что такое теплотворная способность топлива

Теплотворная способность различных видов топлива: дров, угля, пеллетов, брикетов

К веществам органического происхождения относится топливо, которое при горении выделяет определенное количество тепловой энергии. Выработка тепла должна характеризоваться высоким КПД и отсутствием побочных явлений, в частности, веществ, вредных для здоровья человека и окружающей среды.

Если рассматривать топливо с позиции его агрегатного состояния, то структуру вещества по степени горючести можно разделить на две составляющие. К горючей части относятся такие химические элементы, как водород и углерод, представляющие в целом углеводородную смесь, а также сера. В составе негорючей составляющей присутствуют вода, минеральные соли и следующие элементы: кислород, азот и ряд металлов.

Полное сгорание 1 кг топлива, состоящего из вышеуказанных компонентов, способствует выделению различного количества тепловой энергии. Любое вещество оценивается по такому показателю, как теплота сгорания.

Под теплотой сгорания топлива (ТСТ), измеряемой в кДж/кг, подразумевается количество энергии, которое выделяется в результате полного сгорания 1 кг вещества. Этот показатель формируется по двум уровням. Высшая ТСТ образуется за счет процесса конденсации воды, имеющейся в продуктах горения. При определении низшей ТСТ предыдущую ее степень не учитывают.

Для нефтяных веществ ТСТ высчитывается по следующим формулам:

Q_В = 33913ω(С) + 102995 ω(Н) – 10885 ω(O – S),

где ω(C, H, O, S) – массовые доли элементов в топливе, %;

ω(Н₂О) – количество водяных паров в продуктах сгорания одного кг материала, %.

Для каждого типа вещества, отличающегося химическим составом, характерна своя ТСТ. К самым ходовым разновидностям твердого топлива относят:

Рассмотрим каждый тип по отдельности.

Дрова

Это пиленные либо колотые куски дерева, которые во время сжигания в печах, котлах и прочих устройствах вырабатывают тепловую энергию.

Для удобства загрузки в топку древесный материал разрезают на отдельные элементы длиной до 30 см. Чтобы повысить эффективность от их использования, дрова должны быть максимально сухими, а процесс горения – относительно медленным. По многим параметрам для отопления помещений подходят дрова из таких лиственных пород, как дуб и береза, лещина и ясень, боярышник. Из-за высокого содержания смолы, повышенной скорости горения и низкой теплотворности хвойные деревья в этом плане значительно уступают.

Следует понимать, что на величину показателя теплотворности влияет плотность древесины.

Уголь

Это природный материал растительного происхождения, добываемый из осадочной породы.

В таком виде твердого топлива содержатся углерод и прочие химические элементы. Существует деление материала на типы в зависимости от его возраста. Самым молодым считается бурый уголь, за ним идет каменный, а старше всех остальных типов – антрацит. Возрастом горючего вещества определяется и его влажность, которая в большей степени присутствует в молодом материале.

В процессе горения угля происходит загрязнение окружающей среды, а на колосниках котла образуется шлак, создающий в определенной мере препятствие для нормального горения. Наличие серы в материале также является неблагоприятным для атмосферы фактором, поскольку в воздушном пространстве этот элемент преобразуется в серную кислоту.

Однако потребители не должны опасаться за свое здоровье. Производители этого материала, заботясь о частных клиентах, стремятся уменьшить содержание в нем серы. Теплота сгорания угля может отличаться даже в пределах одного типа. Разница зависит от характеристик подвида и содержания в нем минеральных веществ, а также географии добычи. В качестве твердого топлива встречается не только чистый уголь, но и низкообогащенный угольный шлак, прессованный в брикеты.

Пеллеты

Пеллетами (топливными гранулами) называется твердое топливо, созданное промышленным путем из древесных и растительных отходов: стружки, коры, картона, соломы.

Измельченное до состояния трухи сырье высушивается и засыпается в гранулятор, откуда уже выходит в виде гранул определенной формы. Для добавления массе вязкости применяют растительный полимер – лигнин. Сложность производственного процесса и высокий спрос формируют стоимость пеллетов. Материал используется в специально обустроенных котлах.

Разновидности топлива определяются в зависимости от того, из какого материала они переработаны:

Среди преимуществ, которыми обладают топливные гранулы, стоит отметить следующие качества:

Брикеты

Брикетами называется твердое топливо, во многом сходное с пеллетами. Для их изготовления используются идентичные материалы: щепа, стружка, торф, шелуха и солома. Во время производственного процесса сырье измельчается и за счет сжатия формируется в брикеты. Этот материал также относится к экологически чистому топливу. Его удобно хранить даже на открытом воздухе. Плавное, равномерное и медленное горение этого топлива можно наблюдать как в каминах и печах, так и в отопительных котлах.

Рассмотренные выше разновидности экологичного твердого топлива являются хорошей альтернативой получения тепла. В сравнении с ископаемыми источниками тепловой энергии, неблаготворно воздействующими при горении на окружающую среду и являющимися, кроме того, не возобновляемыми, альтернативное топливо имеет явные преимущества и относительно невысокую стоимость, что немаловажно для потребителей некоторых категорий.

В то же время пожароопасность таких видов топлива значительно выше. Поэтому требуется предпринять некоторые меры безопасности относительно их хранения и использования огнестойких материалов для стен.

Жидкое и газообразное топливо

Что касается жидких и газообразных горючих веществ, то ситуация здесь следующая:

Источник

Виды топлива для твердотопливных котлов и сравнительная таблица их теплотворной способности

Характеристики топлива для отопительных котлов довольно значительно различаются. Правильный выбор топлива помогает экономить средства и сохранить оборудование работоспособным.

-300Характеристики топлива для отопительных котлов довольно значительно различаются. Правильный выбор топлива помогает экономить средства и сохранить оборудование работоспособным.

Основные виды топлива для твердотопливных котлов:

Содержание влаги должно быть как можно меньшим.

Для отопительных целей важно, чтобы тепловыделение происходило медленнее, но более продолжительное время.

Для отопительных целей лучше всего подходят все дрова из лиственных пород, в тч дуб, ясень, береза, лещина, тис, боярышник.

Особенности горения дров разных пород древесины:

— дрова из бука, березы, ясеня, лещины трудно растапливать, но они могут гореть сырыми, потому что имеют небольшую влажность, причем дрова из всех этих пород деревьев, кроме бука, легко раскалываются;

— ольха и осина сгорают без образования сажи и даже выжигают ее из дымохода;

— березовые дрова хороши для тепла, но при недостатке воздуха в топке, горят дымно и образуют деготь (березовую смолу), который оседает на стенках трубы;

— сосновые дрова горят жарче еловых из-за большего содержания смолы, с искрением при резком повышении температуры;

— дуб и граб обладают лучшей теплоотдачей при горении, но плохо раскалываются;

— дрова из груши и яблони легко раскалываются и хорошо горят;

— дрова из пород средней твердости, легко колоть;

— кедр дает долго тлеющие угли;

— дрова из вишни и вяза при горении дымят;

— дрова из платана легко растапливаются, но тяжело колются;

— дрова хвойных пород имеют низкую теплотворную способность, дымят и искрят, способствуя образованию смолистых отложений в трубе, но легко колются и растапливаются;

— тополь и липа хорошо горят, сильно искрят и очень быстро прогорают.

Показатель теплотворной способности дров разных пород древесины сильно изменяется, что влечет колебания плотности древесины и колебания в пересчетных коэффициентах кубометр => складометр.

Таблица со средними значениями теплотворной способности на 1 складометр дров.

Дрова из лиственницы

Сырьем для их производства является кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, и отходы сельского хозяйства (лузга подсолнечника, солома, некондиционный лен и др), а также органические упаковочные материалы, картонная тара и тд.

Процесс производства пеллет состоит из этапов: дробления, сушки и грануляции.

Во время грануляции, сопровождающейся повышением температуры материала, содержащийся в нем полимер лигнин, содержащийся в клетках растительного сырья, плотно склеивает измельченные частицы. Химические связующие примеси не используются.

На выходе получается легкое, недорогое, удобное в хранении и абсолютно безопасное топливо, альтернативное традиционным видам топлива (уголь, торф, дрова, природный газ).

Гранулятор пресса придает пеллетам форму.

— полученные путем переработки кругляка твердых и мягких пород деревьев;

— полученные путем переработки соломы;

— полученные переработки подсолнечниковой шелухи;

— полученные путем переработки початков и стебля кукурузы;

— неограниченное производств, в тч из древесины низкого качества,

— меньшая стоимость, в сравнении с ценой угля, жидкого топлива или дров,

— удобство транспортировки, как в фасованных пакетах, так и россыпью, и разгрузки через рукава с возможностью автоматизации процесса;

— не требуют больших складских площадей и могут храниться на открытом воздухе, не разбухая, без гниения,

— при хранении не самовоспламеняются,

— не требуют дополнительной обработки перед применением, не хуже газа или угля.

— большая теплотворная способность, чем опилки и щепа, в 1,5 раз больше, чем у дров,

— при сжигании 1,9 т пеллет выделяется примерно такое же количество тепла, что при сжигании 1 т мазута, при стоимости пеллет на внутреннем рынке в 3 раза дешевле, то есть обогрев пеллетами на 40% дешевле мазута;

— почти полное сгорание с минимальным количеством шлаков, что снижает частоту чистки котла можно производить намного реже,

— возможна автоматизация загрузки пеллет в топку в промышленных условиях,

— регулировка бытовых нагревательных устройств, работающих на пеллетах, регулируются в автоматическом режиме,

— малая волатильность цены, тк цена внутренняя,

— котлы на пеллетах работают дольше, нуждаются в меньшем обслуживании и более экономичны,

— для отопления жилых домов путем сжигания в печах, каминах и котлах,

— для обеспечения теплом и электроэнергией промышленных объектов и небольших населенных пунктов (с использованием крупных гранул с высоким содержанием древесной коры.

Спрос на это альтернативное топливо и на оборудование для его производства и сжигания постоянно возрастает.

Сравнительные характеристики видов топлива

Углекислый газ
кг/ГДж

«0» означает, что при сжигании продукта количество выделяемого СО₂ не превышает объема, который образуется при естественном разложении, а количество других вредных выбросов ничтожно мало.

Таблица 1. Теплоотдача пеллет и альтернативных источников энергии

Стандарты производства пеллет:

— в Германии : DIN 51731, в Австрии : ONORM M-7135, в Великобритания : The British BioGen Code of Practice for biofuel (pellets), в Швейцария : SN 166000, в Швеция :SS 187120.

Основные европейские стандарты качества топливных гранул

3 в зависимости от вида и содержания минеральных веществ.

Уголь классифицируется по многим параметрам (география добычи, химический состав), но с «бытовой» точки зрения достаточно знать маркировку и возможности использования.

Используется следующая система обозначений угля: Сорт = (марка) + (класс крупности).

Кроме основных марок, есть промежуточные марки каменного угля: ДГ (длиннопламенно-газовые), ГЖ (газовые жирные), КЖ (коксовые жирные), ПА (полуантрациты), бурые угли также делятся по группам.

Коксующиеся марки угля (Г, кокс, Ж, К, ОС) в теплоэнергетике практически не используются, так как они являются дефицитным сырьем для коксохимической промышленности.

По классу крупности (размеру кусков, фракции) сортовой каменный уголь подразделяется на:

не ограниченный размерами

Кроме сортового угля в продаже присутствуют совмещенные фракции и отсевы (ПК, КО, ОМ, МС, СШ, МСШ, ОМСШ).

Размер угля определяют исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанных в названии марки угля.

Кроме указанных сортов угля в продаже можно встретить угольные брикеты, которые прессуют из низкообогащенного угольного шлама.

Процесс горения угля.

Уголь состоит из 2 х горючих компонентов: летучие вещества и твердый (коксовый) остаток

На 1 м этапе горения выделяются летучие вещества; при избытке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя, но малое количество тепла.

На 2 м этапе выгорает коксовый остаток; интенсивность его горения и температура воспламенения зависит от степени углефикации, то есть, от вида угля (бурый, каменный, антрацит).

Чем выше степень углефикации (самая высокая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.

Из-за высокого содержания летучих веществ такой уголь быстро разгорается и быстро сгорает.

Уголь этих марок доступен и пригоден практически для всех видов котлов, однако для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы выделяющиеся летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом воздуха.

Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами; неполное сгорание летучих веществ дает багровое пламя и черный дым

Для эффективного сжигания такого угля процесс должен постоянно контролироваться.

Уголь марок СС, Т, А

Разжечь его труднее, зато он горит долго и выделяет намного больше тепла.

Уголь можно загружать большими партиями, так как в них горит преимущественно коксовый остаток, нет массового выделения летучих веществ.

Очень важен режим поддува, так как при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно его прекращение, либо, напротив, чрезмерное повышение температуры, приводящее к уносу тепла и прогоранию котла.

Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива

Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объемом 1 м³ (1 л).

Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л).

Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход.

Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:

— от его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.);

Источник

Теплотворность различных видов топлива: сравнение топлива по теплоте сгорания + таблица теплотворности

На что влияет теплотворность различного топлива? Каково значение показателя для жидких, твердых и газообразных веществ? Ответы на обозначенные вопросы подробно изложены в статье. Кроме того, мы подготовили таблицу с отображением удельной теплоты сгорания материалов – эта информация пригодится при выборе высокоэнергетического типа топлива.

Общая информация о теплотворности

Выделение энергии при горении должно характеризоваться двумя параметрами: высоким КПД и отсутствием выработки вредных веществ.

Искусственное топливо получается в процессе переработки естественного – биологического топлива. Вне зависимости от агрегатного состояния вещества в своем химическом составе имеют горючую и негорючую часть. Первая — это углерод и водород. Вторая состоит из воды, минеральных солей, азота, кислорода, металлов.

При сгорании 1 кг такой «смеси» выделяется разное количество энергии. Сколько именно этой энергии выделится, зависит от пропорций указанных элементов — горючей части, влажности, зольности и других компонентов.

Теплота сгорания топлива (ТСТ) формируется из двух уровней — высшего и низшего. Первый показатель получается из-за конденсации воды, во втором этот фактор не учитывается.

Низшая ТСТ нужна для расчетов потребности в горючем и его стоимости, с помощью таких показателей составляются тепловые балансы и определяется КПД работающих на топливе установок.

Вычислить ТСТ можно аналитически или экспериментально. Если химический состав горючего известен, применяется формула Менделеева. Экспериментальные методики основаны на фактическом измерении теплоты при сгорании топлива.

Особенности расчетов индивидуальны для каждого вида топлива. Пример: ТСТ в двигателях внутреннего сгорания рассчитывается от низшего значения, потому что в цилиндрах жидкость не конденсируется.

Каждый тип веществ имеет свою ТСТ из-за особенностей химического состава. Значения существенно разнятся, диапазон колебаний — 1 000–10 000 кКал/кг.

Сравнивая разные виды материалов, используется понятие условного топлива, оно характеризуется низшей ТСТ в 29 МДж/кг.

Теплотворность твердых материалов

К этой категории относится древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основная составная часть твердого топлива — углерод.

Особенности разных пород дерева

Максимальная эффективность от использования дров достигается при условии соблюдения двух условий — сухости древесины и медленном процессе горения.

Идеальными для дровяного печного отопления считаются дубовые, березовые, ясеневые бруски. Хорошими показателями характеризуется боярышник, лещина. А вот у хвойных пород теплотворность низкая, но высокая скорость горения.

Как горят разные породы:

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива и 200 м 3 природного газа. Древесина и дрова относятся к категории с низкой энергоэффективностью.

Влияние возраста на свойства угля

Уголь является природным материалом растительного происхождения. Добывается он из осадочных пород. В этом топливе содержится углерод и другие химические элементы.

Кроме типа на теплоту сгорания угля оказывает влияние и возраст материала. Бурый относится к молодой категории, за ним следует каменный, а самым старшим считается антрацит.

Процесс горения угля сопровождается выделением веществ, загрязняющих окружающую среду, колосники котла при этом покрываются шлаком. Еще один неблагоприятный фактор для атмосферы — наличие серы в составе топлива. Этот элемент при соприкосновении с воздухом трансформируется в серную кислоту.

Производителям удается максимально снизить содержание серы в угле. В результате ТСТ отличается даже в пределах одного вида. Влияет на показатели и география добычи. Как твердое топливо может использоваться не только чистый уголь, но и брикетированный шлак.

Наибольшая топливная способность наблюдается у коксующегося угля. Хорошими характеристиками обладает и каменный, древесный, бурый уголь, антрацит.

Характеристики пеллет и брикетов

Это твердое топливо изготавливается промышленным способом из различного древесного и растительного мусора.

Измельченная стружка, кора, картон, солома пересушивается и с помощью специального оборудования превращается в гранулы. Чтобы масса приобрела определенную степень вязкости, в нее добавляют полимер — лигнин.

Брикеты отличаются только формой, их можно загружать в печи, котлы. Оба типа горючего делятся на виды по сырью: из кругляка, торфа, подсолнечника, соломы.

У пеллет и брикетов есть существенные преимущества перед прочими разновидностями топлива:

Экологичное топливо — хорошая альтернатива традиционным источникам тепла, которые не возобновляются и неблагоприятно действуют на окружающую среду. Но пеллеты и брикеты отличаются повышенной пожароопасностью, что стоит учитывать при организации места хранения.

При желании, можно наладить изготовление топливных брикетов собственноручно, подробнее – в этой статье.

Параметры жидких веществ

Жидкие материалы, как и твердые, раскладываются на следующие составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот. Процентное соотношение выражается по массе.

Из кислорода и азота образуется внутренний органический балласт топлива, эти компоненты не горят и включены в состав условно. Внешний балласт формируется из влаги и золы.

Высокая удельная теплота сгорания наблюдается у бензина. В зависимости от марки она составляет 43-44 МДж.

Похожие показатели удельной теплоты сгорания определяются и у авиационного керосина – 42,9 МДж. В категорию лидеров по значению теплотворной способности попадает и дизельное топливо – 43,4-43,6 МДж.

Относительно низкими значениями ТСТ характеризуются жидкое ракетное горючее, этиленгликоль. Минимальной удельной теплотой сгорания отличаются спирт и ацетон. Их показатели существенно ниже, чем у традиционного моторного топлива.

Свойства газообразного топлива

Газообразное топливо складывается из оксида углерода, водорода, метана, этана, пропана, бутана, этилена, бензола, сероводорода и других компонентов. Эти показатели выражаются в процентах по объему.

Высокие показатели теплотворной способности наблюдаются и у природного газа.

Они равны 41-49 МДж на кг. Но, например, у чистого метана теплота сгорания больше — 50 МДж на кг.

Сравнительная таблица показателей

В таблице представлены значения массовой удельной теплоты сгорания жидких, твердых, газообразных разновидностей топлива.

Из таблицы видно, что наибольшие показатели ТСТ из всех веществ, а не только из газообразных, имеет водород. Он относится к высокоэнергетическим видам топлива.

Продукт сгорания водорода — обычная вода. В процессе не выделяется топочные шлаки, зола, угарный и углекислый газ, что делает вещество экологически чистым горючим. Но оно взрывоопасно и отличается низкой плотностью, поэтому такое топливо сложно сжижается и транспортируется.

Выводы и полезное видео по теме

О теплотворности разных пород дерева. Сравнение показателей в расчете на м 3 и кг.

ТСТ — важнейшая тепловая и эксплуатационная характеристика горючего. Этот показатель используется в различных сферах человеческой деятельности: тепловых двигателях, электростанциях, промышленности, при обогреве жилья и приготовлении пищи.

Значения теплотворности помогают сравнить различные виды топлива по степени выделяемой энергии, рассчитать необходимую массу горючего, сэкономить на расходах.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме теплотворности разных видов топлива? Можете оставлять комментарии к публикации и участвовать в обсуждениях – форма для связи находится в нижнем блоке.

Источник