Теплота сгорания

Содержание

Природный газ и его теплотворность в условиях домашнего использования

Ежедневно включая горелку на кухонной плите, мало кто задумывается о том, насколько давно начали добывать газ. В нашей стране его разработка была начата в двадцатом веке. Перед этим же его просто находили при добывании нефтепродуктов. Теплотворная способность природного газа настолько велика, что сегодня это сырьё просто незаменимо, а его качественные аналоги ещё не разработаны.

Таблица теплотворности поможет подобрать топливо для отопления дома

Особенность горючего ископаемого

Природный газ — это важное горючее ископаемое, которое занимает ведущие позиции в топливно-энергетических балансах многих государств. В целях снабжения топливом города и всевозможных технических предприятий потребляют различный горючий газ, поскольку природный считается опасным.

Экологи считают, что газ — это чистейшее топливо, при сгорании он выпускает намного меньше ядовитых веществ, чем дрова, уголь, нефть. Это топливо ежедневно используется людьми и содержит в себе такую добавку, как одорант, её добавление происходит на оборудованных установках в соотношении 16 миллиграмм на 1 тысячу кубометров газа.

Это интересно: какие дрова дольше горят.

Важной составляющей вещества является метан (примерно 88-96%), остальное — это прочие химические вещества:

  • бутан;
  • сероводород;
  • пропан;
  • азот;
  • кислород.

В данном видео рассмотрим роль угля:

Количество метана в природном топливе напрямую зависит от его месторождения.

Описываемый вид топлива состоит из углеводородных и неуглеводородных компонентов. Природное горючее ископаемое — это прежде всего метан, включающий в себя бутан и пропан. Не считая углеводородные составляющие, в описываемом горючем ископаемом присутствуют азот, сера, гелий и аргон. А также встречаются жидкие пары, но лишь в газонефтяных месторождениях.

Виды залежей

Отмечается наличие несколько разновидностей залежей газа. Они подразделяются на такие виды:

  • газовые;
  • нефтяные.

Их отличительной чертой является содержание углеводорода. В газовых залежах содержится примерно 85-90% представленного вещества, в нефтяных месторождениях содержится не больше 50%. Остальные проценты занимают такие вещества, как бутан, пропан и нефть.

Огромным недостатком нефтяного зарождения считается его промывка от разного рода добавок. Сера в качестве примеси эксплуатируется на технических предприятиях.

Потребление природного газа

Бутан потребляется в качестве топлива на заправках для машин, а органическое вещество, именуемое «пропан», применяют для заправки зажигалок. Ацетилен является высокогорючим веществом и используется при сварке и при резке металла.

Горючее ископаемое применяется в быту:

  • колонки;
  • газовые камины;
  • газовая плита;
  • котел отопления для дома.

Такого рода топливо считается самым бюджетным и невредным, единственным минусом является выброс углекислого газа при сжигании в атмосферу. Ученые всей планеты ищут замену тепловой энергии.

Теплотворная способность

Теплотворной способностью природного газа именуется величина тепла, образующаяся при достаточном выгорании единицы величины топлива. Количество теплоты, выделяемое при сгорании, относят к одному кубическому метру, взятому в естественных условиях.

Тепловая способность природного газа измеряется в следующих показателях:

  • ккал/нм3;
  • ккал/м3.

Существует высокая и низкая теплотворная способность:

  1. Высокая. Рассматривает теплоту водяных паров, возникающих при сжигании топлива.
  2. Низкая. Не учитывает тепло, содержащееся в водных парах, так как такие пары не поддаются конденсации, а уходят с продуктами горения. Ввиду скопления водяных паров образует количество тепла, равное 540 ккал/кг. К тому же при остывании конденсата выходит тепло от 80 до ста ккал/кг. В общем, за счет скопления водяных паров образуется больше 600 ккал/кг, это и является отличительной чертой между высокой и низкой теплопроизводительностью.

Для подавляющего большинства газов, потребляемых в городской системе распределения топлива, разность приравнивается к 10%. Для того чтобы обеспечить города газом, его теплотворность должна быть больше 3500 ккал/нм3. Объясняется это тем, что подача осуществляется по трубопроводу на большие расстояния. Если теплотворность мала, то его подача увеличивается.

Если теплотворность природного газа меньше 3500 ккал/нм3, его чаще применяют в промышленности. Его не нужно переправлять на длинные отрезки пути, и осуществить горение становится намного легче. Серьезные изменения теплотворной способности газа нуждаются в частой регулировке, а порой и замене большого количества стандартизированных горелок бытовых датчиков, что приводит к трудностям.

Такая ситуация приводит к увеличению диаметров газопровода, а также увеличиваются затраты на металл, прокладывание сетей и эксплуатацию. Большим недостатком низкокалорийных горючих ископаемых является огромное содержание угарного газа, в связи с этим увеличивается уровень угрозы при эксплуатации топлива и при техобслуживании трубопровода, в свою очередь, как и оборудования.

Выделяющееся тепло при горении, не превышающее 3500 ккал/нм3, чаще всего применяют в промышленном производстве, где не приходится перебрасывать его на большую протяженность и без труда образовывать сгорание.

Теплофизические свойства топлива и масел. Температура воспламенения

В таблице представлены следующие свойства минеральных масел и некоторых видов топлива при атмосферном давлении: плотность масел, кг/л; средняя удельная (массовая) теплоемкость, ккал/(кг·град); теплопроводность, ккал/(м·ч·град) при температурах 20, 50 и 80°С; динамическая вязкость при 20 и 50ºС; температура воспламенения, °С.

Теплофизические свойства указаны для следующих масел и топлива: карбюраторное топливо (бензин), дизельное топливо (солярка), керосин, топливо для котлов и печей, веретенное масло, моторное топливо, цилиндрическое масло, сырая нефть.

По данным в таблице видно, что плотность топлива изменяется в пределах от 0,768 до 0,93 кг/л; удельная теплоемкость топлива и масла в таблице имеет значение около 0,5 ккал/(кг·град); теплопроводность топлива и масла приблизительно одинаковая, от температуры зависит слабо и находится в пределах от 0,1 до 0,12 ккал/(м·ч·град).

Теплофизические свойства нефтяных масел. Температура вспышки и застывания масел

В таблице представлены следующие свойства нефтяных масел Бакинского нефтеперегонного завода при атмосферном давлении и температуре 20ºС (по данным Мустафаева):

Даны теплофизические свойства масел: трансформаторное, турбинное Л, Соляровое Р.69, турбинное УТ, веретенное УТ, веретенное 3, машинное СУ, моторное Т, цилиндровое 2, машинное С.

По данным в таблице видно, что трансформаторное и соляровое масла обладает наибольшей теплопроводностью, трансформаторное масло имеет еще и очень низкую температуру застывания (минус 55ºС), что позволяет применять его для охлаждения трансформаторов и в северных регионах страны.

Теплопроводность масел и топлива

В таблице представлены значения теплопроводности масел и некоторых продуктов перегонки нефти в зависимости от температуры (в интервале от -50 до 300ºС).
Даны значения коэффициента теплопроводности для следующих нефтепродуктов: бензин Б-70 (жидкий), вазелин, газолин, керосин Т-1 (жидкий), масло касторовое, оливковое, парафиновое, трансформаторное (ГОСТ 982-80), АМГ-10, ВМ-4, МС-20, ТМ-1, ХФ-22, парафин, топливо дизельное.

Теплоемкость масел и топлива

В таблице указаны значения массовой удельной теплоемкости масел (размерность кДж/(кг·К) ) и некоторых видов топлива в зависимости от температуры (в интервале от -50 до 1040ºС) при атмосферном давлении.

Следует отметить, что высоким значением теплоемкости обладают бензин и керосин. Удельная теплоемкость бензина при температуре 423 К составляет 2740 Дж/(кг·К).

Теплофизические свойства жидких топлив при 20ºС

В таблице приведены следующие свойства жидких топлив при 20ºС и атмосферном давлении:

Свойства даны для следующих жидких топлив: бензин высшего качества, бензин 3-го сорта, керосин высшего качества, керосин торговый, дизельное автотракторное горючее, соляровое масло, мазут малосернистых марок.

Примечание: мазут содержится в нефтяных фракциях, перегоняемых, при температурах 473-643К; его химический состав и удельный вес меняются в зависимости от сорта нефти. Химические свойства и состав горючей массы бензина изменяются в зависимости от метода получения и сорта нефти. Обычно бензин состоит из насыщенных алифатических соединений, меняющихся в пределах от C5H12 до C12H26; в среднем состав соответствует C8H18 (октан).

Следует отметить, что коэффициент объемного расширения нефтепродуктов приблизительно равен 955·10-6 1/град при температуре 120ºС.

Теплофизические свойства топлива Т-1 (ГОСТ 4138-49)

В таблице представлены следующие свойства топлива Т-1 при атмосферном давлении в интервале температуры от 20 до 100ºС:

Примечание: перевод величин размерности в единицы СИ можно осуществить

Теплофизические свойства топлива ТС-1 (ГОСТ 7149-54)

В таблице представлены следующие свойства топлива ТС-1 (керосин) при атмосферном давлении в интервале температуры от 20 до 100ºС:


Такие теплофизические свойства топлива Т-1 и ТС-1, как плотность, теплопроводность и вязкость с повышением его температуры уменьшают свои значения. Особенно сильно снижается вязкость топлива при нагреве.

Теплоемкость топлива с ростом температуры увеличивается.

Теплопроводность керосина ТС-1

В таблице представлены значения теплопроводности в ккал/(м·ч·град) керосина ТС-1 в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 250ºС) при давлении 1,5 и 25 атм.

Теплофизические свойства керосина тракторного (ГОСТ 1842-52)

В таблице представлены следующие свойства топлива керосин тракторный при атмосферном давлении в интервале температуры от 20 до 100ºС:

  • плотность, кг/л;
  • теплопроводность, ккал/(м·ч·град);
  • кинематическая вязкость, сст.

Теплофизические свойства дизельного топлива ДЛ (ГОСТ 4749-49)

В таблице представлены следующие свойства топлива дизельного топлива при атмосферном давлении в интервале температуры от 20 до 100ºС:

  • плотность, кг/л;
  • теплопроводность, ккал/(м·ч·град);
  • кинематическая вязкость, сст.

При нагревании дизельного топлива его плотность, теплопроводность и вязкость уменьшают свои значения.

Теплопроводность дизельного топлива

В таблице представлены значения теплопроводности в ккал/(м·ч·град) дизельного топлива в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 250ºС) при давлении 1,5 и 10 атм.

Теплопроводность нефти

В таблице представлены значения теплопроводности в ккал/(м·ч·град) обессоленной нефти в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 250ºС) при давлении 5 и 40 атм.

Теплопроводность нефти слабо зависит от давления и с ростом температуры уменьшается.

Примечание: перевод величин размерности в единицы СИ можно осуществить

Теплопроводность бензина НК-140 прямой гонки

В таблице представлены значения теплопроводности в ккал/(м·ч·град) бензина НК-140 в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 200ºС) при давлении 1,5 и 40 атм.

Теплопроводность мазута при давлении 3 атм.

В таблице представлены значения теплопроводности в ккал/(м·ч·град) мазута прямой гонки в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 300ºС) при давлении 3 атм.

Примечание: перевод величин размерности в единицы СИ можно осуществить

Таблица Удельная теплота

Удельная теплота плавления. Удельная теплота парообразования (испарения). Критические параметры некоторых веществ. Удельная теплота сгорания.

Удельная теплота плавления металлов

Металл Удельная теплота плавления Металл Удельная теплота плавления
кДж/кг кал/г кДж/кг кал/г
Алюминий 393 94 Платина 113 27
Вольфрам 184 44 Ртуть 12 2,8
Железо 270 64,5 Свинец 24,3 5,8
Золото 67 16 Серебро 87 21
Магний 370 89 Сталь 84 20
Медь 213 51 Тантал 174 41
Натрий 113 27 Цинк 112,2 26,8
Олово 59 14 Чугун 96-140 23-33

Удельная теплота плавления некоторых веществ (при нормальном атмосферном давлении)

Вещество Удельная теплота плавления Вещество Удельная теплота плавления
кДж/кг кал/г кДж/кг кал/г
Азот 25,7 6,2 Нафталин 151 36
Водород 59 14 Парафин 150 35
Воск 176 42 Спирт 105 25
Глицерин 199 47,5 Стеарин 201 48
Кислород 13,8 3,3 Хлор 188 45
Лед 330 80 Эфир 113 27

Изменение объемов веществ при их плавлении

В таблице укзан объем жидкости Vж, образующийся при плавлении твердых тел из различных веществ объемом 1000 см3

Вещество Vж, см3 Вещество Vж, см3
Алюминий 1066 Ртуть 1036
Висмут 967 Свинец 1036
Золото 1052 Серебро 1050
Кремний 900 Сурьма 991
Лед 917 Цинк 1069
Олово 1026 Чугун серый 988-994

Большинство веществ при переходе из твердого состояния в жидкое увеличивает свой объем. Исключение составляют лед, висмут и некоторые другие вещества.

Удельная теплота испарения (парообразования) воды при различной температуре
и нормальном атмосферном давлении

t, oC Удельная теплота испарения t, oC Удельная теплота испарения
кДж/кг калл/кг кДж/кг калл/кг
0 2501 597 80 2308 551
5 2489 594 100 2256 539
10 2477 592 160 2083 497
15 2466 589 200 1941 464
18 2458 587 300 1404 335
20 2453 586 370 438 105
30 2430 580 374 115 27
50 2382 569 374,15* 0 0

* При температуре 374,15 oC и давлении 22,13 Па (225,64 ат) вода находится в критическом состоянии. В этом состоянии жидкость и ее насыщенный пар обладают одиноковыми свойствами — разница между водой и ее насыщенным паром исчезает.

Изменение объемов жидкостей при испарении и газов (паров) при конденсации

Испаряющаяся жидкость Vг, л Конденсирующийся газ (пар) Vж, л
Азот 716 Азот 1,42
Вода (при ) 1780 Водяной пар 0,737
Воздух 749 Воздух 1,38
Гелий 774 Гелий 1,31
Кислород 886 Кислород 1,15
Метан 656 Метан 1,55

В таблице указан объем газа (пара), образующегося при испарении 1л жидкости, взятой при температу ре 20 oС и нормальном атмосферном давлении, а также объем жидкости образующейся при конденсации 1 м3 газа (пара).

Удельная теплота парообразования жидкостей и расплавленных металлов

(при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении)

Жидкость Удельная теплота испарения Жидкость Удельная теплота испарения
кДж/кг кал/кг кДж/кг кал/кг
Азот жидкий 201 48 Водород жидкий 450 108
Алюминий 9200 2200 Воздух 197 47
Бензин 230-310 55-75 Гелий жидкий 23 5,5
Висмут 840 200 Железо 6300 1500
Вода (при t=0 oC) 2500 597 Керосин 209-230 50-55
Вода (при t=20 oC) 2450 586 Кислород жидкий 214 51
Вода (при t=100 oC) 2260 539 Магний 5440 1300
Вода (при t=370 oC) 440 105 Медь 4800 1290
Вода (при t=374,15 oC) 0 0 Олово 3010 720
Ртуть 293 70
Свинец 860 210
Спирт этиловый 906 216
Эфир этиловый 356 85

Удельная теплота испарения (парообразования) некоторых твердых веществ

Вещество Удельная теплота испарения Вещество Удельная теплота испарения
кДж/кг калл/кг кДж/кг калл/кг
Йод 226 54 Мышяк 427 102
Камфара 387,2 92,5 Сухой лед 586 140
Лед 2834 677

Примечание. Непосредственный переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя превращение в жидкое состояние, называется сублимацией.

Критические параметры некоторых веществ

Удельная теплота сгорания некоторых пищевых продуктов

Продукт Удельная теплота сгорания Продукт Удельная теплота сгорания
кДж/кг калл/кг кДж/кг калл/кг
Батоны простые 10470 2500 Мясо куриное 5380 1280
Виноград 2400 700 Огурцы свежие 570 140
Говядина 7520 1800 Окунь, щука 3520 840
Земляника садовая 1730 443 Сахар 17150 4100
Картофель 3770 900 Сметана 14800 3530
Кефир 2700 640 Смородина черная 2470 590
Малина 1920 460 Хлеб пшеничный 8930 2130
Масло сливочное 32700 7800 Хлеб ржаной 8620 2060
Молоко 2800 670 Яблоки 2010 480
Морковь 1720 400 Яйца 6900 1650
Мороженое сливочное 7500 1790

Удельная теплота сгорания различных видов топлива и некоторых веществ

Топливо, вещество Удельная теплота сгорания
МДж/кг калл/кг
Условное топливо 29,3 7000
Твердое
Антрацит 26,8-31,4 6400-7500
Древесный уголь 31,5-34,4 7500-8200
Дрова (воздушно-сухие) 8,4-11 2000-2500
Каменный уголь ≈ 27 ≈ 6500
Порох 3,8 900
Сланцы горючие 7,5-15,0 1800-3600
Твердые ракетные топлива 4,2-10,5 100-2500
Торф 10,5-14,5 2500-3500
Тротил (взрывчатое вещество) 15 3600
Уголь:
канско-акчинский 15,5 3700
подмосковный 10,5 2500
челябинский 14,6 3500
экибастузский 16,1 3840
Жидкое
Бензин 44-47 10500-11200
Дизельное автотракторное 42,7 10200
Керосин 44-46 10500-11000
Нефть 43,5-46 10400-11000
Спирт 27,0 6450
Топливо для ЖРД (керосин + жидкий кислород) 9,2 2200
Топливо для реактивных двигателей самолетов (ТС-1) 42,9 10250
Газообразное
Ацетилен 48,1 11500
Водород 120 28600
Газ природный 41-49 9800-11700
Метан 50,0 11950
Оксид углерода (II) 10,1 2420

Характеристика и классификация пеллет

Пеллеты – это топливные гранулы, изготавливаемые из отходов древесины. Чаще всего для производства пеллет используются опилки. Поскольку в настоящее время прослеживается тенденция к увеличению использования вторсырья, изготовление пеллет является наиболее перспективным направлением применения отходов древесины.

Характеристики пеллет напрямую зависят от состава продукции. В их производстве возможно использование как чистой древесины, так и древесины в смеси с корой. Часто в гранулы добавляются солома, шелуха подсолнечника, и зерновые отходы. Степень содержания побочных продуктов влияет на процент зольности конечного продукта. Чем выше процент зольности, тем ниже качество пеллет. Однако на рынке востребованы все виды топливных гранул.

Классификация пеллеты по исходному сырью:

  • Белые пеллеты – сорт Премиум светлого цвета производится из древесины без использования коры. Теплотворная способность белых пеллет составляет 17,2 Мдж/кг. Золы при чистке котла очень мало. Пеллеты Премиум составляют более чем 95% от всего производства топливных гранул, они сжигаются в любых печах, подходящих для топлива стандартного или повышенного качества.
  • Индустриальные пеллеты – сорт более низкого качества. В состав продукта входят такие составляющие, как кора и несгораемые остатки. Зольность таких пеллет слегка выше, чем у Премиум сорта, а вот теплотворность почти такая же. Котел придется чистить уже чаще.
  • Агропеллеты – это топливо стандартного качества из отходов гречки, семян подсолнечника. Пеллеты очень темного цвета. Теплотворная способность – 15 МДж/кг, а зольность более 4%. Основное преимущество такого продукта — их низкая цена. Чаще всего они используются для сжигания на больших тепловых станциях. Использование такого топлива требует ежедневной чистки котла, либо использования пеллетного котла с автоматической чисткой. Агропеллеты используются в печах, определенных исключительно для их использования.

Фото пеллет:

Чем вызван такой интерес к данному виду топлива?

Древесные пеллеты рассматривают в качестве топлива будущего. Их теплота сгорания составляет 4,3 – 4,5 кВт/кг, что в полтора раза больше, чем у древесины, но при этом теплоотдача сравнима с углем. При сгорании выбросы в атмосферу минимальны. Сжигание 2 тонн топливных гранул дает такое же количество тепловой энергии, как сжигание 957 м3 газа, 1000 л дизельного топлива, либо 3,2 тонны древесины.

Пеллеты не случайно имеют название облагороженного топлива – при их сгорании выделяется большой объём тепла, а горение протекает ровным слоем, как при горении традиционных видов топлива. Топливные гранулы не требуют значительного объема места для хранения.

Пеллеты характеризуются высокой энергетической концентрацией при несущественном объеме. Их высокая насыпная плотность дает возможность перемещать топливо на большие расстояния с высокой экономической оправданностью. Пеллеты в качестве биотоплива безопасны и снижают риск возникновения пожаров, взрывов и утечки при транспортировке.

Расход пеллет на отопление дома площадью 150 кв.м за отопительный сезон в 7 месяцев требует не более 5 тонн гранул, причем продукт сгорания также используется в качестве удобрения на полях. Масса золы составляет приблизительно 1% от общей массы топливных гранул, убирается в современных печах не чаще раза в год.

Эффективность пеллет как вида топлива

Характеристики пеллет из древесины имеют показатели:

  • Выделяемая энергия при сгорании — 17 216 кДж/кг
  • Зольность – не более 5% (У ООО «ФРП» не более 0,37%);
  • Длина – от 5 до 40 мм;
  • Плотность пеллет 1200-1400 кг/м3;
  • Насыпная плотность продукта для транспортировки и хранения составляет 650 кг/м3;

Фасовка и упаковка

Фасовка и упаковка топливных гранул зависит от того, какую систему хранения обеспечит им потребитель.

  • в свободном виде – насыпью.
  • в мешках биг – бэг, от 500 до 1200 кг;
  • в мелкой расфасовке – от 10 до 15 кг.

Цена на пеллеты напрямую зависит от их качества и фасовки. Чем меньше упаковка, тем больше стоимость на топливные гранулы соответственно.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх