Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

В таблицах представлена массовая удельная теплота сгорания топлива (жидкого, твердого и газообразного) и некоторых других горючих материалов. Рассмотрено такое топливо, как: уголь, дрова, кокс, торф, керосин, нефть, спирт, бензин, природный газ и т. д.
Перечень таблиц:

1. Удельная теплота сгорания твердого топлива
2. Удельная теплота сгорания жидкого топлива
3. Удельная теплота сгорания газообразного топлива
4. Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

При экзотермической реакции окисления топлива его химическая энергия переходит в тепловую с выделением определенного количества теплоты. Образующуюся тепловую энергию принято называть теплотой сгорания топлива. Она зависит от его химического состава, влажности и является основным показателем топлива. Теплота сгорания топлива, отнесенная на 1 кг массы или 1 м3 объема образует массовую или объемную удельную теплоты сгорания.

Удельной теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема твердого, жидкого или газообразного топлива. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Дж/кг или Дж/м3.

Удельную теплоту сгорания топлива можно определить экспериментально или вычислить аналитически. Экспериментальные методы определения теплотворной способности основаны на практическом измерении количества теплоты, выделившейся при горении топлива, например в калориметре с термостатом и бомбой для сжигания. Для топлива с известным химическим составом удельную теплоту сгорания можно определить по формуле Менделеева.

Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания. Высшая теплота сгорания равна максимальному количеству теплоты, выделяемому при полном сгорании топлива, с учетом тепла затраченного на испарение влаги, содержащейся в топливе. Низшая теплота сгорания меньше значения высшей на величину теплоты конденсации водяного пара, который образуется из влаги топлива и водорода органической массы, превращающегося при горении в воду.

Для определения показателей качества топлива, а также в теплотехнических расчетах обычно используют низшую удельную теплоту сгорания, которая является важнейшей тепловой и эксплуатационной характеристикой топлива и приведена в таблицах ниже.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·106 Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

К топливам с низкой энергоэффективностью можно отнести древесину, дрова, порох, фрезторф, горючие сланцы. Например, удельная теплота сгорания дров составляет 8,4…12,5, а пороха — всего 3,8 МДж/кг.
Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

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.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Приведена таблица удельной теплоты сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей. Следует отметить, что высоким тепловыделением при сгорании отличаются такие топлива, как: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо и нефть.

Удельная теплота сгорания спирта и ацетона существенно ниже традиционных моторных топлив. Кроме того, относительно низким значением теплоты сгорания обладает жидкое ракетное топливо и этиленгликоль — при полном сгорании 1 кг этих углеводородов выделится количество теплоты, равное 9,2 и 13,3 МДж, соответственно.
Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Что такое горение

В процессе горения температура резко повышается и выделяется большое количество тепловой энергии (теплоты). Поэтому, горение – это экзотермический процесс.

В топливе содержатся атомы химического элемента, который называется углеродом. При горении топлива каждый атом углерода объединяется в двумя атомами кислорода и выделяется энергия.

Когда горит какое-либо вещество, мы видим пламя (рис. 2).

Пламя – это поток раскаленных газов, часть пространства, в которой топливо и кислород превращаются в продукты сгорания.

Рис. 2. Горение – это химическая реакция окисления топлива с образованием продуктов горения, пламенем выделением теплоты
Горение – процесс сложный, потому, что во время его протекания происходит цепочка химических превращений. В основном – это реакции окисления между сгорающим топливом и кислородом;

Примечание: В окружающем воздухе содержится кислород. Кислород – это сильный окислитель.

Что нужно, чтобы горение возникло

Только лишь наличия топлива и кислорода в окружающем воздухе недостаточно, чтобы это топливо загорелось. Мы должны сначала нагреть топливо до температуры, при которой произойдет его возгорание. Для предварительного нагрева мы используем источник зажигания. Например, спички, зажигалку и т. п.

Примечание: Чтобы горение возникло, нужно сначала нагреть топливо до температуры, при которой произойдет возгорание.

Например, самостоятельно может загореться бумага, наргетая до 233 градусов Цельсия или дерево, нагретое до 300 градусов Цельсия.

Поэтому, бездумно нагревать горючие вещества опасно. Так как нагретое горючее вещество способно самостоятельно загореться, иногда со взрывом.

Температура самовоспламенения некоторых веществ

• бумага: 233 (C);
• дерево: 300 (C);
• бензин: 250 — 300 (C);
• спирт этиловый: 400 (C);

Температура горения некоторых веществ

• сухие дрова: от 800 до 1000 (C);
• пламя спички: от 750 до 1400 (C);
• уголь в печи или котле: от 1000 до 2300 градусов Цельсия (зависит от подачи воздуха);
• бензин: 1300 — 1400 (C);

Температура частей пламени различается

Раскаленные до высокой температуры газы, выделяющиеся при сгорании топлива, светятся. Они образуют светлый ореол около горящего топлива. Этот ореол называют пламенем. Пламя можно условно разделить на слои. Температура таких слоев пламени различается. Чем ярче пламя, чем ближе его цвет к белому цвету, тем выше его температура.

Рис. 3. Раскаленные газы, выделяющиеся при горении, светятся и, образуют пламя, которое по степени нагревания можно разделить на слои

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов

Представлена таблица удельной теплоты сгорания газообразного топлива и некоторых других горючих газов в размерности МДж/кг. Из рассмотренных газов наибольшей массовой удельной теплотой сгорания отличается водород. При полном сгорании одного килограмма этого газа выделится 119,83 МДж тепла. Также высокой теплотворной способностью обладает такое топливо, как природный газ — удельная теплота сгорания природного газа равна 41…49 МДж/кг (у чистого метана 50 МДж/кг).
Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов (водород, природный газ, метан)

Правила сжигания

Когда потребитель знакомится с температурой горения того или иного угля, ему нужно учитывать, что производители указывают только те цифры, которые являются актуальными для идеальных условий. Конечно, в обычном бытовом котле или печи воссоздать необходимые параметры просто невозможно. Современные теплогенераторы из металла или кирпича просто не рассчитаны на столь высокие температуры, так как основной теплоноситель в системе может быстро закипеть. Именно поэтому параметры сгорания того или иного топлива определяются режимом его сжигания.

Иными словами, все зависит от интенсивности подачи воздуха. Как ископаемый, так и древесный уголь хорошо нагревает помещение, если уровень поступления кислорода достигает 100%. Чтобы ограничить воздушный поток, можно использовать специальную заслонку/задвижку. Такой подход позволяет создать наиболее благоприятные условия сгорания заправленного топлива (до 950˚С).

Если уголь используется в твердотопливном котле, тогда нельзя допустить вскипание теплоносителя. Основная опасность связана с тем, что предохранительный клапан может просто не сработать, а это чревато большим взрывом. К тому же смесь воды и горячего пара плохо воздействует на функциональные способности циркуляционного насоса. Специалистами были разработаны два наиболее эффективных способа, которые позволяют контролировать процесс горения:

1. Дроблённое или порошковое топливо должно поступать в котёл исключительно в дозированном объёме (действует та же схема, что и в пиллетных устройствах).
2. Основной энергоноситель загружается в топку, после чего регулируется интенсивность подачи воздуха.

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.
Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Источники:

1. Абрютин А. А. и др. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод.
2. ГОСТ 147-2013 Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания.
3. ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
4. ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
5. ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.
6. Земский Г. Т. Огнеопасные свойства неорганических и органических материалов: справочник М.: ВНИИПО, 2016 — 970 с.

Древесный уголь как пользоваться

Разжигать древесный уголь нужно без использования какой-либо химии: неприятный запах от нее останется до тех пор, пока гореть будет топливо. Потому берем кусок бумаги, комкаем, несколько тонких сухих лучинок выстраиваем вокруг бумаги «шалашиком», бумагу поджигаем, ждем, пока займутся лучины, сверху подкладываем немного сухих дров. Когда они хорошо разгорятся, можно класть древесный уголь. Причем складывать его нужно горкой. Так он разгорается лучше. Если речь идет о мангале и приготовлении пищи, то чтобы древесный уголь равномерно разгорелся, те куски, что оказались по краям горки, выкладываем наверх. Те, которые были ближе к центру, оказываются с краю. Так ждем, пока все куски не покроются белым налетом и над ними перестанут появляться языки пламени. Вот теперь можно жарить шашлык.

Как разжечь древесный уголь? При помощи бумаги и тонких щепок или…строительного фена

Есть способ разжечь древесные угли без бумаги, спичек и дров. Нужен только строительный фен и электрическая розетка. Все. Ни бумаги, ни спичек. Берете фен, включаете на максимум, направляете поток воздуха на сложенный горкой уголь. Первый уголек вспыхнет где-то через полминуты, потом займутся остальные, минут через пять будут гореть все.

Сколько дров требуется для отопления дома

Всегда смотрим на качество дров, которые покупаются. Мягкая древесина горит быстро, но жару много не дает. Предпочтение отдается твердым породам, которые хоть и горят медленно, затее тепла дают очень много. В продаже очень часто попадаются гнилые дрова. Когда самому заготавливать дрова, то такого никогда не будет. Да и продают чаще всего сырую древесину.

Получается, что для частного дома или дачи лучше всего найти примерно 10 кубов дров на сезон. Для того чтобы не тратить средства на покупку колотых дров, можно самостоятельно начать их заготовку. Мало того, возле дачного участка всегда будет лес, где есть поваленное старое дерево. Отличный вариант заготовки дров – это воспользоваться моментом, когда кто-то разбирает старый деревянный дом.

Техника для заготовки дров на зиму

Много дров с помощью ножовки или топора не заготовить. Кроме того, необходимо приложить массу усилий.

Для того чтобы выполнять заготовочные работы, нужно купить специальные инструменты, которых не так уж и много существует.

Для того чтобы в лесу разрезать ствол дерева, необходимо выбрать хорошую бензопилу. Самый лучший вариант – это устройство мощностью до двух киловатт. Если же работы будут проводиться возле дома, то есть вариант использовать электрическую пилу. Встречаются в продаже такие виды пил, которые оснащены аккумуляторами. Если работы будут проводиться очень часто, то рекомендуется покупать полупрофессиональные пилы. Мощность их выше двух киловатт, да и цена – больше.

Потом, чтобы наколоть дрова, нужно купить качественный дровокол горизонтального типа. Для дома – это лучшее устройство, которое работает безопасно. Работать с дровоколом просто: нужно включить устройство, которое работает от электричества, затем положить полено, а далее ждать, пока его разделит нож.

После работ будет мусор. И тут понадобится измельчитель, которым можно переработать отходы. Щепки, стружку, листья можно быстро превратить в удобрение для огорода.

Если вы хотите приобрести качественную технику, то придется выложить немало средств. Тем не менее, инструменты будут служить долго. Через некоторое время они себя сполна окупят. Для тех, кто считает, что купить готовые дрова дешевле – глубоко ошибается. К примеру, чего стоит только одна доставка уже готовых дров, а потом еще их нужно и хранить. Хранятся дрова под специальными навесами или в поленницах.

Навес для дров на даче своими руками, фото

Навесы для хранения дров зимой на даче

навес для хранения дров зимой

Специалисты доказали, что самостоятельная заготовка леса обходится хозяину намного дешевле, даже если он потратил значительные средства для покупки садовой техники.

Где можно найти значения q

Информацию о величинах удельной теплоты сгорания для конкретных видов топлива можно найти в технических справочниках или в их электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде такой таблицы:

Удельная теплота сгорания, q

Ресурсы разведанных, современных видов топлива ограничены. Поэтому в будущем на смену им придут другие источники энергии:

• атомные, использующие энергию ядерных реакций;
• солнечные, преобразовывающие энергию солнечных лучей в тепло и электричество;
• ветряные;
• геотермальные, использующие тепло природных горячих источников.

Преимущества и недостатки пеллетных котлов

Оборудование имеет широкий список достоинств:

• высокий КПД до 97%
• автоматизация процесса, что объясняет высокие показатели безопасности пользования агрегатами;
• котлы считаются оборудованием длительного горения;
• неприхотливость обслуживания;
• возможность оснащения системы выносными датчиками для контроля температуры прогрева теплоносителя.

Комбинированные котлы отопления для частного дома

Для монтажа пеллетных котлов не требуется разрешительных документов, установка и запуск в работу отличаются простотой и потому не представляют сложности для домашнего мастера. К тому же при дополнительном оснащении модулем управления, прибор можно контролировать удаленно через мобильное приложение.

Но есть и ряд недостатков:

1. Высокая цена единицы получаемого тепла. Для поддержания нормального режима прогрева в регионах с суровыми зимами в месяц уходит порядка 1000 кг пеллет, не сложно посчитать, во сколько обойдется весь отопительный сезон.
2. Котлы требуют подключения к сети электропитания либо генератору и наличия дополнительной технической оснастки. Генератор позволит оборудованию функционировать автономно, например, при перебоях с электричеством.

Сравнение энергоемкости различных видов топлива

При сравнении энергетической ценности основных видов твёрдого, жидкого и газообразного топлива можно установить, что одному литру бензина или дизтоплива соответствует 1,3 м³ природного газа, одному килограмму каменного угля — 0,8 м³ газа, одному кг дров — 0,4 м³ газа.

Теплота сгорания топлива — это важнейший показатель эффективности, однако широта распространения его в сферах человеческой деятельности зависит от технических возможностей и экономических показателей использования.

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.

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:

• кругляка деревьев любых пород;
• соломы;
• торфа;
• подсолнечной шелухи.

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

• экологичность;
• неспособность к деформации и устойчивость к грибку;
• удобство хранения даже под открытым небом;
• равномерность и длительность горения;
• относительно невысокая стоимость;
• возможность использования для различных отопительных устройств;
• подходящий размер гранул для автоматической загрузки в специально обустроенный котел.