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

Когда определенное количество топлива сгорает, выделяется измеримое количество теплоты. Согласно Международной системе единиц величина выражается в Джоулях на кг или м3. Но параметры могут быть рассчитаны и в кКал или кВт. Если значение соотносится с единицей измерения топлива, оно называется удельным.

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.

По агрегатному состоянию топливо делится на жидкое, твердое и газ. Каждая группа дополнительно разветвляется на естественную и искусственную подгруппу (+)

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.

В этих случаях применяют специальную бомбу для сжигания — калориметрическую вместе с калориметром и термостатом.

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

ТСТ устанавливается с помощью калориметрической бомбы. Сжатый кислород насыщают водяным паром. В такую среду помещают навеску топлива и определяют результаты

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.

Порядок расчета необходимого для отопления расхода пеллет

</>

Пеллеты, предназначенные для использования в твердотопливных котлах, поступают в продажу в фасованных мешках, на каждом из которых указан вес имеющегося внутри топлива. Следовательно, рассчитать расход пеллет, необходимых для генерации 1 кВт тепловой энергии или обогрева 1м² помещения, не составит особого труда.

Упрощенный расчет расхода пеллет выглядит так. Качественно изготовленные гранулы при сгорании выделяют значительное количество тепла, 1 кг пеллет генерирует около 5 кВт тепловой энергии. Это означает, что для получения 1 кВт теплоты потребуется сжечь 200 грамм топлива. Как известно, для обогрева 1м² площади необходима тепловая энергия в количестве 100 Вт. Произведя нехитрые арифметические действия, можно подсчитать, что при сжигании 20 грамм топлива будет получено нужные 100 Вт тепловой энергии. Необходимо отметить, что данный расчет справедлив для помещений, высота потолков которых находится в пределах от 2,8 до 3 метров. Более точный расчет отличается от упрощенного. Дело в том, что полученное значение расхода пеллет для обогрева 1м² помещения было бы справедливым в том случае, если бы котел обладал коэффициентом полезного действия, величина которого равнялась бы 1 или 100%. К сожалению или к счастью, в природе не существует устройств, имеющих 100% КПД, пеллетный котел исключением не является. Поэтому, при расчете расхода пеллет необходимо учитывать коэффициент полезного действия котла, численное значение которого составляет 85% или 0,85. Следовательно, при сгорании в топке 1 кг гранул выделится не 5 кВт тепловой энергии, а 5000 Вт х 0,85 = 4250 Вт или 4,25 к Вт. Выполняя расчеты далее, получаем, что для генерации 1 кВт тепла потребуется 1000/4,25 = 135 грамм топлива. Второй недостаток упрощенного расчета заключается в том, что соотношение, регламентирующее затраты 100 Вт тепловой энергии на 1м², справедливо только для той ситуации, когда в помещении отмечается самая низкая температура на протяжении 5 дней. В реальности, на протяжении отопительного сезона для обогрева 1м² площади любого помещения частного дома необходимо всего лишь 50 Вт тепла. Если производить расчет расхода пеллет, требуемых для обогрева 1м² площади в течение 1 часа, то получится очень маленькая и неудобная для дальнейших вычислений цифра. Поэтому, лучше подсчитать количество топлива, позволяющее обогреть 1м² на протяжении одних суток. Итак, для обогрева 1м² площади на протяжении суток необходимо, чтобы котел генерировал 50 Вт х 24 часа = 1200 Вт или 1,2 кВт. Для того чтобы выделилось указанное количество тепловой энергии, котел должен сжигать 1200 Вт / 4,25 кВт/кг = 0,28 кг или 280 г.

Рассчитав удельный расход топлива, нетрудно вычислить необходимые для финансовых расчетов значения. Владелец дома площадью 100 м² будет расходовать:

• на протяжении одних суток – 0,28 х 100 = 28 кг гранул;
• в течение одного месяца – 28 х 30 = 840 кг.

Необходимо отметить, что полученное значение может изменяться в ту или иную сторону, так как количество расходуемого топлива находится в прямой зависимости от качества утепления стен дома. По отзывам владельцев, месячное потребление пеллет в хорошо утепленном доме площадью 100 м² не превышает 550 кг. Итак, зная удельный расход гранул для твердотопливного котла, использующего для генерации теплоты пеллеты, нетрудно рассчитать необходимое количество топлива для домов различной площади:

• 100 м² — при слабом утеплении расход составит 840 кг, при качественном – 550 кг;
• 150 м² — при недостаточном утеплении – 1260 кг, при хорошем – 825 кг;
• 200 м² — 1680 кг и 1100 кг соответственно.

Также, следует обратить внимание частных домовладельцев на то, что в настоящее время многие модели пеллетных котлов оснащены специальными контролерами – электронными устройствами, подсчитывающими в автоматическом режиме расход топлива в течение заданного периода. Рассчитанная информация предоставляется пользователю в удобном для него виде на дисплее устройства.

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.

Куски дерева распиливают или рубят на отрезки длиной до 25-30 см, чтобы дрова удобно загружались в топку

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:

1. Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
2. Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
3. Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
4. Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
5. Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
6. Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
7. Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
8. Липа с тополем быстро прогорают.

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива и 200 м3 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.

По возрасту горючего определяется и влажность: чем моложе уголь, тем больше в нем содержание влаги. Которая также влияет на свойства этого типа топлива

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.

Пеллеты отличаются приемлемой стоимостью, на которую влияют высокий спрос и особенности процесса изготовления. Использоваться этот материал может только в предназначенных для такого вида топлива котлах

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:

• полная экологичность;
• возможность хранения практически в любых условиях;
• устойчивость к механическим воздействиям и грибку;
• равномерное и длительное горение;
• оптимальный размер гранул для загрузки в отопительное устройство.

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.

Особенности систем пеллетного отопления

Для того чтобы оценить эффективность пеллетного отопления, необходимо знать о той разнице, которая существует между обыкновенными дровами и пеллетами. В ходе изготовления гранул используют отходы деревообрабатывающего производства. Сырье для производства пеллет или обычные опилки сначала тщательно просушивают, затем обрабатывают паром, в результате чего образуется вязкая масса, из которой под давлением 300 атмосфер формируют цилиндрические гранулы длиной около 70 мм и диаметром от 6 до 8 мм. Котлы, поставляемые на рынок производителями пеллетного оборудования, от своих аналогов, использующих в качестве топлива обычные дрова, отличаются более высокой степенью теплоотдачи. Количественные показатели теплоты сгорания различных видов твердого топлива указаны в таблице.

Кроме высокой теплоотдачи, пеллетные котлы имеют еще одно преимущество – их камера сгорания загружается в автоматическом режиме. Автоматическая подача топлива реализована следующим образом:

1. В специальном бункере, изготовленном из нержавеющей стали, хранится определенный запас пеллет. Наличие бункера значительного объема позволяет заправлять его топливом с периодичностью один раз в несколько дней.
2. Топливо поступает в котел через гибкий кабель и расположенный внутри него шнек. Гранулы собственным весом приводят шнек во вращение, что обеспечивает их подачу в камеру распределения котла в необходимом количестве.
3. Далее, из камеры распределения пеллеты поступают в зону воздушной горелки, где происходит их неполное сгорание, сопровождающееся выделением древесного газа.
4. Основным источником высокой теплоотдачи является древесный газ, который полностью сгорает в камере дожига.

Подобная конструкция котла позволяет его владельцу, при непрерывной работе оборудования, всего лишь один раз в 3-4 дня наполнять бункер топливом и удалять твердые продукты горения, т.е. золу.

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.

Т. к. у бензина больше ТСТ, чем у дизтоплива, то у него должен быть выше и расход, и КПД. Но ДТ экономичнее бензина на 30-40%

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.

Трудности выбора качественных гранул

В принципе, для выбора наиболее подходящего варианта, следует ориентироваться на следующие моменты:

• Длина и диаметр гранулята – самый распространенный диаметр составляет от 2 до 8 миллиметров, и, как показывает практика, диаметр с меньшем размером чаще является иностранным продуктом. Более крупные вариации выпускаются отечественным производителем (для него обычно используют оборудование, которое ранее применялось для производства гранулированных комбикормов). Тем не менее, габариты используемых гранул не должны слишком различаться друг от дружки, поэтому одновременное использование различного типа топлива нежелательно.
• Поверхность – качество субстанции возможно определить по внешнему виду. Если поверхность является гладкой и блестящей, то это означает, что производственный процесс происходил при надлежащей температуре с соблюдением всех правил. Если же на гранулах присутствует большое количество трещин, то их теплоотдача может быть под вопросом.
• Твердость – чем труднее переломить отдельную гранулу, тем лучше. Это гласит и об эффективности топлива, и помогает исключить риски при хранении и транспортировке. Часто возникают ситуации, когда в процессе перемещения большая часть вещества рассыпается в труху, что качественно понижается положительную теплоотдачу при сгорании, и, соответственно, на обогрев уходит большая масса вещества.
• Цвет – он будет зависеть от применяемого производственного сырья. Если на древесном грануляте присутствует слишком много темных вкраплений, то это свидетельствует о достаточно высоком присутствии песка в составе, что ухудшит теплоотдачу.
• Растворимость в жидкости – отличным способом проверки качества может служить проверка растворимости в воде. В емкость с жидкостью опускается небольшая горсть пеллет, где остается на несколько часов. Вода должна полностью их растворить, превратив в темную сырую массу. Когда подобного не происходит, это говорит о том, что для склейки применялись полимерные вещества, что крайне нежелательно. Для определения количества песка в составе – нужно взболтать емкость и песок опустится на дно емкости.

ВАЖНО! Пеллетную продукцию предпочтительнее приобретать в мешках, но не россыпью. Подобный рассыпной вариант легче повреждается и не способен долго сохранять свои полезные свойства, в то время как полиэтиленовый мешок может защитить от негативного воздействия влаги и других отрицательных явлений окружающей среды.

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.

Наибольшей теплотой сгорания отличается водород. Сгорая, килограмм вещества выделяет 119,83 МДж тепла. Но оно отличается повышенной степенью взрывоопасности

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.

Технические требования для пеллет:

Классифицирование по сорту

«светлые» (лучшего сорта)

«серые» (среднего качества)

«темные» (низшего качества)

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.

Европейские и немецкие стандарты качества пеллет

Мы производим и продаем пеллеты уже более 5 лет. Наши пеллеты обладают высокой теплотворностью и низкой зольностью, Высокое качество, низкие цены!!!

Выводы и полезное видео по теме

О теплотворности разных пород дерева. Сравнение показателей в расчете на м3 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.

Плюсы и минусы гранулята

К главным положительным качествам данного вида топлива можно отнести:

• Экологическую чистоту – при сжигании такой субстанции, объем выделяемого углекислого газа эквивалентен объему, который образуется при природном разложении различных отходов дерева;
• Малая пожароопасность – пеллеты почти не подвержены самовозгоранию, что выгодного отличает их от других топливных субстанций;
• Надлежащая влажность – она составляет от 8 до 10% против 30-50% для обычных дров, что делает их хранение более надежным;
• Отличная теплоотдача – с помощью одной тонны можно гарантированно получить 3500 кВт энергии (что будет зависеть от типа гранул);
• Перманентная и высокая плотность – данное качество положительно сказывается на логистике, погрузке и транспортировке пеллет;
• Однородность – одинаковая структура размеров и форм делает легкой автоматизацию процедур загрузки/выгрузки, а также сжигания.

К существенным недостаткам можно отнести:

• Завышенную стоимость топлива в современных условиях;
• Для сжигания пеллет потребуется приобретение специального котла, который оборудован автоматикой и имеет достаточно недешевую стоимость;
• Малый объем имеющихся на рынке предложений – есть надежда, что в скором данная ситуация исправится, но большинству потенциальных потребителей приходиться осуществлять покупку про запас, что влечет необходимость поиска помещений для хранения в условиях отсутствия чрезмерной влажности.

Вместо эпилога

Проведенным анализом российского рынка рассматриваемых товаров установлено, что средний и бюджетный сегменты полностью заняты отечественным производителем. Однако, такой товар имеет единственное и прямое назначение – только отопление. В то же время, демократичные цены и вариабельность поставки говорят о достаточном качестве изделий. Сегмент премиум-класса, как правило, полностью представлен иностранным (прежде всего европейским и трансатлантическим производителем), характеризуется высоким уровнем экологичности и может применяться в различных сферах. Стоит упомянуть, что цена такого качества является и мультизадачности является очень высокой, поэтому премиум-образцы российский потребитель вряд будет приобретать для обогрева. Идеально они подойдут для гриля и других кулинарных задач на открытом воздухе. Кроме того, необходимо заметить, что рынок рассматриваемых товаров в России только-только начинает развиваться и есть надежда, что отечественные фирмы вскоре начнут производство мультизадачного гранулята, при этом цены на него не будет сильно завышенными.

Упаковка и фасовка пеллетного гранулята

Существует множество способов упаковки и фасовки рассматриваемого вида топлива. Данное обстоятельство в существенной степени способствует удовлетворению большинства покупательских запросов. Субстанция может продаваться в россыпи в полностью свободном виде или в стандартных мешках («биг-бэгах» — от английского «большая сумка»), которые способны вместить от 500 до 1200 килограмм.

Россыпью, как правило, отгружаются топливные элементы, направляемые на крупные ТЭЦ. Однако, возможна россыпная отгрузка и для пеллет с более высоким качеством. Их закупают предприятия, осуществляющие дальнейшую розничную продажу частным потребителям или небольшим станциям, при этом расфасовав материал в мешки более мелких объемов. Обычный мешок представляет собой мягкую тару, выполненную из синтетических полимеров, и она снабжается специальными упрочненными стропами для автоматизации работы по погрузке/разгрузке. Перевозимые в синтетических мешках материалы полностью сохраняют свою сыпучесть и поддерживают надлежащий уровень влажности. Стоит отметить, что рассыпной способ приобретения для конечного потребителя обходится куда дешевле, нежели фасованный вариант.

Транспортировка упакованного товара в «биг-бэги» производится специальным автотранспортом на платформах, загружаемых автопогрузчиками. А вот упаковка в мешках от 10 до 20 килограмм вполне грузится и перевозится с помощью ручной силы и малолитражного грузового транспорта. Это вызвано тем, что частные приобретатели не всегда имеют потребность в больших объемах по причине проблем с поиском места хранения. Так же, в малых объемах поставляются и пеллеты более высокого качества.