În fiecare zi, aprinzând arzătorul de pe aragaz, puțini oameni se gândesc la cât timp în urmă au început să producă gaz. La noi, dezvoltarea sa a început în secolul al XX-lea. Înainte de asta, a fost găsit pur și simplu la extragerea produselor petroliere. Puterea calorică a gazelor naturale este atât de mare încât astăzi această materie primă este pur și simplu de neînlocuit, iar omologii săi de înaltă calitate nu au fost încă dezvoltați.

Tabelul cu putere calorică vă va ajuta să alegeți combustibilul pentru încălzirea locuinței

Caracteristica combustibilului fosili

Gazul natural este un combustibil fosil important care ocupă o poziție de lider în bilanțele de combustibil și energie ale multor state. Pentru a furniza combustibil, orașele și tot felul de întreprinderi tehnice consumă diverse gaze combustibile, deoarece gazele naturale sunt considerate periculoase.

Ecologiștii cred că gazul este cel mai pur combustibil; atunci când este ars, eliberează mult mai puține substanțe toxice decât lemnul, cărbunele și petrolul. Acest combustibil este folosit zilnic de oameni și conține un astfel de aditiv ca odorant, se adaugă la instalațiile echipate în raport de 16 miligrame la 1.000 de metri cubi de gaz.

O componentă importantă a substanței este metanul (aproximativ 88-96%), restul sunt alte substanțe chimice:

• butan;
• sulfat de hidrogen;
• propan;
• azot;
• oxigen.

În acest videoclip, vom lua în considerare rolul cărbunelui:

Cantitatea de metan din combustibilul natural depinde direct de domeniul său.

Tipul de combustibil descris constă din componente hidrocarburi și non-hidrocarburi. Combustibilul fosil natural este în primul rând metanul, care include butan și propan. În plus față de componentele de hidrocarburi, în combustibilul fosil descris sunt prezente azot, sulf, heliu și argon. Se găsesc și vapori lichizi, dar numai în câmpurile de gaz și petrol.

Tipuri de depozit

Se notează mai multe tipuri de zăcăminte de gaze. Ele sunt împărțite în următoarele tipuri:

• gaz;
• ulei.

Caracteristica lor distinctivă este conținutul de hidrocarburi. Zăcămintele de gaze conțin aproximativ 85-90% din substanța prezentată, câmpurile petroliere nu conțin mai mult de 50%. Procentele rămase sunt ocupate de substanțe precum butanul, propanul și uleiul.

Un mare dezavantaj al generării uleiului este spălarea acestuia din diferite tipuri de aditivi. Sulful ca impuritate este exploatat la întreprinderile tehnice.

Consumul de gaze naturale

Butanul este consumat ca combustibil la benzinăriile pentru mașini, iar pentru alimentarea brichetelor se folosește o substanță organică numită „propan”. Acetilena este foarte inflamabilă și este utilizată la sudarea și tăierea metalelor.

Combustibilii fosili sunt folosiți în viața de zi cu zi:

• coloane;
• aragaz;

Acest tip de combustibil este considerat cel mai bugetar și inofensiv, singurul dezavantaj este emisia de dioxid de carbon în timpul arderii în atmosferă. Oamenii de știință de pe întreaga planetă caută un înlocuitor pentru energia termică.

Valoare calorica

Puterea calorică a gazelor naturale este cantitatea de căldură generată cu arderea suficientă a unei unități de combustibil. Cantitatea de căldură degajată în timpul arderii se referă la un metru cub, luată în condiții naturale.

Capacitatea termică a gazelor naturale se măsoară în următorii termeni:

• kcal / nm 3;
• kcal / m 3.

Există o putere calorică mare și scăzută:

1. Înalt. Se ia în considerare căldura vaporilor de apă care apare în timpul arderii combustibilului.
2. Scăzut. Nu ține cont de căldura conținută în vaporii de apă, deoarece astfel de vapori nu se pretează la condens, ci pleacă cu produse de ardere. Datorită acumulării de vapori de apă, formează o cantitate de căldură egală cu 540 kcal/kg. În plus, atunci când condensul se răcește, se eliberează căldură de la 80 la o sută de kcal / kg. În general, datorită acumulării de vapori de apă, se formează mai mult de 600 kcal / kg, aceasta este caracteristica distinctivă între puterea termică ridicată și scăzută.

Pentru marea majoritate a gazelor consumate într-un sistem urban de distribuție a combustibilului, diferența echivalează cu 10%. Pentru a asigura orașele cu gaz, puterea calorică a acestuia trebuie să fie mai mare de 3500 kcal/Nm 3 . Acest lucru se explică prin faptul că alimentarea se realizează prin conductă pe distanțe lungi. Dacă puterea calorică este scăzută, atunci aportul său crește.

Dacă puterea calorică a gazelor naturale este mai mică de 3500 kcal / Nm 3, acesta este mai des folosit în industrie. Nu trebuie transportat pe distanțe lungi și devine mult mai ușor de realizat arderea. Modificările serioase ale puterii calorice a gazului necesită o reglare frecventă și uneori înlocuirea unui număr mare de arzătoare standardizate ale senzorilor de uz casnic, ceea ce duce la dificultăți.

Această situație duce la o creștere a diametrului conductei de gaz, precum și la o creștere a costului metalului, a rețelelor de așezare și a funcționării. Marele dezavantaj al combustibililor fosili cu conținut scăzut de calorii este conținutul imens de monoxid de carbon, în legătură cu acesta, nivelul de pericol crește în timpul funcționării combustibilului și în timpul întreținerii conductei, la rândul său, precum și a echipamentelor.

Căldura degajată în timpul arderii, care nu depășește 3500 kcal/nm 3 , este folosită cel mai adesea în producția industrială, unde nu este necesar să o transfere pe distanțe lungi și să formeze ușor arderea.

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.

Tabelele prezintă căldura specifică masei de ardere a combustibilului (lichid, solid și gazos) și a altor materiale combustibile. Se au în vedere combustibili precum: cărbune, lemn de foc, cocs, turbă, kerosen, petrol, alcool, benzină, gaze naturale etc.

Lista de mese:

Într-o reacție exotermă de oxidare a combustibilului, energia sa chimică este convertită în energie termică cu eliberarea unei anumite cantități de căldură. Energia termică rezultată se numește căldură de ardere a combustibilului. Depinde de compoziția sa chimică, umiditate și este cea principală. Puterea calorică a combustibilului, referită la 1 kg de masă sau 1 m 3 de volum, formează puterea calorică specifică masei sau volumetrice.

Căldura specifică de ardere a combustibilului este cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei unități de masă sau de volum de combustibil solid, lichid sau gazos. În Sistemul Internațional de Unități, această valoare este măsurată în J / kg sau J / m 3.

Căldura specifică de ardere a unui combustibil poate fi determinată experimental sau calculată analitic. Metodele experimentale de determinare a puterii calorice se bazează pe măsurarea practică a cantității de căldură degajată în timpul arderii combustibilului, de exemplu, într-un calorimetru cu un termostat și o bombă cu ardere. Pentru un combustibil cu o compoziție chimică cunoscută, căldura specifică de ardere poate fi determinată din formula lui Mendeleev.

Există călduri specifice de ardere mai mari și mai mici. Puterea calorică brută este egală cu cantitatea maximă de căldură degajată în timpul arderii complete a combustibilului, ținând cont de căldura consumată la evaporarea umidității conținute în combustibil. Puterea calorică inferioară este mai mică decât valoarea mai mare cu valoarea căldurii de condensare, care se formează din umiditatea combustibilului și hidrogenul din masa organică, care se transformă în apă în timpul arderii.

Pentru a determina indicatorii de calitate a combustibilului, precum și în calculele de inginerie termică folosesc de obicei cea mai scăzută căldură specifică de ardere, care este cea mai importantă caracteristică termică și operațională a combustibilului și este dată în tabelele de mai jos.

Căldura specifică de ardere a combustibilului solid (cărbune, lemn de foc, turbă, cocs)

Tabelul prezintă valorile căldurii specifice de ardere a combustibilului solid uscat în unitatea de MJ/kg. Combustibilul din tabel este aranjat după nume, în ordine alfabetică.

Dintre combustibilii solizi considerați, cărbunele de cocsificare are cea mai mare putere calorică - căldura sa specifică de ardere este de 36,3 MJ/kg (sau 36,3·10 6 J/kg în unități SI). În plus, puterea calorică mare este caracteristică cărbunelui, antracitului, cărbunelui și cărbunelui brun.

Combustibilii cu eficiență energetică scăzută includ lemnul, lemnul de foc, praful de pușcă, freztorf, șisturile petroliere. De exemplu, căldura specifică de ardere a lemnului de foc este de 8,4 ... 12,5, iar praful de pușcă - doar 3,8 MJ / kg.

Căldura specifică de ardere a combustibilului solid (cărbune, lemn de foc, turbă, cocs)

Combustibil
Antracit	26,8…34,8
Pelete de lemn (pastile)	18,5
Lemn de foc uscat	8,4…11
Lemn de foc uscat de mesteacan	12,5
cocs de gaz	26,9
cocs de furnal	30,4
semi-cocs	27,3
Pudra	3,8
Ardezie	4,6…9
șisturi bituminoase	5,9…15
Propulsor solid	4,2…10,5
Turbă	16,3
turbă fibroasă	21,8
Măcinarea turbei	8,1…10,5
Pesmet de turbă	10,8
Cărbune brun	13…25
Cărbune brun (brichete)	20,2
Cărbune brun (praf)	25
Cărbune de Donețk	19,7…24
Cărbune	31,5…34,4
Cărbune	27
Cărbune cocsificabil	36,3
Cărbune de Kuznetsk	22,8…25,1
Cărbune din Chelyabinsk	12,8
cărbune Ekibastuz	16,7
freztorf	8,1
Zgură	27,5

Căldura specifică de ardere a combustibilului lichid (alcool, benzină, kerosen, ulei)

Este dat tabelul căldurii specifice de ardere a combustibilului lichid și a altor lichide organice. Trebuie remarcat faptul că carburanții precum benzina, motorina și uleiul se caracterizează prin degajare mare de căldură în timpul arderii.

Căldura specifică de ardere a alcoolului și acetonei este semnificativ mai mică decât combustibilii tradiționali. În plus, propulsorul lichid are o putere calorică relativ scăzută și, odată cu arderea completă a 1 kg din aceste hidrocarburi, se va degaja o cantitate de căldură egală cu 9,2, respectiv 13,3 MJ.

Căldura specifică de ardere a combustibilului lichid (alcool, benzină, kerosen, ulei)

Combustibil	Căldura specifică de ardere, MJ/kg
Acetonă	31,4
Benzină A-72 (GOST 2084-67)	44,2
Benzină de aviație B-70 (GOST 1012-72)	44,1
Benzină AI-93 (GOST 2084-67)	43,6
Benzen	40,6
Combustibil diesel de iarnă (GOST 305-73)	43,6
Combustibil diesel de vară (GOST 305-73)	43,4
Propulsor lichid (kerosen + oxigen lichid)	9,2
Kerosenul de aviație	42,9
Kerosen de iluminat (GOST 4753-68)	43,7
xilen	43,2
Păcură cu conținut ridicat de sulf	39
Păcură cu conținut scăzut de sulf	40,5
Păcură cu conținut scăzut de sulf	41,7
Păcură sulfuroasă	39,6
Alcool metilic (metanol)	21,1
Alcool n-butilic	36,8
Ulei	43,5…46
Ulei metan	21,5
Toluen	40,9
Spirit alb (GOST 313452)	44
etilen glicol	13,3
Alcool etilic (etanol)	30,6

Căldura specifică de ardere a combustibilului gazos și a gazelor combustibile

Este prezentat un tabel cu căldura specifică de ardere a combustibilului gazos și a altor gaze combustibile în dimensiunea MJ/kg. Dintre gazele considerate, cea mai mare masă specifică de căldură de ardere diferă. Odată cu arderea completă a unui kilogram din acest gaz, vor fi eliberate 119,83 MJ de căldură. De asemenea, un combustibil precum gazul natural are o putere calorică mare - căldura specifică de ardere a gazelor naturale este de 41 ... 49 MJ/kg (pentru 50 MJ/kg pur).

Căldura specifică de ardere a combustibilului gazos și a gazelor combustibile (hidrogen, gaz natural, metan)

Combustibil	Căldura specifică de ardere, MJ/kg
1-Butene	45,3
Amoniac	18,6
Acetilenă	48,3
Hidrogen	119,83
Hidrogen, amestec cu metan (50% H2 și 50% CH4 în masă)	85
Hidrogen, amestec cu metan și monoxid de carbon (33-33-33% în greutate)	60
Hidrogen, amestec cu monoxid de carbon (50% H 2 50% CO 2 în masă)	65
Gaz de furnal	3
gaz de cuptor de cocs	38,5
Gaz de hidrocarburi lichefiate GPL (propan-butan)	43,8
izobutan	45,6
Metan	50
n-butan	45,7
n-hexan	45,1
n-Pentan	45,4
Gaz asociat	40,6…43
Gaz natural	41…49
Propadien	46,3
propan	46,3
propilenă	45,8
Propilenă, amestec cu hidrogen și monoxid de carbon (90%-9%-1% în greutate)	52
etan	47,5
Etilenă	47,2

Căldura specifică de ardere a unor materiale combustibile

Este dat un tabel al căldurii specifice de ardere a unor materiale combustibile (, lemn, hârtie, plastic, paie, cauciuc etc.). Trebuie remarcate materialele cu degajare mare de căldură în timpul arderii. Astfel de materiale includ: diverse tipuri de cauciuc, polistiren expandat (polistiren), polipropilenă și polietilenă.

Căldura specifică de ardere a unor materiale combustibile

Combustibil	Căldura specifică de ardere, MJ/kg
Hârtie	17,6
Imitaţie de piele	21,5
Lemn (bare cu un conținut de umiditate de 14%)	13,8
Lemn în stive	16,6
lemn de stejar	19,9
Lemn de molid	20,3
lemn verde	6,3
Lemn de pin	20,9
Kapron	31,1
Produse carbolite	26,9
Carton	16,5
Cauciuc stiren-butadien SKS-30AR	43,9
Cauciuc natural	44,8
Cauciuc sintetic	40,2
SCS cauciuc	43,9
Cauciuc cloropren	28
Linoleum cu clorură de polivinil	14,3
Linoleum cu două straturi de clorură de polivinil	17,9
Policlorura de linoleum pe bază de pâslă	16,6
Linoleum polivinil clorură pe bază caldă	17,6
Policlorura de linoleum pe bază de țesătură	20,3
cauciuc linoleum (relin)	27,2
Parafină solidă	11,2
Polyfoam PVC-1	19,5
Polyfoam FS-7	24,4
Polyfoam FF	31,4
Polistiren expandat PSB-S	41,6
spuma poliuretanica	24,3
placă de fibre	20,9
Clorura de polivinil (PVC)	20,7
Policarbonat	31
Polipropilenă	45,7
Polistiren	39
Polietilenă de înaltă densitate	47
Polietilenă de joasă presiune	46,7
Cauciuc	33,5
Ruberoid	29,5
Canalul de funingine	28,3
Fân	16,7
Paie	17
sticla organica (plexiglas)	27,7
Textolit	20,9
Tol	16
TNT	15
Bumbac	17,5
Celuloză	16,4
Lână și fibre de lână	23,1

Surse:

1. GOST 147-2013 Combustibil mineral solid. Determinarea puterii calorice superioare și calcularea puterii calorifice inferioare.
2. GOST 21261-91 Produse petroliere. Metodă de determinare a puterii calorifice brute și de calcul a puterii calorifice nete.
3. GOST 22667-82 Gaze naturale combustibile. Metoda de calcul pentru determinarea puterii calorice, a densității relative și a numărului Wobbe.
4. GOST 31369-2008 Gaze naturale. Calculul puterii calorice, densității, densității relative și numărului Wobbe pe baza compoziției componentelor.
5. Zemsky G. T. Proprietăți inflamabile ale materialelor anorganice și organice: carte de referință M.: VNIIPO, 2016 - 970 p.

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 calorice, 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.

Ce este combustibilul?

Acesta este o componentă sau un amestec de substanțe care sunt capabile de transformări chimice asociate cu eliberarea de căldură. Diferite tipuri de combustibil diferă prin conținutul cantitativ al oxidantului din ele, care este folosit pentru a elibera energie termică.

Într-un sens larg, combustibilul este un purtător de energie, adică un tip potențial de energie potențială.

Clasificare

În prezent, combustibilii sunt împărțiți în funcție de starea lor de agregare în lichide, solide, gazoase.

Piatra și lemnul de foc, antracitul sunt considerate a fi o specie naturală solidă. Brichetele, cocs, termoantracitul sunt soiuri de combustibil solid artificial.

Lichidele includ substanțe care conțin substanțe de origine organică. Componentele lor principale sunt: ​​oxigen, carbon, azot, hidrogen, sulf. Combustibil lichid artificial va fi o varietate de rășini, păcură.

Este un amestec de diverse gaze: etilenă, metan, propan, butan. Pe lângă acestea, combustibilul gazos conține dioxid de carbon și monoxid de carbon, hidrogen sulfurat, azot, vapori de apă și oxigen.

Indicatoare de combustibil

Principalul indicator al arderii. Formula de determinare a puterii calorice este luată în considerare în termochimie. emit „combustibil de referință”, ceea ce presupune puterea calorică a 1 kilogram de antracit.

Uleiul de încălzire menajeră este destinat arderii în dispozitive de încălzire de putere mică, care sunt amplasate în spații rezidențiale, generatoare de căldură utilizate în agricultură pentru uscarea furajelor, conserve.

Căldura specifică de ardere a combustibilului este o astfel de valoare încât demonstrează cantitatea de căldură care se formează în timpul arderii complete a combustibilului cu un volum de 1 m 3 sau o masă de un kilogram.

Pentru a măsura această valoare, se folosesc J / kg, J / m 3, calorii / m 3. Pentru a determina căldura de ardere, utilizați metoda calorimetriei.

Odată cu creșterea căldurii specifice de ardere a combustibilului, consumul specific de combustibil scade, iar eficiența rămâne neschimbată.

Căldura de ardere a substanțelor este cantitatea de energie eliberată în timpul oxidării unei substanțe solide, lichide, gazoase.

Este determinată de compoziția chimică, precum și de starea de agregare a substanței combustibile.

Caracteristicile produselor de ardere

Puterea calorică mai mare și mai mică este asociată cu starea de agregare a apei în substanțele obținute în urma arderii combustibilului.

Puterea calorică brută este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a unei substanțe. Această valoare include căldura de condensare a vaporilor de apă.

Puterea calorică de lucru inferioară este valoarea care corespunde degajării de căldură în timpul arderii fără a ține cont de căldura de condensare a vaporilor de apă.

Căldura latentă de condensare este valoarea energiei de condensare a vaporilor de apă.

Relație matematică

Puterea calorică mai mare și cea mai mică sunt legate de următoarea relație:

Q B = Q H + k(W + 9H)

unde W este cantitatea în greutate (în %) de apă din substanța combustibilă;

H este cantitatea de hidrogen (% din masă) din substanța combustibilă;

k - coeficient de 6 kcal/kg

Metode de calcul

Puterea calorică mai mare și mai mică este determinată prin două metode principale: calculată și experimentală.

Calorimetrele sunt folosite pentru calcule experimentale. În primul rând, o probă de combustibil este arsă în el. Căldura care va fi eliberată în acest caz este complet absorbită de apă. Având o idee despre masa apei, este posibil să se determine valoarea căldurii sale de ardere prin modificarea temperaturii acesteia.

Această tehnică este considerată simplă și eficientă, presupune doar cunoașterea datelor de analiză tehnică.

În metoda de calcul, cea mai mare și cea mai mică putere calorică este calculată conform formulei Mendeleev.

Q p H \u003d 339C p + 1030H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)

Se ia în considerare conținutul de carbon, oxigen, hidrogen, vapori de apă, sulf în compoziția de lucru (în procente). Cantitatea de căldură în timpul arderii se determină ținând cont de combustibilul de referință.

Căldura de ardere a gazului vă permite să faceți calcule preliminare, pentru a identifica eficiența utilizării unui anumit tip de combustibil.

Caracteristici de origine

Pentru a înțelege cât de multă căldură este eliberată în timpul arderii unui anumit combustibil, este necesar să aveți o idee despre originea acestuia.

În natură, există diferite tipuri de combustibili solizi care diferă ca compoziție și proprietăți.

Formarea sa se realizează în mai multe etape. Mai întâi se formează turba, apoi se obține cărbune maro și tare, apoi se formează antracitul. Principalele surse de formare a combustibilului solid sunt frunzele, lemnul și acele. Murind, părți ale plantelor, atunci când sunt expuse la aer, sunt distruse de ciuperci, formând turbă. Acumularea lui se transformă într-o masă maro, apoi se obține gaz maro.

La presiune și temperatură ridicată, gazul brun se transformă în cărbune, apoi combustibilul se acumulează sub formă de antracit.

Pe lângă materia organică, în combustibil există balast suplimentar. Organic luați în considerare acea parte care s-a format din substanțe organice: hidrogen, carbon, azot, oxigen. Pe lângă aceste elemente chimice, conține balast: umiditate, cenușă.

Tehnologia cuptorului implică alocarea masei de lucru, uscate și combustibile a combustibilului ars. Masa de lucru se numește combustibil în forma sa originală, furnizată consumatorului. Greutatea uscată este o compoziție în care nu există apă.

Compus

Cele mai valoroase componente sunt carbonul și hidrogenul.

Aceste elemente se găsesc în orice tip de combustibil. În turbă și lemn, procentul de carbon ajunge la 58 la sută, în cărbune negru și brun - 80%, iar în antracit ajunge la 95 la sută din greutate. În funcție de acest indicator, cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului se modifică. Hidrogenul este al doilea cel mai important element al oricărui combustibil. În contact cu oxigenul, formează umiditate, ceea ce reduce semnificativ valoarea termică a oricărui combustibil.

Procentul său variază de la 3,8 în șisturi petroliere la 11 în păcură. Oxigenul, care face parte din combustibil, acționează ca balast.

Nu este un element chimic generator de căldură, prin urmare afectează negativ valoarea căldurii sale de ardere. Arderea azotului conținut sub formă liberă sau legată în produsele de ardere este considerată a fi impurități nocive, astfel încât cantitatea sa este clar limitată.

Sulful este inclus în compoziția combustibilului sub formă de sulfați, sulfuri și, de asemenea, ca gaze de dioxid de sulf. Când sunt hidratați, oxizii de sulf formează acid sulfuric, care distruge echipamentul cazanului și afectează negativ vegetația și organismele vii.

De aceea, sulful este elementul chimic, a cărui prezență în combustibilul natural este extrem de nedorită. La intrarea în camera de lucru, compușii de sulf provoacă otrăvire semnificativă a personalului operator.

Există trei tipuri de cenușă în funcție de originea sa:

• primar;
• secundar;
• terţiar.

Forma primară se formează din substanțele minerale conținute în plante. Cenușa secundară se formează ca urmare a ingerării reziduurilor vegetale de către nisip și pământ în timpul formării formării.

Cenușa terțiară se dovedește a fi parte a combustibilului în procesul de extracție, depozitare și, de asemenea, transportul acestuia. Cu o depunere semnificativă de cenușă, există o scădere a transferului de căldură pe suprafața de încălzire a unității cazanului, reduce cantitatea de transfer de căldură către apă din gaze. O cantitate mare de cenușă afectează negativ funcționarea cazanului.

In cele din urma

Substanțele volatile au un impact semnificativ asupra procesului de ardere a oricărui tip de combustibil. Cu cât puterea lor este mai mare, cu atât volumul frontului de flăcări va fi mai mare. De exemplu, cărbunele, turba, iau ușor foc, procesul este însoțit de pierderi de căldură nesemnificative. Cocsul care rămâne după îndepărtarea impurităților volatile conține doar compuși minerali și carboni. În funcție de caracteristicile combustibilului, cantitatea de căldură variază semnificativ.

În funcție de compoziția chimică, se disting trei etape de formare a combustibililor solizi: turbă, lignit, cărbune.

Lemnul natural este folosit în instalațiile de cazane mici. Se folosesc mai ales așchii de lemn, rumeguș, plăci, scoarță, lemnul de foc în sine este folosit în cantități mici. În funcție de tipul de lemn, cantitatea de căldură degajată variază semnificativ.

Pe măsură ce puterea calorică scade, lemnul de foc capătă anumite avantaje: inflamabilitate rapidă, conținut minim de cenușă și absența urmelor de sulf.

Informațiile fiabile despre compoziția combustibililor naturali sau sintetici, puterea lor calorică, reprezintă o modalitate excelentă de a efectua calcule termochimice.

În prezent, există o oportunitate reală de a identifica acele opțiuni principale pentru combustibilii solizi, gazoși, lichizi care vor deveni cei mai eficienti și mai ieftin de utilizat într-o anumită situație.