Що таке теплота згоряння палива? Як розрахувати цю величину, де її можна використовувати? Разом будемо шукати відповіді на ці важливі і актуальні для людства питання.

Що таке паливо?

Це один компонент або суміш речовин, які здатні до хімічних перетворень, пов'язаних з виділенням тепла. Різні види палива відрізняються кількісним вмістом в них окислювача, який застосовується для виділення теплової енергії. У широкому сенсі паливо є енергоносієм, тобто, потенційним видів потенційної енергії.

Класифікація

В даний час види палива підрозділяють за агрегатним станом на рідкий, твердий, газоподібний. До твердого природного вигляду зараховують кам'яне та буре вугілля, дрова, антрацит. Брикети, кокс, деревне вугілля, термоантрацит це різновиди штучного твердого палива. До рідин належать речовини, що мають у складі речовини органічного походження. Основними їх компонентами є: кисень, вуглець, азот, водень, сірка. Штучним рідким паливом будуть різноманітні смоли, мазут.


Газоподібне паливо є сумішшю різноманітних газів: етилену, метану, пропану, бутану. Крім них у складі газоподібного палива є вуглекислий і чадний гази, сірководень, азот, водяна пара, кисень.

Показники палива

Основний показник це теплота згоряння. Формула для визначення теплотворної здатності розглядається у термохімії. виділяють «умовного палива», яке передбачає теплоту згоряння 1 кг антрациту. Пічне побутове паливо призначається для спалювання в опалювальних пристроях незначної потужності, які знаходяться в житлових приміщеннях, теплогенераторах, які застосовуються в сільському господарстві для сушіння кормів, консервування.


Питома теплота згоряння палива - це така величина, що демонструє кількість теплоти, яка утворюється при повному згорянні палива об'ємом 1 м 3 або вагою один кілограм. Для вимірювання цієї величини використовують Дж/кг, Дж/м 3 , калорія/м 3 . Щоб визначити теплоту згоряння, що використовують методу калориметрії. При збільшенні питомої теплоти згоряння палива, знижується питома витрата палива, а коефіцієнт корисної дії залишається незмінною величиною. Теплота згоряння речовин є кількістю енергії, що виділяється при окисленні твердого, рідкого, газоподібного речовини. Вона визначається хімічним складом, а також агрегатним станом згорає речовини.

Особливості продуктів згоряння

Вища і нижча теплота згоряння пов'язана з агрегатним станом води в одержуваних після згоряння палива речовинах. Вища теплота згоряння-це кількість теплоти, виділяється при повному згорянні речовини. У цю величину включають і теплоту конденсації водяної пари. Нижча робоча теплота згоряння є тією величиною, що відповідає виділенню тепла при згорянні без урахування теплоти конденсації водяної пари. Прихованою теплотою конденсації вважають величину енергії конденсації водяної пари.

Математична взаємозв'язок

Вища і нижча теплота згоряння пов'язані наступним співвідношенням: Q B = Q H + k(W + 9H) де W – кількість по масі ( % ) води в пальному речовині; H-кількість водню (% по масі) в пальному речовині; k – коефіцієнт, що становить величину 6 ккал/кг

Способи проведення обчислень

Вища і нижча теплота згоряння визначається двома основними методами: розрахунковим і експериментальним. Для проведення експериментальних обчислень застосовують калориметри. Спочатку спалюють в ньому наважку палива. Теплота, яка буде при цьому виділятися, повністю поглинається водою. Маючи уявлення про масу води, можна визначити по зміні її температури, величину її теплоти згоряння.
Ця методика вважається простою і ефективною, вона передбачає тільки володіння інформацією про дані технічного аналізу. У розрахунковою методикою вища і нижча теплота згоряння обчислюється за формулою Менделєєва. Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p ) – 25 W p (кДж/кг) Воно враховує вміст вуглецю, кисню, водню, водяної пари, сірки у робочому складі (у відсотках). Кількість теплоти при згорянні визначається з урахуванням умовного палива. Теплота згоряння газу дозволяє проводити попередні розрахунки, виявляти ефективність застосування певного виду палива.

Особливості походження

Для того щоб зрозуміти, скільки теплоти виділяється при згорянні певного палива, необхідно мати уявлення про його походження. У природі є різні варіанти твердого палива, які відрізняються між собою складом і властивостями. Його освіта здійснюється через кілька стадій. Спочатку утворюється торф, потім виходить буре і кам'яне вугілля, потім формується антрацит. В якості основних джерел утворення твердого палива виступають листя, деревина, хвоя. Відмираючи, частини рослин при дії повітря, руйнуються грибками, утворюють торф. Його скупчення перетворюється в буру масу, потім виходить бурий газ. При високому тиску і температурі, бурий газ переходить на кам'яне вугілля, потім паливо накопичується у вигляді антрациту. Крім органічної маси, в паливі є додатковий баласт. Органічної вважають ту частину, що утворилася з органічних речовин: водню, вуглецю, азоту, кисню. Крім цих хімічних елементів, у його складі є баласту: волога, зола.
Топкова техніка передбачає виділення робочої, сухий, а також горючої маси палива, що спалюється. Робочою масою називають паливо в вихідному вигляді, що надходить до споживача. Суха маса - це склад, в якому відсутня вода.

Склад

Найбільш цінними компонентами вважаються вуглець і водень. Ці елементи містяться в будь-якому виді палива. У торфі та деревині процентний вміст вуглецю досягає 58 відсотків, в кам'яному і бурому вугіллі – 80%, а в антрациті воно досягає 95 відсотків по масі. В залежності від цього показника змінюється кількість теплоти, що виділяється при згорянні палива. Водень є другим по важливості елемент будь-якого палива. Зв'язуючись з киснем, він утворює вологу, яка істотно знижує теплову цінність будь-якого палива. Його процентний вміст коливається від 38 до горючих сланцях до 11 в мазуті. В якості баласту виступає кисень, що входить до складу палива. Він не є теплообразующим хімічним елементом, тому негативно відбивається на величині теплоти його згоряння. Згоряння азоту, що міститься у вільному або зв'язаному вигляді в продуктах згоряння, вважається шкідливими домішками, тому його кількість чітко лімітується. Сірка входить до складу палива у вигляді сульфатів, сульфідів, а також в якості сірчистих газів. При гідратації оксиди сірки утворюють сірчану кислоту, яка руйнує котельне устаткування, негативно впливає на рослинність і живі організми. Саме тому сірка є хімічним елементом, присутність якого в природному паливі є вкрай небажаним. При попаданні всередину робочого приміщення, сірчисті сполуки викликають суттєві отруєння обслуговуючого персоналу. Виділяють три види золи в залежності від її походження:

первинну;

вторинну;

третинну.

Первинний вигляд формується з мінеральних речовин, які містяться в рослинах. Вторинна зола утворюється як результат попадання під час пластообразования рослинних залишків піском і землею. Третинна зола виявляється в складі палива у процесі видобутку, зберігання, а також його транспортування. При істотному відкладення золи відбувається зменшення теплопередачі поверхні нагріву котельного агрегату, знижує величину тепловіддачі від газів до води. Величезна кількість золи негативно відбивається на процесі експлуатації котла.

На закінчення

Істотний вплив на процес горіння будь-якого виду палива надають леткі речовини. Чим більше їх вихід, тим об'ємніше буде обсяг фронту полум'я. Наприклад, кам'яне вугілля, торф, легко спалахують, процес супроводжується незначними втратами тепла. Кокс, який залишається після видалення летких домішок, у своєму складі має не тільки мінеральні і вуглецеві сполуки. Залежно від особливостей палива, величина кількості теплоти істотно змінюється. У залежності від хімічного складу виділяють три стадії формування твердого палива: торф'яну, буроугольную, кам'яновугільну. Натуральну деревину застосовують у невеликих котельних установках. В основному використовують тріску, тирсу, горбилі, кору, самі дрова застосовують у незначних кількостях. У залежності від породи деревини величина виділеної теплоти істотно змінюється. По мірі зниження теплоти згоряння, дрова набувають певні переваги: швидке займистість, мінімальну зольність, відсутність слідів сірки. Достовірна інформація про склад природного або синтетичного палива, його теплотворної здатності, є відмінним способом проведення термохімічних обчислень. В даний час з'являється реальна можливість виявлення тих основних варіантів твердого, газоподібного, рідкого палива, які будуть найбільш ефективними і недорогими у використанні в певній ситуації.