftaleno é comumente encontrado em gases artificiais de carvão. Em baixas temperaturas, o naftaleno precipita nas tubulações e, juntamente com outras impurezas sólidas e líquidas, reduz a área de escoamento dos gasodutos.
A umidade na forma de vapores está contida em quase todos os gases naturais e artificiais. Entra gases naturais no próprio campo de gás devido aos contatos dos gases com a superfície da água, e os gases artificiais são saturados com água durante o processo de produção. A presença de umidade no gás em quantidades significativas é indesejável, pois reduz o poder calorífico Além disso, tem uma alta capacidade calorífica de vaporização, a umidade durante a combustão do gás leva uma quantidade significativa de calor junto com os produtos da combustão para a atmosfera. gás é resfriado na "carga de seu movimento através de tubulações, ele pode criar tampões de água no gasoduto (em pontos mais baixos) a serem eliminados. Isso requer a instalação de coletores de condensado especiais e bombeá-los para fora.
Os compostos de enxofre, como já mencionado, incluem sulfeto de hidrogênio, bem como dissulfeto de carbono, mercaptano, etc. Esses compostos não apenas afetam negativamente a saúde humana, mas também causam corrosão significativa de tubos.
Outras impurezas nocivas incluem amônia e compostos de cianeto, que são encontrados principalmente em gases de carvão. A presença de compostos de amônia e cianeto leva ao aumento da corrosão do metal do tubo.
A presença de dióxido de carbono e nitrogênio em gases combustíveis também é indesejável. Esses gases não participam do processo de combustão, sendo um lastro que reduz o poder calorífico, o que leva ao aumento do diâmetro dos gasodutos e à diminuição da eficiência econômica do uso do combustível gasoso.
A composição dos gases utilizados para o abastecimento de gás urbano deve atender aos requisitos do GOST 6542-50 (Tabela 1).
tabela 1
Os valores médios da composição dos gases naturais dos campos mais famosos do país são apresentados na Tabela. 2.
De campos de gás (seco)
| Ucrânia Ocidental. . . | 81,2 | 7,5 | 4,5 | 3,7 | 2,5 | - . | 0,1 | 0,5 | 0,735 | |
| Shebelinskoye .............................. | 92,9 | 4,5 | 0,8 | 0,6 | 0,6 | ____ . | 0,1 | 0,5 | 0,603 | |
| região de Stavropol. . | 98,6 | 0,4 | 0,14 | 0,06 | - | 0,1 | 0,7 | 0,561 | ||
| região de Krasnodar. . | 92,9 | 0,5 | - | 0,5 | _ | 0,01 | 0,09 | 0,595 | ||
| Saratov .................................. | 93,4 | 2,1 | 0,8 | 0,4 | 0,3 | Traços | 0,3 | 2,7 | 0,576 | |
| Gazli, região de Bukhara | 96,7 | 0,35 | 0,4" | 0,1 | 0,45 | 0,575 | ||||
| De campos de petróleo e gás (associados) | ||||||||||
| Romashkino .............................. | 18,5 | 6,2 | 4,7 | 0,1 | 11,5 | 1,07 | ||||
| 7,4 | 4,6 | ____ | Traços | 1,112 | __ . | |||||
| Tuymazy .............................. | 18,4 | 6,8 | 4,6 | ____ | 0,1 | 7,1 | 1,062 | - | ||
| Cinza....... | 23,5 | 9,3 | 3,5 | ____ | 0,2 | 4,5 | 1,132 | - | ||
| Negrito.......... ............................. . | 2,5 | . ___ . | 1,5 | 0,721 | - | |||||
| Óleo de Syzran .............................. | 31,9 | 23,9 - | 5,9 | 2,7 | 0,8 | 1,7 | 1,6 | 31,5 | 0,932 | - |
| Ishimbay .................................. | 42,4 | 20,5 | 7,2 | 3,1 | 2,8 | 1,040 | _ | |||
| Andijan. .............................. | 66,5 | 16,6 | 9,4 | 3,1 | 3,1 | 0,03 | 0,2 | 4,17 | 0,801 ; | |
Valor calórico dos gases
A quantidade de calor liberada durante a combustão completa de uma quantidade unitária de combustível é chamada de poder calorífico (Q) ou, como às vezes é chamado, poder calorífico, ou poder calorífico, que é uma das principais características do combustível.
O poder calorífico dos gases é geralmente referido como 1 m3, tomadas em condições normais.
Nos cálculos técnicos, as condições normais são entendidas como o estado do gás a uma temperatura igual a 0 ° C e, a uma pressão de 760 mmHg Arte. O volume de gás nestas condições é indicado nm 3(metro cúbico normal).
Para medições de gás industrial de acordo com GOST 2923-45, a temperatura de 20 ° C e a pressão de 760 são consideradas condições normais mmHg Arte. O volume de gás referido a essas condições, em contraste com nm 3 nós vamos ligar m 3 (metro cúbico).
Valor calórico dos gases (Q)) Expresso em kcal/nm e ou em kcal/m3.
Para gases liquefeitos, o poder calorífico é referido a 1 kg.
Há maior (Q in) e menor (Q n) valor calórico. O poder calorífico bruto leva em consideração o calor de condensação do vapor de água formado durante a combustão do combustível. O poder calorífico líquido não leva em consideração o calor contido no vapor d'água dos produtos da combustão, pois o vapor d'água não condensa, mas é levado com os produtos da combustão.
Os conceitos Q in e Q n aplicam-se apenas aos gases, durante a combustão dos quais é libertado vapor de água (estes conceitos não se aplicam ao monóxido de carbono, que não produz vapor de água durante a combustão).
Quando o vapor de água condensa, o calor é liberado igual a 539 kcal/kg. Além disso, quando o condensado é resfriado a 0°C (ou 20°C), o calor é liberado, respectivamente, na quantidade de 100 ou 80 kcal/kg.
No total, devido à condensação do vapor de água, o calor é liberado mais de 600 kcal/kg, que é a diferença entre o poder calorífico bruto e líquido do gás. Para a maioria dos gases usados no abastecimento de gás urbano, essa diferença é de 8-10%.
Os valores do poder calorífico de alguns gases são dados na tabela. 3.
Para o abastecimento de gás urbano, atualmente são utilizados gases que, em regra, têm um poder calorífico de pelo menos 3500 kcal/nm 3. Isso é explicado pelo fato de que nas condições das cidades o gás é fornecido através de tubulações a distâncias consideráveis. Com um baixo valor calórico, é necessário fornecer uma grande quantidade. Isto conduz inevitavelmente a um aumento dos diâmetros dos gasodutos e, consequentemente, ao aumento dos investimentos em metal e fundos para a construção de redes de gás e, consequentemente, ao aumento dos custos operacionais. Uma desvantagem significativa dos gases de baixa caloria é que, na maioria dos casos, eles contêm uma quantidade significativa de monóxido de carbono, o que aumenta o perigo no uso de gás, bem como na manutenção de redes e instalações.
Gás com poder calorífico inferior a 3500 kcal/nm 3 mais utilizado na indústria, onde não é necessário transportá-lo por longas distâncias e é mais fácil organizar a incineração. Para o abastecimento de gás urbano, é desejável ter um poder calorífico constante do gás. As flutuações, como já estabelecemos, não são permitidas mais de 10%. Uma mudança maior no poder calorífico do gás requer um novo ajuste e, às vezes, uma mudança em um grande número de queimadores unificados para eletrodomésticos, o que está associado a dificuldades significativas.
As tabelas apresentam o calor específico da massa de combustão do combustível (líquido, sólido e gasoso) e de alguns outros materiais combustíveis. São considerados combustíveis como: carvão, lenha, coque, turfa, querosene, petróleo, álcool, gasolina, gás natural, etc.
Lista de mesas:
Em uma reação de oxidação exotérmica do combustível, sua energia química é convertida em energia térmica com a liberação de uma certa quantidade de calor. A energia térmica resultante é chamada de calor de combustão do combustível. Depende de sua composição química, umidade e é a principal. O poder calorífico do combustível, referido a 1 kg de massa ou 1 m 3 de volume, forma o poder calorífico específico mássico ou volumétrico.
O calor específico de combustão do combustível é a quantidade de calor liberada durante a combustão completa de uma unidade de massa ou volume de combustível sólido, líquido ou gasoso. No Sistema Internacional de Unidades, esse valor é medido em J/kg ou J/m 3.
O calor específico de combustão de um combustível pode ser determinado experimentalmente ou calculado analiticamente. Os métodos experimentais para determinar o poder calorífico são baseados na medição prática da quantidade de calor liberada durante a combustão do combustível, por exemplo, em um calorímetro com termostato e bomba de combustão. Para um combustível com composição química conhecida, o calor específico de combustão pode ser determinado pela fórmula de Mendeleev.
Existem calores específicos de combustão mais altos e mais baixos. O poder calorífico bruto é igual à quantidade máxima de calor liberada durante a combustão completa do combustível, levando em consideração o calor gasto na evaporação da umidade contida no combustível. O menor poder calorífico é menor que o maior pelo valor do calor de condensação, que é formado a partir da umidade do combustível e do hidrogênio da massa orgânica, que se transforma em água durante a combustão.
Para determinar indicadores de qualidade de combustível, bem como em cálculos de engenharia de calor geralmente usam o menor calor específico de combustão, que é a característica térmica e operacional mais importante do combustível e é dada nas tabelas abaixo.
Calor específico de combustão de combustível sólido (carvão, lenha, turfa, coque)
A tabela mostra os valores do calor específico de combustão do combustível sólido seco na unidade de MJ/kg. O combustível na tabela é organizado por nome em ordem alfabética.
Dos combustíveis sólidos considerados, o carvão de coque tem o maior poder calorífico - seu calor específico de combustão é de 36,3 MJ/kg (ou 36,3·10 6 J/kg em unidades SI). Além disso, o alto poder calorífico é característico do carvão, antracite, carvão vegetal e lenhite.
Combustíveis com baixa eficiência energética incluem madeira, lenha, pólvora, freztorf, xisto betuminoso. Por exemplo, o calor específico da combustão da lenha é de 8,4 ... 12,5 e da pólvora - apenas 3,8 MJ / kg.
| Combustível | |
|---|---|
| Antracite | 26,8…34,8 |
| Pellets de madeira (pellets) | 18,5 |
| Lenha seca | 8,4…11 |
| Lenha de bétula seca | 12,5 |
| coque de gás | 26,9 |
| coque de alto-forno | 30,4 |
| semi-coque | 27,3 |
| Pó | 3,8 |
| Ardósia | 4,6…9 |
| Xisto betuminoso | 5,9…15 |
| Propulsor sólido | 4,2…10,5 |
| Turfa | 16,3 |
| turfa fibrosa | 21,8 |
| Turfa de moagem | 8,1…10,5 |
| Migalha de turfa | 10,8 |
| carvão marrom | 13…25 |
| Carvão castanho (briquetes) | 20,2 |
| Carvão marrom (poeira) | 25 |
| Carvão de Donetsk | 19,7…24 |
| Carvão | 31,5…34,4 |
| Carvão | 27 |
| carvão de coque | 36,3 |
| carvão de Kuznetsk | 22,8…25,1 |
| carvão de Chelyabinsk | 12,8 |
| carvão Ekibastuz | 16,7 |
| freztorf | 8,1 |
| Escória | 27,5 |
Calor específico de combustão de combustível líquido (álcool, gasolina, querosene, óleo)
A tabela de calor específico de combustão de combustível líquido e alguns outros líquidos orgânicos é fornecida. Deve-se notar que combustíveis como gasolina, óleo diesel e óleo são caracterizados por alta liberação de calor durante a combustão.
O calor específico de combustão do álcool e da acetona é significativamente menor do que os combustíveis tradicionais. Além disso, o propelente líquido tem um poder calorífico relativamente baixo e, com a combustão completa de 1 kg desses hidrocarbonetos, uma quantidade de calor igual a 9,2 e 13,3 MJ, respectivamente, será liberada.
| Combustível | Calor específico de combustão, MJ/kg |
|---|---|
| Acetona | 31,4 |
| Gasolina A-72 (GOST 2084-67) | 44,2 |
| Gasolina de aviação B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| Gasolina AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| Benzeno | 40,6 |
| Combustível diesel de inverno (GOST 305-73) | 43,6 |
| Combustível diesel de verão (GOST 305-73) | 43,4 |
| Propulsor líquido (querosene + oxigênio líquido) | 9,2 |
| querosene de aviação | 42,9 |
| Querosene de iluminação (GOST 4753-68) | 43,7 |
| xileno | 43,2 |
| Óleo combustível com alto teor de enxofre | 39 |
| Óleo combustível com baixo teor de enxofre | 40,5 |
| Óleo combustível com baixo teor de enxofre | 41,7 |
| Óleo combustível sulfuroso | 39,6 |
| Álcool metílico (metanol) | 21,1 |
| álcool n-butílico | 36,8 |
| Óleo | 43,5…46 |
| Metano de óleo | 21,5 |
| Tolueno | 40,9 |
| Espírito branco (GOST 313452) | 44 |
| etilenoglicol | 13,3 |
| Álcool etílico (etanol) | 30,6 |
Calor específico de combustão de combustível gasoso e gases combustíveis
Uma tabela do calor específico de combustão do combustível gasoso e de alguns outros gases combustíveis na dimensão MJ/kg é apresentada. Dos gases considerados, o maior calor específico de massa de combustão difere. Com a combustão completa de um quilo desse gás, serão liberados 119,83 MJ de calor. Além disso, um combustível como o gás natural tem um alto poder calorífico - o calor específico de combustão do gás natural é de 41 ... 49 MJ / kg (para 50 MJ / kg puros).
| Combustível | Calor específico de combustão, MJ/kg |
|---|---|
| 1-Buteno | 45,3 |
| Amônia | 18,6 |
| Acetileno | 48,3 |
| Hidrogênio | 119,83 |
| Hidrogênio, mistura com metano (50% H 2 e 50% CH 4 em massa) | 85 |
| Hidrogênio, mistura com metano e monóxido de carbono (33-33-33% em peso) | 60 |
| Hidrogênio, mistura com monóxido de carbono (50% H 2 50% CO 2 em massa) | 65 |
| Gás de Alto Forno | 3 |
| gás de coqueria | 38,5 |
| Gás hidrocarboneto liquefeito de GLP (propano-butano) | 43,8 |
| Isobutano | 45,6 |
| Metano | 50 |
| n-butano | 45,7 |
| n-hexano | 45,1 |
| n-pentano | 45,4 |
| Gás associado | 40,6…43 |
| Gás natural | 41…49 |
| Propagação | 46,3 |
| Propano | 46,3 |
| Propileno | 45,8 |
| Propileno, mistura com hidrogênio e monóxido de carbono (90%-9%-1% em peso) | 52 |
| Etano | 47,5 |
| Etileno | 47,2 |
Calor específico de combustão de alguns materiais combustíveis
É fornecida uma tabela do calor específico de combustão de alguns materiais combustíveis (madeira, papel, plástico, palha, borracha, etc.). Deve-se notar materiais com alta liberação de calor durante a combustão. Tais materiais incluem: borracha de vários tipos, poliestireno expandido (poliestireno), polipropileno e polietileno.
| Combustível | Calor específico de combustão, MJ/kg |
|---|---|
| Papel | 17,6 |
| Couro sintético | 21,5 |
| Madeira (barras com teor de umidade de 14%) | 13,8 |
| Madeira em pilhas | 16,6 |
| Madeira de carvalho | 19,9 |
| madeira de abeto | 20,3 |
| madeira verde | 6,3 |
| Pinhal | 20,9 |
| Kapron | 31,1 |
| Produtos de carbólito | 26,9 |
| Cartão | 16,5 |
| Borracha de estireno-butadieno SKS-30AR | 43,9 |
| Borracha natural | 44,8 |
| Borracha sintética | 40,2 |
| SCS de borracha | 43,9 |
| Borracha de cloropreno | 28 |
| Linóleo de cloreto de polivinila | 14,3 |
| Linóleo de cloreto de polivinila de duas camadas | 17,9 |
| Linoleum polyvinylchloride em uma base de feltro | 16,6 |
| Cloreto de polivinila de linóleo em uma base quente | 17,6 |
| Policloreto de linóleo à base de tecido | 20,3 |
| Borracha de linóleo (relin) | 27,2 |
| Parafina sólida | 11,2 |
| Poliespuma PVC-1 | 19,5 |
| Poliespuma FS-7 | 24,4 |
| Poliespuma FF | 31,4 |
| Poliestireno expandido PSB-S | 41,6 |
| espuma de poliuretano | 24,3 |
| papelão | 20,9 |
| Policloreto de vinila (PVC) | 20,7 |
| Policarbonato | 31 |
| Polipropileno | 45,7 |
| Poliestireno | 39 |
| Polietileno de alta densidade | 47 |
| Polietileno de baixa pressão | 46,7 |
| Borracha | 33,5 |
| Ruberoide | 29,5 |
| Canal de fuligem | 28,3 |
| Feno | 16,7 |
| Canudo | 17 |
| Vidro orgânico (plexiglass) | 27,7 |
| Textolite | 20,9 |
| Para mim | 16 |
| TNT | 15 |
| Algodão | 17,5 |
| Celulose | 16,4 |
| Lã e fibras de lã | 23,1 |
Origens:
- GOST 147-2013 Combustível mineral sólido. Determinação do poder calorífico superior e cálculo do poder calorífico inferior.
- GOST 21261-91 Produtos petrolíferos. Método para determinação do poder calorífico bruto e cálculo do poder calorífico líquido.
- GOST 22667-82 Gases naturais combustíveis. Método de cálculo para determinação do poder calorífico, densidade relativa e número de Wobbe.
- GOST 31369-2008 Gás natural. Cálculo do poder calorífico, densidade, densidade relativa e número de Wobbe com base na composição do componente.
- Zemsky G. T. Propriedades inflamáveis de materiais inorgânicos e orgânicos: livro de referência M.: VNIIPO, 2016 - 970 p.
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A quantidade de calor liberada durante a combustão completa de uma quantidade unitária de combustível é chamada de poder calorífico (Q) ou, como às vezes é chamado, poder calorífico, ou poder calorífico, que é uma das principais características do combustível.
O poder calorífico dos gases é geralmente referido como 1 m3, tomadas em condições normais.
Nos cálculos técnicos, as condições normais são entendidas como o estado do gás a uma temperatura igual a 0 ° C e, a uma pressão de 760 mmHg Arte. O volume de gás nestas condições é indicado nm 3(metro cúbico normal).
Para medições de gás industrial de acordo com GOST 2923-45, a temperatura de 20 ° C e a pressão de 760 são consideradas condições normais mmHg Arte. O volume de gás referido a essas condições, em contraste com nm 3 nós vamos ligar m 3 (metro cúbico).
Valor calórico dos gases (Q)) Expresso em kcal/nm e ou em kcal/m3.
Para gases liquefeitos, o poder calorífico é referido a 1 kg.
Há maior (Q in) e menor (Q n) valor calórico. O poder calorífico bruto leva em consideração o calor de condensação do vapor de água formado durante a combustão do combustível. O poder calorífico líquido não leva em consideração o calor contido no vapor d'água dos produtos da combustão, pois o vapor d'água não condensa, mas é levado com os produtos da combustão.
Os conceitos Q in e Q n aplicam-se apenas aos gases, durante a combustão dos quais é libertado vapor de água (estes conceitos não se aplicam ao monóxido de carbono, que não produz vapor de água durante a combustão).
Quando o vapor de água condensa, o calor é liberado igual a 539 kcal/kg. Além disso, quando o condensado é resfriado a 0°C (ou 20°C), o calor é liberado, respectivamente, na quantidade de 100 ou 80 kcal/kg.
No total, devido à condensação do vapor de água, o calor é liberado mais de 600 kcal/kg, que é a diferença entre o poder calorífico bruto e líquido do gás. Para a maioria dos gases usados no abastecimento de gás urbano, essa diferença é de 8-10%.
Os valores do poder calorífico de alguns gases são dados na tabela. 3.
Para o abastecimento de gás urbano, atualmente são utilizados gases que, em regra, têm um poder calorífico de pelo menos 3500 kcal/nm 3. Isso é explicado pelo fato de que nas condições das cidades o gás é fornecido através de tubulações a distâncias consideráveis. Com um baixo valor calórico, é necessário fornecer uma grande quantidade. Isto conduz inevitavelmente a um aumento dos diâmetros dos gasodutos e, consequentemente, ao aumento dos investimentos em metal e fundos para a construção de redes de gás e, consequentemente, ao aumento dos custos operacionais. Uma desvantagem significativa dos gases de baixa caloria é que, na maioria dos casos, eles contêm uma quantidade significativa de monóxido de carbono, o que aumenta o perigo no uso de gás, bem como na manutenção de redes e instalações.
Gás com poder calorífico inferior a 3500 kcal/nm 3 mais utilizado na indústria, onde não é necessário transportá-lo por longas distâncias e é mais fácil organizar a incineração. Para o abastecimento de gás urbano, é desejável ter um poder calorífico constante do gás. As flutuações, como já estabelecemos, não são permitidas mais de 10%. Uma mudança maior no poder calorífico do gás requer um novo ajuste e, às vezes, uma mudança em um grande número de queimadores unificados para eletrodomésticos, o que está associado a dificuldades significativas.
