Удельная теплота сгорания топлива

Высшая и низшая теплота сгорания, виды топлива

Что такое теплота сгорания топлива? Как рассчитать эту величину, где ее можно использовать? Вместе будем искать ответы на эти важные и актуальные для человечества вопросы.

Что такое топливо?

Это один компонент либо смесь веществ, которые способны к химическим превращениям, связанным с выделением тепла. Разные виды топлива отличаются количественным содержанием в них окислителя, который применяется для выделения тепловой энергии.

В широком смысле топливо является энергоносителем, то есть, потенциальным видов потенциальной энергии.

Классификация

В настоящее время виды топлива подразделяют по агрегатному состоянию на жидкое, твердое, газообразное.

К твердому природному виду причисляют каменный и бурый уголь, дрова, антрацит. Брикеты, кокс, древесный уголь, термоантрацит это разновидности искусственного твердого топлива.

К жидкостям причисляются вещества, имеющие в составе вещества органического происхождения. Основными их компонентами являются: кислород, углерод, азот, водород, сера. Искусственным жидким топливом будут разнообразные смолы, мазут.

Газообразное топливо является смесью разнообразных газов: этилена, метана, пропана, бутана. Помимо них в составе газообразного топлива есть углекислый и угарный газы, сероводород, азот, водяной пар, кислород.

Показатели топлива

Основной показатель это теплота сгорания. Формула для определения теплотворной способности рассматривается в термохимии. выделяют «условного топлива», которое подразумевает теплоту сгорания 1 килограмма антрацита.

Бытовое печное топливо предназначается для сжигания в отопительных устройствах незначительной мощности, которые находятся в жилых помещениях, теплогенераторах, применяемых в сельском хозяйстве для сушки кормов, консервирования.

Удельная теплота сгорания топлива — это такая величина, что демонстрирует количество теплоты, которое образуется при полном сгорании топлива объемом 1 м 3 либо массой один килограмм.

Для измерения этой величины используют Дж/кг, Дж/м 3 , калория/м 3 . Чтобы определить теплоту сгорания, используют метода калориметрии.

При увеличении удельной теплоты сгорания топлива, снижается удельный расход топлива, а коэффициент полезного действия остается неизменной величиной.

Теплота сгорания веществ является количеством энергии, выделяющейся при окислении твердого, жидкого, газообразного вещества.

Она определяется химическим составом, а также агрегатным состоянием сгораемого вещества.

Особенности продуктов сгорания

Высшая и низшая теплота сгорания связана с агрегатным состоянием воды в получаемых после сгорания топлива веществах.

Высшая теплота сгорания это количество теплоты, выделяемое при полном сгорании вещества. В эту величину включают и теплоту конденсации водяного пара.

Низшая рабочая теплота сгорания является той величиной, что соответствует выделению тепла при сгорании без учета теплоты конденсации водяных паров.

Скрытой теплотой конденсации считают величину энергии конденсации водяного пара.

Математическая взаимосвязь

Высшая и низшая теплота сгорания связаны следующим соотношением:

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

где W – количество по массе (в %) воды в горючем веществе;

H-количество водорода (% по массе) в горючем веществе;

k – коэффициент, составляющий величину 6 ккал/кг

Способы проведения вычислений

Высшая и низшая теплота сгорания определяется двумя основными методами: расчетным и экспериментальным.

Для проведения экспериментальных вычислений применяют калориметры. Сначала сжигают в нем навеску топлива. Теплота, которая будет при этом выделяться, полностью поглощается водой. Имея представление о массе воды, можно определить по изменению ее температуры, величину ее теплоты сгорания.

Данная методика считается простой и эффективной, она предполагает только владение информацией о данных технического анализа.

В расчетной методике высшая и низшая теплота сгорания вычисляется по формуле Менделеева.

Q p _H= 339C p +1030H p -109(O p -S p ) – 25 W p (кДж/ кг)

Оно учитывает содержание углерода, кислорода, водорода, водяного пара, серы в рабочем составе (в процентах). Количество теплоты при сгорании определяется с учетом условного топлива.

Теплота сгорания газа позволяет проводить предварительные расчеты, выявлять эффективность применения определенного вида топлива.

Особенности происхождения

Для того чтобы понять, сколько теплоты выделяется при сгорании определенного топлива, необходимо иметь представление об его происхождении.

В природе есть разные варианты твердого топлива, которые отличаются между собой составом и свойствами.

Его образование осуществляется через несколько стадий. Сначала образуется торф, затем получается бурый и каменный уголь, потом формируется антрацит. В качестве основных источников образования твердого топлива выступают листья, древесина, хвоя. Отмирая, части растений при воздействии воздуха, разрушаются грибками, образуют торф. Его скопление превращается в бурую массу, потом получается бурый газ.

При высоком давлении и температуре, бурый газ переходит в каменный уголь, потом топливо накапливается в виде антрацита.

Помимо органической массы, в топливе есть дополнительный балласт. Органической считают ту часть, что образовалась из органических веществ: водорода, углерода, азота, кислорода. Помимо этих химических элементов, в его составе есть балласта: влага, зола.

Топочная техника предполагает выделение рабочей, сухой, а также горючей массы сжигаемого топлива. Рабочей массой называют топливо в исходном виде, поступающем к потребителю. Сухая масса — это состав, в котором отсутствует вода.

Состав

Самыми ценными компонентами считаются углерод и водород.

Эти элементы содержатся в любом виде топлива. В торфе и древесине процентное содержание углерода достигает 58 процентов, в каменном и буром угле – 80%, а в антраците оно достигает 95 процентов по массе. В зависимости от этого показателя меняется количество теплоты, выделяемой при сгорании топлива. Водород это второй по важности элемент любого топлива. Связываясь с кислородом, он образует влагу, которая существенно снижает тепловую ценность любого топлива.

Его процентное содержание колеблется от 3,8 в горючих сланцах до 11 в мазуте. В качестве балласта выступает кислород, входящий в состав топлива.

Он не является теплообразующим химическим элементом, поэтому негативно отражается на величине теплоты его сгорания. Сгорание азота, содержащегося в свободном либо связанном виде в продуктах сгорания, считается вредными примесями, поэтому его количество четко лимитируется.

Сера входит в состав топлива в виде сульфатов, сульфидов, а также в качестве сернистых газов. При гидратации оксиды серы образуют серную кислоту, которая разрушает котельное оборудование, негативно воздействует на растительность и живые организмы.

Именно поэтому сера является тем химическим элементом, присутствие которого в природном топливе является крайне нежелательным. При попадании внутрь рабочего помещения, сернистые соединения вызывают существенные отравления обслуживающего персонала.

Выделяют три вида золы в зависимости от ее происхождения:

• первичную;
• вторичную;
• третичную.

Первичный вид формируется из минеральных веществ, которые содержатся в растениях. Вторичная зола образуется как результат попадания во время пластообразования растительных остатков песком и землей.

Третичная зола оказывается в составе топлива в процессе добычи, хранения, а также его транспортировки. При существенном отложении золы происходит уменьшение теплопередачи на поверхности нагрева котельного агрегата, снижает величину теплопередачи к воде от газов. Огромное количество золы негативно отражается на процессе эксплуатации котла.

В заключение

Существенное влияние на процесс горения любого вида топлива оказывают летучие вещества. Чем больше их выход, тем объемнее будет объем фронта пламени. Например, каменный уголь, торф, легко загораются, процесс сопровождается незначительными потерями тепла. Кокс, который остается после удаления летучих примесей, в своем составе имеет только минеральные и углеродные соединения. В зависимости от особенностей топлива, величина количества теплоты существенно изменяется.

В зависимости от химического состава выделяют три стадии формирования твердого топлива: торфяную, буроугольную, каменноугольную.

Натуральную древесину применяют в небольших котельных установках. В основном используют щепу, опилки, горбыли, кору, сами дрова применяют в незначительных количествах. В зависимости от породы древесины величина выделяемой теплоты существенно изменяется.

По мере снижения теплоты сгорания, дрова приобретают определенные преимущества: быструю воспламеняемость, минимальную зольность, отсутствие следов серы.

Достоверная информация о составе природного либо синтетического топлива, его теплотворной способности, является отличным способом проведения термохимических вычислений.

В настоящее время появляется реальная возможность выявления тех основных вариантов твердого, газообразного, жидкого топлива, которые станут самыми эффективными и недорогими в использовании в определенной ситуации.

Удельная теплота сгорания топлива

Вы когда-нибудь задумывались, какой самый выгодный тип топлива? Сравнивать можно не только с точки зрения цены, но и удельной теплоты сгорания. Чем выше этот показатель, тем меньше расход. Также влияет чистота и качество состава, которая может отличаться от одной АЗС до другой. Для примера рассмотрим теплотворную способность бензина, дизеля и керосина.

Что означает удельная теплота сгорания горючего

Величина показывает, сколько тепла выделяется при сгорании 1 кг топлива, 1 м³, в случае газа, или 1 л для жидкости. Показатель зависит от химического состава и от физического состояния вещества. Теплота сгорания топлива измеряется в джоулях или калориях на килограмм, литр или м³. 1 Дж = 0,238 ккал.

Вычислять удельную теплоту сгорания топлива самостоятельно сложно. Поэтому при сравнении разных видов горючего используют условные показатели, ранее рассчитанные для всех типов топлива.

В теплотехнических расчетах используют понятия высшая и низшая теплота сгорания. Первое указывает на количество выделяемой энергии при сгорании горючего с конденсацией пара. Второе показывает такое же значение, но только без конденсации.

Бензин

Показатель не зависит от октанового числа топлива и определяется химическим составом. Количество соединений водорода влияет на то, какое количество воды и пара образуется при горении. Чем больше водорода, тем меньше энергетическая ценность. В среднем теплоту сгорания указывают в пределах 43,5–44,5 МДж/кг. Минеральные соединения, сера и другие примеси могут снизить этот показатель.

Керосин

Учитывая особенности этого топлива, при расчете можно получить только приблизительные показатели. Из-за содержания четырех групп углеводородов состав постоянно меняется. Поэтому при вычислении удельной теплоты сгорания учитывают изначальные характеристики используемой нефти.

В нормальных условиях теплота сгорания составляет 43 МДж/кг с погрешностью в 1000 пунктов в меньшую или большую сторону. Энергоэффективность керосина увеличивается при температуре, близкой к его кипению — +215°C.

Теплота сгорания дизельного горючего

И наконец, дизель. Теплота сгорания жидкого топлива составляет 42 МДж/кг. Показатель может варьировать в зависимости от качества нефти и определяется исследовательским методом. В отдельных случаях теплота сгорания может колебаться в интервалах 39,2–43,3 МДж/кг. Энергетическая ценность дизельного горючего зависит от степени его вязкости.

На что влияет?

Удельная теплота сгорания жидкого топлива определяет экономичность использования горючего. Чем больше этот показатель, тем выше топливная экономичность. При том же КПД двигателя расходуется меньше горючего.

Случается, топливо утекает буквально на глазах, а количество выделяемой энергии существенно снижается. Такое бывает, если в составе много несгораемых соединений и минералов. Мало того, что они не горят, но также забирают часть тепла, отчего энергетическая ценность еще меньше.

От теплоты сгорания жидкого топлива зависит КПД и бюджет на покупку горючего, что напрямую связано с расходами компании. Необязательно знать теплоту сгорания топлива, чтобы заправляться на выгодных условиях.

Чтобы не испытывать судьбу своего автомобиля или целого автопарка, выбирайте АЗС, где топливо не разбавляют. Нет необходимости тестировать все заправки самостоятельно. Поезжайте туда, где можно оплатить покупку дизеля или бензина топливными картами. Заказать их можно в компании GPC RUS. Мы сотрудничаем только с автозаправочными сетями с хорошей репутацией.

Что такое теплота сгорания топлива

Сегодня мы выясним, что такое «теплота сгорания топлива», определим ее показатели для разных видов горючего и что на них влияет.

По своей сути топливо – энергоноситель, который при определенных условиях выделяет некоторое количество тепловой энергии. Это зависит от содержания в нем окислителя. Химический состав топливной смеси и его состояния (газ, жидкость) определяет выделяемую энергию. Чем в большем количестве поступает энергия сгорания топлива, тем меньше расходуется горючего при неизменном показателе коэффициента полезного действия. При этом теплота сгорания классифицируется на высшую и низшую (в зависимости от количества израсходованной энергии и количества влаги).

Так, теплота сгорания топлива представляет собой основной показатель энергии, определяет количество полностью сгоревшего горючего и полученную при этом энергию. Для измерения применяют следующее обозначение: «Дж/м³»; «Дж/л».

Для сравнительных расчетов теплотворности различных видов топлива используют минимальное значение теплоты сгорания (29 308 кДж/кг).

Удельная теплота сгорания

Дизельное топливо (солярка)

При этом стоит учитывать, что теплота сгорания зависит от множества критериев: влажности, сернистости, зольности.

2. Теплота сгорания бензина

Теплота сгорания бензина практически одинакова для различных марок. Она варьируется в пределах 43,5–44,5 кДж/кг. Данные показатели не зависят от октанового числа бензина и определяются составом топлива. При этом содержащийся в нем водород существенно снижает тепловую ценность бензина из-за возможности связывания с кислородом и образования влаги.

3. Теплота сгорания керосина

Определить точные показатели теплоты сгорания керосина нельзя, так как процентное содержание додекана, тридекана, тетрадекана, пентадекана в каждой партии топлива отличается. Поэтому для различных групп удельная теплота сгорания керосина составляет 43000±1000 кДж/кг. Она обусловлена характеристиками нефти. При этом на теплоту сгорания влияют плотность и вязкость керосина, которые зависят от внешних температур. Отмечено, что при повышении температуры резко возрастает удельная теплоемкость.

4. Теплота сгорания дизельного топлива

Основным показателем влияния на КПД моторов при использовании дизельного топлива служит теплота сгорания. Она определяет процент расхода топлива и показатели КПД. Так, при большом поступлении выделяемой энергии снижается потребление топлива и увеличивается КПД. Но теплота сгорания дизельного топлива напрямую зависит от наличия в составе воды и серы. Поэтому состав дизельного топлива регламентируется. В большинстве случаев теплота сгорания определяется в пределах от 39 200 до 43 300 кДж/кг в зависимости от характеристик используемой при производстве нефти.

Чек-лист “5 способов экономии для владельцев автопарка”

Оставьте свои контактные данные и получите PDF с чек-листом про экономию автопарка. 5 основных способов будут ждать вас на почте