Substanțele de origine organică includ combustibilul care, atunci când este ars, eliberează o anumită cantitate de energie termică. Generarea de căldură ar trebui să fie caracterizată prin eficiență ridicată și absența efectelor secundare, în special a substanțelor dăunătoare sănătății umane și mediului.

Pentru ușurința încărcării în cuptor, materialul lemnos este tăiat în elemente individuale de până la 30 cm lungime.Pentru a crește eficiența utilizării lor, lemnul de foc trebuie să fie cât mai uscat posibil, iar procesul de ardere ar trebui să fie relativ lent. În multe privințe, lemnul de foc din lemn de esență tare precum stejarul și mesteacănul, alunul și frasinul, păducelul este potrivit pentru încălzirea spațiului. Datorită conținutului ridicat de rășină, vitezei crescute de ardere și puterii calorice scăzute, coniferele sunt semnificativ inferioare în acest sens.

Trebuie înțeles că densitatea lemnului afectează valoarea puterii calorice.

Este un material natural de origine vegetală, extras din roca sedimentară.

Acest tip de combustibil solid conține carbon și alte elemente chimice. Există o împărțire a materialului în tipuri în funcție de vârsta acestuia. Cărbunele brun este considerat cel mai tânăr, urmat de cărbune tare, iar antracitul este cel mai vechi dintre toate celelalte tipuri. Vârsta substanței combustibile determină și conținutul de umiditate al acesteia, care este mai prezent în materialul tânăr.

În timpul arderii cărbunelui, mediul este poluat, iar pe grătarul cazanului se formează zgură care, într-o anumită măsură, creează un obstacol în calea arderii normale. Prezența sulfului în material este, de asemenea, un factor nefavorabil pentru atmosferă, deoarece acest element este transformat în acid sulfuric în spațiul aerian.

Cu toate acestea, consumatorii nu ar trebui să se teamă pentru sănătatea lor. Producătorii acestui material, având grijă de clienții privați, caută să reducă conținutul de sulf din acesta. Puterea calorică a cărbunelui poate diferi chiar și în cadrul aceluiași tip. Diferența depinde de caracteristicile subspeciei și de conținutul de minerale din aceasta, precum și de geografia producției. Ca combustibil solid, se găsește nu numai cărbune pur, ci și zgură de cărbune slab îmbogățită presată în brichete.

Peleții (pelete de combustibil) sunt un combustibil solid creat industrial din lemn și deșeuri vegetale: așchii, scoarță, carton, paie.

Materia prima zdrobita la starea de praf este uscata si turnata in granulator, de unde deja iese sub forma de granule de o anumita forma. Pentru a adăuga vâscozitate masei, se folosește un polimer vegetal, lignina. Complexitatea procesului de producție și cererea mare formează costul peleților. Materialul este utilizat în cazane special echipate.

Tipurile de combustibil sunt determinate în funcție de materialul din care sunt prelucrate:

• cherestea rotundă de copaci de orice specie;
• paie;
• turbă;
• coajă de floarea soarelui.

Printre avantajele pe care le au peleții de combustibil, merită remarcate următoarele calități:

• prietenos cu mediul;
• incapacitatea de a se deforma și rezistența la ciuperci;
• ușurință de depozitare chiar și în aer liber;
• uniformitatea și durata arderii;
• cost relativ scăzut;
• posibilitatea de utilizare pentru diverse dispozitive de încălzire;
• dimensiunea adecvată a peleților pentru încărcarea automată într-un cazan special echipat.

Brichete

Brichetele sunt numite combustibil solid, în multe privințe similare cu peleții. Pentru fabricarea lor se folosesc materiale identice: așchii de lemn, așchii, turbă, coji și paie. În timpul procesului de producție, materia primă este zdrobită și formată în brichete prin compresie. Acest material aparține și combustibilului ecologic. Este convenabil să-l depozitați chiar și în aer liber. Arderea lină, uniformă și lentă a acestui combustibil poate fi observată atât în ​​seminee și sobe, cât și în cazanele de încălzire.

Varietățile de combustibili solizi ecologici discutați mai sus sunt o alternativă bună la generarea de căldură. Față de sursele fosile de energie termică, care afectează negativ mediul în timpul arderii și sunt, în plus, neregenerabile, combustibilii alternativi prezintă avantaje clare și un cost relativ scăzut, ceea ce este important pentru anumite categorii de consumatori.

În același timp, riscul de incendiu al unor astfel de combustibili este mult mai mare. Prin urmare, trebuie luate unele măsuri de precauție în ceea ce privește depozitarea acestora și utilizarea materialelor de perete rezistente la foc.

Combustibili lichizi și gazoși

În ceea ce privește substanțele combustibile lichide și gazoase, situația este următoarea.

Căldura de ardere este determinată de compoziția chimică a substanței combustibile. Elementele chimice conținute în substanța combustibilă sunt desemnate prin simbolurile acceptate Cu , H , O , N , S, iar cenușa și apa sunt simboluri DARși W respectiv.

YouTube enciclopedic

• 1 / 5

  Căldura de ardere poate fi legată de masa de lucru a combustibilului Q P (\displaystyle Q^(P)), adică la o substanță combustibilă în forma în care intră în consumator; la materia uscată Q C (\displaystyle Q^(C)); la masa combustibilă a materiei Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), adică la o substanță combustibilă care nu conține umiditate și cenușă.

  Distinge mai sus ( Q B (\displaystyle Q_(B))) și mai jos ( Q H (\displaystyle Q_(H))) căldură de ardere.

  Sub putere calorică mai mareînțelegeți cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a unei substanțe, inclusiv căldura de condensare a vaporilor de apă în timpul răcirii produselor de ardere.

  Puterea calorică netă corespunde cantității de căldură care se eliberează în timpul arderii complete, fără a ține cont de căldura de condensare a vaporilor de apă. Căldura de condensare a vaporilor de apă se mai numește căldură latentă de vaporizare (condens).

  Puterea calorică mai mică și cea mai mare sunt legate de raportul: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  unde k este un coeficient egal cu 25 kJ/kg (6 kcal/kg); W - cantitatea de apă din substanța combustibilă, % (în greutate); H este cantitatea de hidrogen din substanța combustibilă, % (în masă).

  Calculul căldurii de ardere

  Astfel, puterea calorică mai mare este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a unei unități de masă sau de volum (pentru gaz) a unei substanțe combustibile și răcirea produselor de ardere la temperatura punctului de rouă. În calculele de inginerie termică, puterea calorică brută este considerată 100%. Căldura latentă de ardere a gazului este căldura care este eliberată în timpul condensării vaporilor de apă conținuti în produsele de ardere. Teoretic, poate ajunge la 11%.

  În practică, nu este posibilă răcirea produselor de ardere până la condensarea completă și de aceea se introduce conceptul de putere calorică netă (QHp), care se obține prin scăderea din puterea calorică mai mare a căldurii de vaporizare a vaporilor de apă ambii conținute în substanta si formata in timpul arderii acesteia. 2514 kJ/kg (600 kcal/kg) sunt cheltuiți pentru vaporizarea a 1 kg de vapori de apă. Puterea calorică netă este determinată de formulele (kJ/kg sau kcal/kg):

  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))(pentru solid)

  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))(pentru o substanță lichidă), unde:

  2514 - căldură de vaporizare la 0 °C și presiunea atmosferică, kJ/kg;

  H P (\displaystyle H^(P))și W P (\displaystyle W^(P))- continutul de hidrogen si vapori de apa in combustibilul de lucru,%;

  9 - coeficient care arată că atunci când 1 kg de hidrogen este ars în combinație cu oxigen, se formează 9 kg de apă.

  Puterea calorică este cea mai importantă caracteristică a unui combustibil, deoarece determină cantitatea de căldură obținută prin arderea a 1 kg de combustibil solid sau lichid sau a 1 m³ de combustibil gazos în kJ/kg (kcal/kg). 1 kcal = 4,1868 sau 4,19 kJ.

  Puterea calorică netă se determină experimental pentru fiecare substanță și este o valoare de referință. Se poate determina și pentru materiale solide și lichide, cu o compoziție elementară cunoscută, prin calcul în conformitate cu formula lui D. I. Mendeleev, kJ/kg sau kcal/kg:

  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)+125\ 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)), Unde:

  C P (\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))- conținutul de carbon, hidrogen, oxigen, sulf volatil și umiditate în masa de lucru a combustibilului în % (în masă).

  Pentru calcule comparative se folosește așa-numitul Combustibil Convențional, care are o căldură specifică de ardere egală cu 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg).

  În Rusia, calculele termice (de exemplu, calcularea încărcăturii termice pentru a determina categoria unei încăperi pentru pericol de explozie și incendiu) sunt de obicei efectuate în funcție de cea mai mică putere calorică, în SUA, Marea Britanie, Franța - în funcție de cea mai mare. . În Regatul Unit și Statele Unite, înainte de introducerea sistemului metric, valorile specifice de încălzire au fost măsurate în unități termice britanice (BTU) per liră (lb) (1Btu/lb = 2,326 kJ/kg).

  Substanțe și materiale	Puterea calorică netă Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)), MJ/kg
  Benzină	41,87
  Kerosenul	43,54
  Hârtie: cărți, reviste	13,4
  Lemn (bare W = 14%)	13,8
  Cauciuc natural	44,73
  Linoleum cu clorură de polivinil	14,31
  Cauciuc	33,52
  Fibră discontinuă	13,8
  Polietilenă	47,14
  Styrofoam	41,6
  Bumbac slăbit	15,7
  Plastic	41,87

  PROPRIETĂȚI FIZICE ȘI CHIMICE ALE GAZELOR NATURALE

  Gazele naturale nu au culoare, miros sau gust.

  Principalii indicatori ai gazelor naturale includ: compoziția, căldura de ardere, densitatea, temperatura de ardere și aprindere, limitele de explozie și presiunea de explozie.

  Gazele naturale din zăcămintele de gaze pure constau în principal din metan (82-98%) și alte hidrocarburi.

  Gazul combustibil conține substanțe combustibile și incombustibile. Gazele combustibile includ: hidrocarburi, hidrogen, hidrogen sulfurat. Materialele neinflamabile includ: dioxid de carbon, oxigen, azot și vapori de apă. Compoziţia lor este scăzută şi se ridică la 0,1-0,3% CO2 şi 1-14% N2. După extracție, din gaz se extrage hidrogen sulfurat toxic, al cărui conținut nu trebuie să depășească 0,02 g/m3.

  Puterea calorică este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a 1 m3 de gaz. Căldura de ardere se măsoară în kcal/m3, kJ/m3 de gaz. Puterea calorică a gazelor naturale uscate este de 8000-8500 kcal/m 3 .

  Valoarea calculată prin raportul dintre masa unei substanțe și volumul acesteia se numește densitatea substanței. Densitatea se măsoară în kg/m3. Densitatea gazelor naturale depinde in totalitate de compozitia acestuia si se incadreaza in c = 0,73-0,85 kg/m3.

  Cea mai importantă caracteristică a oricărui gaz combustibil este puterea termică, adică temperatura maximă atinsă cu arderea completă a gazului, dacă cantitatea necesară de aer pentru ardere se potrivește exact cu formulele chimice de ardere și temperatura inițială a gazului și a aerului. este zero.

  Capacitatea termică a gazelor naturale este de aproximativ 2000 -2100 °C, metanul - 2043 °C. Temperatura reală de ardere în cuptoare este mult mai mică decât puterea termică și depinde de condițiile de ardere.

  Temperatura de aprindere este temperatura amestecului aer-combustibil la care amestecul se aprinde fără o sursă de aprindere. Pentru gazul natural, este în intervalul 645-700 °C.

  Toate gazele combustibile sunt explozive, capabile să se aprindă cu o flacără deschisă sau scânteie. Distinge limita inferioară și superioară de concentrație a propagării flăcării , adică concentrațiile inferioare și superioare la care este posibilă o explozie a amestecului. Limita inferioară de explozie a gazelor este de 3÷6%, limita superioară este de 12÷16%.

  Limite de explozie.

  Amestecul gaz-aer care conține cantitatea de gaz:

  până la 5% - nu arde;

  de la 5 la 15% - explodează;

  mai mult de 15% - arde atunci când este furnizat aer.

  Presiunea în timpul exploziei gazelor naturale este de 0,8-1,0 MPa.

  Toate gazele combustibile pot provoca otrăvire a corpului uman. Principalele substanțe toxice sunt: ​​monoxidul de carbon (CO), hidrogenul sulfurat (H 2 S), amoniacul (NH 3).

  Gazul natural nu are miros. Pentru a determina scurgerea, gazul este odorizat (adică îi dau un miros specific). Efectuarea odorizării se realizează folosind etil mercaptan. Efectuați odorizarea la stațiile de distribuție a gazelor (GDS). Când 1% din gazul natural intră în aer, mirosul acestuia începe să se simtă. Practica arată că rata medie de etil mercaptan pentru odorizarea gazelor naturale furnizate rețelelor orașului ar trebui să fie de 16 g la 1.000 m3 de gaz.

  În comparație cu combustibilii solizi și lichizi, gazele naturale câștigă în multe feluri:

  Ieftinitate relativă, care se explică printr-o modalitate mai ușoară de extracție și transport;

  Fără cenușă și îndepărtarea particulelor solide în atmosferă;

  Căldura mare de ardere;

  Nu este necesară pregătirea combustibilului pentru ardere;

  Munca lucrătorilor de servicii este facilitată și condițiile sanitare și igienice ale muncii acestora sunt îmbunătățite;

  Facilitează automatizarea proceselor de lucru.

  Datorită posibilelor scurgeri prin scurgeri în conexiunile și fitingurile conductelor de gaz, utilizarea gazelor naturale necesită o atenție și precauție deosebită. Pătrunderea a peste 20% din gaz în încăpere poate duce la sufocare, iar dacă este prezent într-un volum închis de la 5 la 15%, poate provoca o explozie a amestecului gaz-aer. Arderea incompletă produce monoxid de carbon CO toxic, care chiar și la concentrații mici duce la otrăvirea personalului operator.

  După originea lor, gazele naturale se împart în două grupe: uscate și grase.

  Uscat gazele sunt gaze de origine minerală și se găsesc în zone asociate cu activitatea vulcanică prezentă sau trecută. Gazele uscate constau aproape exclusiv din metan singur cu conținut neglijabil de componente de balast (azot, dioxid de carbon) și au o putere calorică Qн=7000÷9000 kcal/nm3.

  gras gazele însoțesc câmpurile petroliere și se acumulează de obicei în straturile superioare. Prin origine, gazele grase sunt apropiate de petrol și conțin multe hidrocarburi ușor condensabile. Puterea calorică a gazelor lichide Qн=8000-15000 kcal/nm3

  Avantajele combustibilului gazos includ ușurința de transport și ardere, absența umidității cenușii și simplitatea semnificativă a echipamentului cazanului.

  Alături de gazele naturale se mai folosesc gaze combustibile artificiale, obținute în timpul prelucrării combustibililor solizi, sau ca urmare a exploatării instalațiilor industriale ca gaze reziduale. Gazele artificiale constau din gaze combustibile de ardere incompletă a combustibilului, gaze de balast și vapori de apă și se împart în bogate și sărace, având o putere calorică medie de 4500 kcal/m3, respectiv 1300 kkam3. Compoziția gazelor: hidrogen, metan, alți compuși hidrocarburi CmHn, hidrogen sulfurat H 2 S, gaze necombustibile, dioxid de carbon, oxigen, azot și o cantitate mică de vapori de apă. Balast - azot și dioxid de carbon.

  Astfel, compoziția combustibilului gazos uscat poate fi reprezentată ca următorul amestec de elemente:

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

  Compoziția combustibilului gazos umed se exprimă după cum urmează:

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

  Căldura de ardere uscat combustibil gazos kJ/m3 (kcal/m3) la 1 m3 de gaz în condiții normale se determină după cum urmează:

  Qn \u003d 0,01,

  Unde Qi este puterea calorică a gazului corespunzător.

  Căldura de ardere a combustibilului gazos este dată în tabelul 3.

  Gaz de furnal formate în timpul topirii fierului în furnalele înalte. Randamentul și compoziția sa chimică depind de proprietățile încărcăturii și ale combustibilului, de modul de funcționare al cuptorului, de metodele de intensificare a procesului și de alți factori. Producția de gaz variază între 1500-2500 m 3 per tonă de fontă. Ponderea componentelor incombustibile (N 2 și CO 2) în gazul de furnal este de aproximativ 70%, ceea ce determină performanța termică scăzută a acestuia (cea mai mică putere calorică a gazului este de 3-5 MJ/m 3).

  La arderea gazului de furnal, temperatura maximă a produselor de ardere (excluzând pierderile de căldură și consumul de căldură pentru disocierea CO 2 și H 2 O) este de 400-1500 0 C. Dacă gazul și aerul sunt încălzite înainte de ardere, temperatura produselor de ardere poate fi crescută semnificativ.

  gaz feroaliaj formate în timpul topirii feroaliajelor în cuptoarele de reducere a minereului. Gazele de evacuare din cuptoarele închise pot fi folosite ca combustibil SER (resurse de energie secundară). În cuptoarele deschise, datorită accesului liber al aerului, gazul arde deasupra. Randamentul și compoziția gazului feroaliaj depind de gradul topitului

  aliaj, compoziția sarcinii, modul de funcționare a cuptorului, puterea acestuia etc. Compoziția gazului: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, O2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

  gaz convertizor formate în timpul topirii oțelului în convertoarele de oxigen. Gazul constă în principal din monoxid de carbon, randamentul și compoziția acestuia în timpul topirii se modifică semnificativ. După purificare, compoziția gazului este aproximativ următoarea: 70-80% CO; 15-20% C02; 0,5-0,8% O2; 3-12% N 2. Căldura de ardere a gazului este de 8,4-9,2 MJ/m 3 . Temperatura maximă de ardere atinge 2000 0 С.

  gaz de cuptor de cocs formată în timpul cocsării încărcăturii de cărbune. În metalurgia feroasă, se folosește după extracția produselor chimice. Compoziția gazului cuptorului de cocs depinde de proprietățile încărcăturii de cărbune și de condițiile de cocsificare. Fracțiile de volum ale componentelor din gaz sunt în următoarele limite, %: 52-62H2; 0,3-0,6 O2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO2. Căldura de ardere este de 17-17,6 MJ / m ^ 3, temperatura maximă a produselor de ardere este de 2070 0 С.

  5. ECHILIBRUL TERMIC AL ARDELOR

  Luați în considerare metode pentru calcularea bilanţului termic al procesului de ardere a combustibililor gazoși, lichizi și solizi. Calculul se reduce la rezolvarea următoarelor probleme.

  · Determinarea căldurii de ardere (puterea calorică) a combustibilului.

  · Determinarea temperaturii teoretice de ardere.

  5.1. Căldura de ardere

  Reacțiile chimice sunt însoțite de eliberarea sau absorbția de căldură. Când se eliberează căldură, reacția se numește exotermă, iar când este absorbită, se numește endotermă. Toate reacțiile de ardere sunt exoterme, iar produsele de ardere sunt compuși exotermi.

  Căldura eliberată (sau absorbită) în timpul unei reacții chimice se numește căldură de reacție. În reacțiile exoterme este pozitiv, în reacțiile endoterme este negativ. Reacția de ardere este întotdeauna însoțită de eliberarea de căldură. Căldura de ardere Q g(J/mol) este cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a unui mol de substanță și transformării unei substanțe combustibile în produse de ardere completă. Alunița este unitatea de bază SI pentru cantitatea unei substanțe. Un mol este o astfel de cantitate dintr-o substanță care conține tot atâtea particule (atomi, molecule etc.) câte atomi există în 12 g izotop de carbon-12. Masa unei cantități dintr-o substanță egală cu 1 mol (masă moleculară sau molară) coincide numeric cu greutatea moleculară relativă a unei substanțe date.

  De exemplu, greutatea moleculară relativă a oxigenului (O2) este 32, dioxidul de carbon (CO2) este 44, iar greutățile moleculare corespunzătoare ar fi M=32 g/mol și M=44 g/mol. Astfel, un mol de oxigen conține 32 de grame din această substanță, iar un mol de CO 2 conține 44 de grame de dioxid de carbon.

  În calculele tehnice, nu se folosește adesea căldura de ardere Q g, și puterea calorică a combustibilului Q(J/kg sau J/m 3). Puterea calorică a unei substanțe este cantitatea de căldură care se degajă în timpul arderii complete a 1 kg sau 1 m 3 dintr-o substanță. Pentru substanțele lichide și solide, calculul se efectuează la 1 kg, iar pentru substanțele gazoase, la 1 m 3.

  Cunoașterea căldurii de ardere și a puterii calorice a combustibilului este necesară pentru a calcula temperatura de ardere sau de explozie, presiunea de explozie, viteza de propagare a flăcării și alte caracteristici. Puterea calorică a combustibilului se determină fie experimental, fie prin calcul. La determinarea experimentală a puterii calorifice, o masă dată de combustibil solid sau lichid este arsă într-o bombă calorimetrică, iar în cazul combustibilului gazos, într-un calorimetru cu gaz. Aceste dispozitive măsoară căldura totală Q 0 , eliberat în timpul arderii unei probe de cântărire de combustibil m. Valoare calorica Q g se gaseste dupa formula

  Relația dintre căldura de ardere și
  puterea calorică a combustibilului

  Pentru a stabili o relație între căldura de ardere și puterea calorică a unei substanțe, este necesar să scrieți ecuația pentru reacția chimică de ardere.

  Produsul arderii complete a carbonului este dioxidul de carbon:

  C + O 2 → CO 2.

  Produsul arderii complete a hidrogenului este apa:

  2H2 + O2 → 2H2O.

  Produsul arderii complete a sulfului este dioxidul de sulf:

  S + O 2 → SO 2.

  În același timp, azotul, halogenurile și alte elemente incombustibile sunt eliberate în formă liberă.

  gaz combustibil

  Ca exemplu, vom calcula puterea calorică a metanului CH 4, pentru care căldura de ardere este egală cu Q g=882.6 .

  Determinați greutatea moleculară a metanului în conformitate cu formula sa chimică (CH4):

  М=1∙12+4∙1=16 g/mol.

  Determinați puterea calorică a 1 kg de metan:

  Să aflăm volumul a 1 kg de metan, cunoscând densitatea lui ρ=0,717 kg/m 3 în condiții normale:

  .

  Determinați puterea calorică a 1 m 3 de metan:

  Puterea calorică a oricăror gaze combustibile este determinată în mod similar. Pentru multe substanțe comune, valorile calorice și puterile calorice au fost măsurate cu mare precizie și sunt date în literatura de referință relevantă. Să oferim un tabel de valori pentru puterea calorică a unor substanțe gazoase (Tabelul 5.1). Valoare Qîn acest tabel este dat în MJ / m 3 și în kcal / m 3, deoarece 1 kcal = 4,1868 kJ este adesea folosit ca unitate de căldură.

  Tabelul 5.1

  Puterea calorică a combustibililor gazoși

  Substanţă			Acetilenă
  Q

  Substanță combustibilă - lichidă sau solidă

  Ca exemplu, vom calcula puterea calorică a alcoolului etilic C 2 H 5 OH, pentru care căldura de ardere Q g= 1373,3 kJ/mol.

  Determinați greutatea moleculară a alcoolului etilic în conformitate cu formula sa chimică (C 2 H 5 OH):

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

  Determinați puterea calorică a 1 kg de alcool etilic:

  Puterea calorică a oricărui combustibil lichid și solid este determinată în mod similar. În tabel. 5.2 și 5.3 arată puterile calorice Q(MJ/kg și kcal/kg) pentru unele substanțe lichide și solide.

  Tabelul 5.2

  Puterea calorică a combustibililor lichizi

  Substanţă		Alcool metilic	Etanol			Păcură, ulei
  Q

  Tabelul 5.3

  Puterea calorică a combustibililor solizi

  Substanţă		lemn proaspăt	lemn uscat	Cărbune brun	Turba uscata	Antracit, cola
  Q

  formula lui Mendeleev

  Dacă puterea calorică a combustibilului este necunoscută, atunci aceasta poate fi calculată folosind formula empirică propusă de D.I. Mendeleev. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți compoziția elementară a combustibilului (formula echivalentă a combustibilului), adică procentul următoarelor elemente din acesta:

  Oxigen (O);

  Hidrogen (H);

  Carbon (C);

  sulf (S);

  Cenușă (A);

  Apa (W).

  Produsele de ardere a combustibililor conțin întotdeauna vapori de apă, care se formează atât din cauza prezenței umidității în combustibil, cât și în timpul arderii hidrogenului. Produsele reziduale de ardere părăsesc instalația industrială la o temperatură peste temperatura punctului de rouă. Prin urmare, căldura care se degajă în timpul condensării vaporilor de apă nu poate fi folosită util și nu trebuie luată în considerare în calculele termice.

  Valoarea calorică netă este de obicei utilizată pentru calcul. Q n combustibil, care ține cont de pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi, valoarea Q n(MJ / kg) este determinată aproximativ de formula Mendeleev:

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

  unde conținutul procentual (% în masă) al elementelor corespunzătoare din compoziția combustibilului este indicat în paranteze.

  Această formulă ia în considerare căldura reacțiilor de combustie exotermă a carbonului, hidrogenului și sulfului (cu semnul plus). Oxigenul, care face parte din combustibil, înlocuiește parțial oxigenul din aer, astfel încât termenul corespunzător din formula (5.1) este luat cu semnul minus. Când umiditatea se evaporă, căldura este consumată, astfel încât termenul corespunzător care conține W este luat și cu semnul minus.

  Compararea datelor calculate și experimentale privind puterea calorică a diferiților combustibili (lemn, turbă, cărbune, petrol) a arătat că calculul conform formulei Mendeleev (5.1) dă o eroare care nu depășește 10%.

  Puterea calorică netă Q n(MJ/m 3) de gaze combustibile uscate pot fi calculate cu suficientă precizie ca suma produselor din puterea calorică a componentelor individuale și procentul acestora în 1 m 3 de combustibil gazos.

  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)

  unde conținutul procentual (vol.%) al gazelor corespunzătoare din amestec este indicat între paranteze.

  Puterea calorică medie a gazelor naturale este de aproximativ 53,6 MJ/m 3 . În gazele combustibile produse artificial, conținutul de CH 4 metan este neglijabil. Principalele componente combustibile sunt hidrogenul H2 și monoxidul de carbon CO. În gazul cuptorului de cocs, de exemplu, conținutul de H2 atinge (55 ÷ 60)%, iar puterea calorică netă a unui astfel de gaz ajunge la 17,6 MJ/m3. În gazul generator, conținutul de CO ~ 30% și H 2 ~ 15%, în timp ce puterea calorică netă a gazului generator Q n= (5,2÷6,5) MJ/m 3 . În gazul de furnal, conținutul de CO și H2 este mai mic; magnitudinea Q n= (4,0÷4,2) MJ/m 3 .

  Luați în considerare exemple de calcul al puterii calorice a substanțelor folosind formula Mendeleev.

  Să determinăm puterea calorică a cărbunelui, a cărei compoziție elementară este dată în tabel. 5.4.

  Tabelul 5.4

  Compoziția elementară a cărbunelui

  Să înlocuim datele din tab. 5.4 date în formula Mendeleev (5.1) (azotul N și cenușa A nu sunt incluse în această formulă, deoarece sunt substanțe inerte și nu participă la reacția de ardere):

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

  Să determinăm cantitatea de lemn de foc necesară pentru a încălzi 50 de litri de apă de la 10 ° C la 100 ° C, dacă 5% din căldura eliberată în timpul arderii este cheltuită pentru încălzire și capacitatea de căldură a apei cu\u003d 1 kcal / (kg ∙ grade) sau 4,1868 kJ / (kg ∙ grade). Compoziția elementară a lemnului de foc este dată în tabel. 5.5:

  Tabelul 5.5

  Compoziția elementară a lemnului de foc

  	Să aflăm puterea calorică a lemnului de foc după formula lui Mendeleev (5.1): Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. Determinați cantitatea de căldură consumată pentru încălzirea apei la arderea a 1 kg de lemn de foc (ținând cont de faptul că 5% din căldura (a = 0,05) degajată în timpul arderii este cheltuită pentru încălzirea acesteia): Q 2=a Q n=0,05 17,12=0,86 MJ/kg. Determinați cantitatea de lemn de foc necesară pentru a încălzi 50 de litri de apă de la 10°C la 100°C: kg. Astfel, pentru încălzirea apei sunt necesare aproximativ 22 kg de lemn de foc.

  Cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei cantități unitare de combustibil se numește putere calorică (Q) sau, așa cum se numește uneori, putere calorică sau putere calorică, care este una dintre principalele caracteristici ale combustibilului.

  Puterea calorică a gazelor este de obicei denumită 1 m 3, luate în condiții normale.

  În calculele tehnice, condițiile normale sunt înțelese ca starea gazului la o temperatură egală cu 0 ° C și, la o presiune de 760 mmHg Artă. Se notează volumul de gaz în aceste condiții nm 3(metru cub normal).

  Pentru măsurătorile industriale ale gazelor în conformitate cu GOST 2923-45, temperatura de 20 ° C și presiunea de 760 sunt considerate condiții normale mmHg Artă. Volumul de gaz se referea la aceste condiții, spre deosebire de nm 3 vom suna m 3 (metru cub).

  Puterea calorică a gazelor (Q)) exprimat în kcal/nm e sau în kcal/m3.

  Pentru gazele lichefiate, puterea calorică se referă la 1 kg.

  Există putere calorică mai mare (Q in) și mai mică (Q n). Puterea calorică brută ia în considerare căldura de condensare a vaporilor de apă formată în timpul arderii combustibilului. Puterea calorică netă nu ține cont de căldura conținută în vaporii de apă ai produselor de ardere, deoarece vaporii de apă nu se condensează, ci sunt transportați cu produsele de ardere.

  Conceptele Q in și Q n se aplică numai acelor gaze, în timpul arderii cărora se eliberează vapori de apă (aceste concepte nu se aplică monoxidului de carbon, care nu dă vapori de apă în timpul arderii).

  Când vaporii de apă se condensează, se eliberează căldură egală cu 539 kcal/kg.În plus, atunci când condensul este răcit la 0°C (sau 20°C), căldura este eliberată, respectiv, în cantitate de 100 sau 80 kcal/kg.

  În total, datorită condensării vaporilor de apă, căldura este eliberată mai mult de 600 kcal/kg, care este diferența dintre puterea calorică brută și cea netă a gazului. Pentru majoritatea gazelor utilizate în alimentarea cu gaze urbane, această diferență este de 8-10%.

  Valorile puterii calorice a unor gaze sunt date în tabel. 3.

  Pentru alimentarea cu gaze urbane se folosesc în prezent gaze care, de regulă, au o putere calorică de cel puțin 3500 kcal / nm 3. Acest lucru se explică prin faptul că, în condițiile orașelor, gazul este furnizat prin conducte pe distanțe considerabile. Cu o putere calorică scăzută, este necesar să se furnizeze o cantitate mare. Acest lucru duce inevitabil la o creștere a diametrelor conductelor de gaz și, ca urmare, la o creștere a investițiilor metalice și a fondurilor pentru construcția rețelelor de gaze și, ulterior, la o creștere a costurilor de exploatare. Un dezavantaj semnificativ al gazelor cu conținut scăzut de calorii este că în majoritatea cazurilor conțin o cantitate semnificativă de monoxid de carbon, ceea ce crește pericolul la utilizarea gazului, precum și la întreținerea rețelelor și instalațiilor.

  
  
  

  Gaz cu putere calorică mai mică de 3500 kcal/nm 3 cel mai des folosit in industrie, unde nu este necesara transportul pe distante mari si este mai usor de organizat incinerarea. Pentru alimentarea cu gaze urbane, este de dorit să existe o putere calorică constantă a gazului. Fluctuațiile, așa cum am stabilit deja, nu sunt permise mai mult de 10%. O modificare mai mare a puterii calorice a gazului necesită o nouă ajustare și, uneori, o schimbare a unui număr mare de arzătoare unificate pentru aparatele de uz casnic, care este asociată cu dificultăți semnificative.