Как да намерите специфичната топлина на изгаряне на формулата на горивото. Калоричност на различни видове гориво: дърва за огрев, въглища, пелети, брикети
Веществата от органичен произход включват горива, които при изгаряне отделят определено количество топлинна енергия. Производството на топлина трябва да се характеризира с висока ефективност и липса на странични ефекти, по-специално вещества, вредни за човешкото здраве и околната среда.
За по-лесно зареждане в горивната камера дървеният материал се нарязва на отделни елементи с дължина до 30 см. За да се увеличи ефективността на тяхното използване, дървата за огрев трябва да са възможно най-сухи и процесът на горене трябва да бъде относително бавен. В много отношения дървесината от твърда дървесина като дъб и бреза, леска и ясен и глог са подходящи за отопление на помещения. Поради високо съдържание на смола, повишена скорост на горене и ниска калоричност иглолистни дърветав това отношение те значително отстъпват.
Трябва да се разбере, че стойността на калоричността се влияе от плътността на дървесината.
Това естествен материал растителен произход, извлечени от седиментни скали.
Този вид твърдо гориво съдържа въглерод и др химически елементи. Съществува разделение на материала по видове в зависимост от неговата възраст. Кафявите въглища се считат за най-младите, следвани от каменните въглища, а антрацитът е по-стар от всички останали видове. Възрастта на едно горимо вещество също определя неговото съдържание на влага, което е по-присъстващо в младия материал.
При изгарянето на въглища се получава замърсяване на околната среда, а върху решетките на котела се образува шлака, която до известна степен създава пречка за нормалното горене. Наличието на сяра в материала също е неблагоприятен фактор за атмосферата, тъй като във въздушното пространство този елемент се превръща в сярна киселина.
Потребителите обаче не трябва да се страхуват за здравето си. Производителите на този материал, като се грижат за частни клиенти, се стремят да намалят съдържанието на сяра в него. Топлинната стойност на въглищата може да варира дори в рамките на един и същи вид. Разликата зависи от характеристиките на подвида и неговото минерално съдържание, както и от географията на производство. Като твърдо гориво се срещат не само чисти въглища, но и нискообогатена въглищна шлака, пресована в брикети.
Пелетите (горивни гранули) са твърди горива, създадени промишлено от дървесни и растителни отпадъци: талаш, кора, картон, слама.
Натрошената на прах суровина се изсушава и изсипва в гранулатор, откъдето излиза под формата на гранули с определена форма. За добавяне на вискозитет към масата се използва растителен полимер, лигнин. Сложността на производствения процес и голямото търсене определят цената на пелетите. Материалът се използва в специално оборудвани котли.
Видовете гориво се определят в зависимост от материала, от който се обработват:
- объл дървен материал от дървета от всякакъв вид;
- слама;
- торф;
- слънчогледова кора.
Сред предимствата, които имат горивни пелети, заслужава да се отбележат следните качества:
- екологичност;
- невъзможност за деформиране и устойчивост на гъбички;
- лесно съхранение дори на открито;
- равномерност и продължителност на горене;
- относително ниска цена;
- Възможност за използване за различни отоплителни уреди;
- подходящ размер на гранулите за автоматично зареждане в специално оборудван котел.
Брикети
Брикетите са твърди горива, които в много отношения са подобни на пелетите. За производството им се използват идентични материали: дървени стърготини, стърготини, торф, люспи и слама. По време на производствения процес суровините се раздробяват и се оформят в брикети чрез пресоване. Този материал също е екологично чисто гориво. Удобен е за съхранение дори на на открито. Гладка, равномерна и бавно горенеТова гориво може да се наблюдава както в камини и печки, така и в отоплителни котли.
Разгледаните по-горе видове екологично чисто твърдо гориво са добра алтернатива за генериране на топлина. В сравнение с изкопаемите източници на топлинна енергия, които имат неблагоприятен ефект върху горенето заобикаляща средаи в допълнение, като невъзобновяеми, алтернативните горива имат ясни предимства и относително ниска цена, което е важно за определени категории потребители.
В същото време опасността от пожар на такива горива е много по-висока. Ето защо е необходимо да се вземат някои мерки за безопасност по отношение на тяхното съхранение и използването на огнеупорни материали за стени.
Течни и газообразни горива
Що се отнася до течните и газообразни запалими вещества, ситуацията тук е следната.
Днес хората са изключително зависими от горивата. Отопление на жилища, готвене, експлоатация на оборудване и Превозно средство. Повечето от използваните горива са въглеводороди. За да се оцени тяхната ефективност, се използват стойности на специфичната топлина на изгаряне. Керосинът има относително впечатляващ показател. Поради това качество се използва в ракетни и авиационни двигатели.
Поради свойствата си керосинът се използва в ракетни двигатели
Свойства, производство и приложение
Историята на керосина датира от повече от 2 хиляди години и започва, когато арабските учени излязоха с метод за дестилиране на петрол в отделни компоненти. Официално е открит през 1853 г., когато канадският лекар Абрахам Геснер разработва и патентова метод за извличане на бистра запалима течност от битум и нефтени шисти.
След пробиването на първия петролен кладенец през 1859 г. нефтът става основната суровина за керосин. Поради широкото му използване в лампи, той се смяташе за основен продукт от рафинирането на петрол в продължение на десетилетия. Само появата на електричеството намали значението му за осветление. Производството на керосин също спадна, тъй като автомобилите станаха по-популярни.- това обстоятелство значително увеличи значението на бензина като петролен продукт. Въпреки това днес в много части на света керосинът се използва за отопление и осветление, а съвременното реактивно гориво е същият продукт, но с по-високо качество.
С увеличаването на употребата на автомобили, популярността на керосина намаля
Керосин - лек бистра течност, химически смес органични съединения. Съставът му до голяма степен зависи от суровината, но като правило се състои от дузина различни въглеводороди, като всяка молекула съдържа от 10 до 16 въглеродни атома. Керосинът е по-малко летлив от бензина. Сравнителните температури на горене на керосина и бензина, при които те отделят запалими пари близо до повърхността, са съответно 38 и -40°C.
Това свойство ни позволява да считаме керосина за относително безопасно гориво от гледна точка на съхранение, използване и транспортиране. Въз основа на точката си на кипене (150 до 350°C), той се класифицира като един от така наречените средни дестилати на суровия петрол.
Керосинът може да се получи директно, тоест физически отделен от петрола, чрез дестилация или чрез химическо разлагане на по-тежки фракции в резултат на процеса на крекинг.
Характеристики на керосина като гориво
Горенето е процес на бързо окисляване на вещества с отделяне на топлина. По правило реакцията включва кислород, съдържащ се във въздуха. При изгарянето на въглеводороди се образуват следните основни продукти на горене:
- въглероден двуокис;
- водна пара;
- сажди.
Количеството енергия, генерирано при изгарянето на гориво, зависи от неговия вид, условията на горене, масата или обема. Енергията се измерва в джаули или калории. Специфични (за единица измерване на количеството вещество) Калоричността е енергията, получена при изгаряне на единица гориво:
- молар (например J/mol);
- маса (например J/kg);
- обемни (например kcal/l).
В повечето случаи за оценка на газообразни, течни и твърди гориваработят с показателя за масова топлина на изгаряне, изразена в J/kg.
Когато въглехидратът се изгаря, се образуват няколко елемента, като сажди Стойността на топлината на изгаряне ще зависи от това дали са взети предвид процесите, протичащи с водата по време на горенето. Изпаряването на влагата е енергоемък процес, и като се вземе предвид преносът на топлина по време на кондензацията на тези пари също може да повлияе на резултата.
Резултатът от измерванията, направени преди кондензираната пара да върне енергия на системата, се нарича по-ниска калорична стойност, а стойността, получена след кондензирането на парите, се нарича по-висока топлина. Въглеводородните двигатели не могат да използват допълнителната енергия на водните пари в отработените газове, така че нетният индикатор е от значение за производителите на двигатели и се среща по-често в справочниците.
Често при посочване на калоричност не се уточнява кое от количествата се има предвид, което може да доведе до объркване. Помага да се знае, че в Руската федерация е традиционно да се посочва по-ниската.
По-ниската калоричност е важен показател
Трябва да се отбележи, че за някои горива разделянето на нетна и брутна енергия няма смисъл, тъй като те не произвеждат вода по време на изгаряне. Това не е от значение за керосина, тъй като съдържанието на въглеводороди е високо. С относително ниска плътност (между 780 kg/m³ и 810 kg/m³) неговата калоричност е подобна на тази на дизеловото гориво и е:
- най-ниска - 43,1 MJ/kg;
- най-високата - 46,2 MJ/kg.
Сравнение с други видове гориво
Разглежданият индикатор е много удобен за оценка на потенциалното количество топлина, съдържащо се в горивото. Например, калоричността на бензина на единица маса е сравнима с тази на керосина, но първият е много по-плътен. Като следствие, при същото сравнение, един литър бензин съдържа по-малко енергия.
Специфичната топлина на изгаряне на нефта като смес от въглеводороди зависи от неговата плътност, която е различна за различните находища (43-46 MJ/kg). Методите за изчисление позволяват да се определи тази стойност с висока точност, ако има първоначални данни за нейния състав.
Осреднените показатели за някои видове запалими течности, които съставляват масло, изглеждат така (в MJ/kg):
- дизелово гориво - 42-44;
- бензин - 43-45;
- керосин - 43-44.
Калорийното съдържание на твърдите горива, като торф и въглища, има по-голям диапазон. Това се дължи на факта, че техният състав може да варира значително както в съдържанието на незапалими вещества, така и в калоричното съдържание на въглеводороди. Например калоричността на торфа различни видовеможе да варира между 8-24 MJ/kg, а въглищата - 13-36 MJ/kg. Сред обикновените газове водородът има висока калоричност - 120 MJ/kg. Следващата най-висока специфична топлина на изгаряне е метанът (50 MJ/kg).
Можем да кажем, че керосинът е гориво, издържало проверката на времето именно поради относително високата си енергоемкост на ниска цена. Използването му е не само икономически оправдано, но в някои случаи няма алтернатива.
В този урок ще научим как да изчисляваме количеството топлина, което горивото отделя по време на изгаряне. Освен това вземете предвид характеристиките на горивото - специфична топлинаизгаряне.
Тъй като целият ни живот се основава на движение, а движението се основава най-вече на изгарянето на гориво, изучаването на тази тема е много важно за разбирането на темата „Топлинни явления“.
След изучаване на въпроси, свързани с количеството топлина и специфичен топлинен капацитет, нека да преминем към разглеждане количество топлина, отделено при изгаряне на гориво.
Определение
гориво- вещество, което при някои процеси (горене, ядрени реакции) произвежда топлина. Е източник на енергия.
Горивото се случва твърди, течни и газообразни(Фиг. 1).
Ориз. 1. Видове гориво
- Твърдите горива включват въглища и торф.
- Течните горива включват петрол, бензин и други петролни продукти.
- Газообразните горива включват природен газ.
- Отделно можем да подчертаем много често срещаните напоследък ядрено гориво.
Изгарянето на гориво е химичен процес, който е окислителен. По време на горенето въглеродните атоми се свързват с кислородните атоми, за да образуват молекули. В резултат на това се освобождава енергия, която човек използва за свои цели (фиг. 2).
Ориз. 2. Образуване на въглероден диоксид
За характеризиране на горивото се използва следната характеристика: калорична стойност. Калоричността показва колко топлина се отделя при изгарянето на горивото (фиг. 3). Във физиката калоричността съответства на понятието специфична топлина на изгаряне на веществото.
Ориз. 3. Специфична топлина на изгаряне
Определение
Специфична топлина на изгаряне- физическото количество, характеризиращо горивото, е числено равно на количеството топлина, което се отделя при пълното изгаряне на горивото.
Специфичната топлина на изгаряне обикновено се означава с буквата . Единици:
Няма мерна единица, тъй като изгарянето на горивото става при почти постоянна температура.
Специфичната топлина на изгаряне се определя експериментално с помощта на сложни инструменти. Има обаче специални таблици за решаване на задачи. По-долу представяме стойностите на специфичната топлина на изгаряне за някои видове гориво.
|
вещество |
|
Таблица 4. Специфична топлина на изгаряне на някои вещества
От дадените стойности става ясно, че по време на горенето се отделя огромно количество топлина, така че се използват мерните единици (мегаджаули) и (гигаджаули).
За да се изчисли количеството топлина, отделена по време на изгарянето на гориво, се използва следната формула:
Тук: - маса на горивото (kg), - специфична топлина на изгаряне на гориво ().
В заключение отбелязваме, че по-голямата част от горивото, използвано от човечеството, се съхранява с помощта слънчева енергия. Въглища, нефт, газ - всичко това се е образувало на Земята поради влиянието на Слънцето (фиг. 4).
Ориз. 4. Образуване на гориво
В следващия урок ще говорим за закона за запазване и преобразуване на енергията при механични и топлинни процеси.
списъклитература
- Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ед. Орлова V.A., Roizena I.I. Физика 8. - М.: Мнемозина.
- Перишкин А.В. Физика 8. - М.: Дропла, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
- Интернет портал “festival.1september.ru” ()
- Интернет портал “school.xvatit.com” ()
- Интернет портал “stringer46.narod.ru” ()
Домашна работа
В допълнение към основните компоненти въглищата съдържат различни незапалими добавки, образуващи пепел, „скала“. Пепелзамърсява околната среда и се синтерова в шлака върху решетката, което затруднява изгарянето на въглища. В допълнение, наличието на скала намалява специфичната топлина на изгаряне на въглищата. В зависимост от вида и условията на добив, количеството на минералите варира значително; пепелното съдържание на каменните въглища е около 15% (10–20%).
Друг вреден компонент на въглищата е сяра. При изгарянето на сярата се образуват оксиди, които в атмосферата се превръщат в сярна киселина. Съдържанието на сяра във въглищата, които доставяме на клиентите чрез мрежа от наши представители е около 0,5%, това е много ниска стойност, което означава, че екологията на вашия дом ще бъде запазена.
Основният показател за всяко гориво е специфична топлина на изгаряне. За въглища тази цифра е:
Тези цифри се отнасят за въглищен концентрат. Реални числаможе да се различава значително. Така за обикновените черни въглища, които могат да бъдат закупени от складове за въглища, посочената стойност е 5000-5500 kcal/kg. В нашите изчисления използваме 5300 kcal/kg.
Плътност на въглищата от 1 до 1,7 ( въглища- 1,3–1,4) g/cm 3 в зависимост от вида и съдържанието на минерали. В технологията те също използват " обемна плътност“, това е около 800-1000 kg/m 3.
Видове и сортове въглища
Въглищата се класифицират според много параметри (география на производството, химичен състав), но от „битова“ гледна точка, когато купувате въглища за използване в печки, е достатъчно да разберете етикетирането и възможността за използване в ThermoRobot.
Според степента на въглища се разграничават три вида въглища: кафяво, камъкИ антрацит.Използва се следната система за обозначаване на въглищата: Разнообразие = (марка) + (размер).
В допълнение към основните класове, дадени в таблицата, се разграничават и междинни класове въглища: DG (газ с дълъг пламък), GZh (мазни газове), KZh (маслен кокс), PA (полуантрацит), кафяви въглища също разделени на групи.
Коксуващите се въглища (G, кокс, Zh, K, OS) практически не се използват в топлоенергетиката, тъй като те са оскъдна суровина за коксохимическата промишленост.
Според класа на размера (размер на парчета, фракции) сортираните въглища се разделят на:
В допълнение към сортираните въглища има комбинирани фракции и отсевки за продажба (PK, KO, OM, MS, SSh, MSSh, OMSSh). Размерът на въглищата се определя въз основа на по-малката стойност на най-фината фракция и по-голямата стойност на най-едрата фракция, посочени в името на марката въглища.
Например фракцията OM (M - 13–25, O - 25-50) е 13–50 mm.
В допълнение към посочените видове въглища, можете да намерите в продажба въглищни брикети, които се пресоват от нискообогатен въглищен шлам.
Как горят въглищата
Въглищата се състоят от два запалими компонента: летливи веществаИ твърд (коксов) остатък.
По време на първия етап на горене се отделят летливи вещества; Когато има излишък на кислород, те изгарят бързо, произвеждайки дълъг пламък, но малко топлина.
След това коксовият остатък изгаря; интензивността на изгарянето му и температурата на запалване зависят от степента на въглища, т.е. от вида на въглищата (кафяви, твърди, антрацитни).
Колкото по-висока е степента на карбонизация (най-високата е за антрацита), толкова по-висока е температурата на запалване и топлината на изгаряне, но толкова по-ниска е интензивността на горене.
Въглища марки D, G
Поради високото съдържание на летливи вещества, такива въглища пламват бързо и бързо изгарят. Въглищата от тези класове са достъпни и подходящи за почти всички видове котли, но за пълно изгаряне тези въглища трябва да се доставят на малки порции, така че освободените летливи вещества да имат време да се комбинират напълно с кислорода във въздуха. Пълното изгаряне на въглищата се характеризира с жълт пламък и прозрачни димни газове; непълното изгаряне на летливи вещества води до лилав пламък и черен дим.
За ефективно изгаряне на такива въглища процесът трябва да се наблюдава постоянно; този режим на работа се прилага в автоматичната котелна стая Termorobot.
Въглища клас А
Пали се по-трудно, но гори дълго време и отделя много повече топлина. Въглищата могат да се зареждат на големи партиди, тъй като те изгарят предимно коксов остатък и няма масово отделяне на летливи вещества. Режимът на издухване е много важен, тъй като при липса на въздух горенето става бавно, може да спре или, напротив, прекомерно повишаване на температурата, което води до загуба на топлина и изгаряне на котела.
Има различни видове гориво различни характеристики. Това зависи от калоричността и количеството топлина, отделена при пълното изгаряне на горивото. Например, относителната топлина на изгаряне на водорода влияе върху неговата консумация. Калорична стойностопределени с помощта на таблици. Те предоставят сравнителни анализи на потреблението на различни енергийни ресурси.
Има огромно количество горими вещества. всеки от които има своите плюсове и минуси
Сравнителни таблици
С помощта на сравнителни таблици е възможно да се обясни защо различните енергийни ресурси имат различна калоричност. Например като:
- електричество;
- метан;
- бутан;
- пропан-бутан;
- дизелово гориво;
- дърва за горене;
- торф;
- въглища;
- смеси от втечнени газове.
Пропанът е един от популярните видове гориво
Таблиците могат да демонстрират не само, например, специфичната топлина на изгаряне на дизеловото гориво. В докладите за сравнителен анализ са включени и други показатели: калоричност, обемни плътности на веществата, цена на част от условното хранене, коефициент на ефективност. отоплителни системи, цената на един киловат на час.
В това видео ще научите как работи горивото:
Цени на горивата
Благодарение на докладите сравнителен анализопределяне на перспективите за използване на метан или дизелово гориво. Цена на газ в централизиран газопровод има тенденция да се увеличава. Може да е по-висок дори от дизеловото гориво. Ето защо цената на втечнения нефтен газ ще остане почти непроменена, но използването му ще остане единственото решениепо време на монтажа независима системагазификация.
Има няколко вида наименования на горива и смазочни материали (горива и смазочни материали): твърди, течни, газообразни и някои други запалими материали, в които по време на реакцията на генериране на топлина на окисляване на горива и смазочни материали неговата химическа топлинна енергия се превръща в температурно излъчване.
Отделената топлинна енергия се нарича калоричност различни видовегориво в случай на пълно изгаряне на запалимо вещество. Зависимостта му от химичния състав и влажността е основният показател за храненето.
Термична чувствителност
Определянето на OTC на горивото се извършва експериментално или чрез аналитични изчисления. Експерименталното определяне на термичната чувствителност се извършва експериментално чрез установяване на обема на топлината, отделена по време на изгарянето на горивото в топлоакумулатор с термостат и горивна бомба.
Ако е необходимо, определете специфичната топлина на изгаряне на горивото от таблицата Първо се правят изчисления по формулите на Менделеев. Има по-високи и по-ниски класове OTC гориво. При най-високата относителна топлина се отделя голямо количество топлина, когато горивото изгори. Това отчита топлината, изразходвана за изпаряване на водата в горивото.
При най-ниската степен на изгаряне TTC е по-малък, отколкото при най-високата степен, тъй като в този случай се отделя по-малко изпарение. При изгаряне на гориво се получава изпарение от вода и водород. За да се определят свойствата на горивото, инженерните изчисления вземат предвид по-ниската относителна калоричност, която е важен параметър на горивото.
Следните компоненти са включени в таблиците на специфичната топлина на изгаряне на твърди горива: въглища, дърва за огрев, торф, кокс. Те включват стойностите на GTC на твърд запалим материал. Наименованията на горивата са въведени в таблиците по азбучен ред. От всички твърди форми на горива и смазочни материали, коксът, камъкът, кафявото и смазочните материали имат най-голям капацитет за пренос на топлина. дървени въглища, както и антрацит. Нископроизводителните горива включват:
- дърво;
- дърва за горене;
- прах;
- торф;
- горими шисти.
В списъка на течните горива и смазочни масла са включени показатели за алкохол, бензин, керосин и масло. Специфичната топлина на изгаряне на водорода, както и различни формигориво се отделя, когато един килограм, един кубичен метър или един литър изгорят напълно. Най-често тези физични свойстваизмерва се в единици работа, енергия и количество отделена топлина.
В зависимост от степента, в която е висок ОТС на ГСМ, това ще бъде и неговото потребление. Тази компетентност е най-важният параметър на горивото и това трябва да се вземе предвид при проектирането на котелни инсталации на гориво различни видове. Калоричността зависи от влажността и съдържанието на пепел, както и от запалими съставки като въглерод, водород, летлива горима сяра.
SG (специфична топлина) на изгаряне на алкохол и ацетон е много по-ниска от класическите моторни горива и смазочни материали и е равна на 31,4 MJ/kg; за мазут тази цифра варира от 39-41,7 MJ/kg. Индикатор за горене природен газ 41-49 MJ/kg. Една kcal (килокалория) е равна на 0,0041868 MJ. Калоричното съдържание на различните видове гориво се различава едно от друго по отношение на изгарянето. Колкото повече топлина отделя дадено вещество, толкова по-голям е топлопреносът му. Този процес се нарича още пренос на топлина. В топлообмена участват течности, газове и твърди частици.
