От чего зависит теплота сгорания топлива
Перейти к содержимому

От чего зависит теплота сгорания топлива

  • автор:

Теплотворная способность различных видов топлива. Сравнительный анализ

Теплотворная способность топлива

(рис. 14.1 – Теплотворная
способность топлива)

Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива.

  • От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.).
  • От его влажности и зольности.
Таблица 4 — Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов .
Вид энергоносителя Теплотворная способность Объёмная
плотность вещества
(ρ=m/V)
Цена за единицу
условного топлива
Коэфф.
полезного действия
(КПД) системы
отопления, %
Цена за
1 кВт·ч
Реализуемые системы
МДж кВт·ч
(1Мдж=0.278кВт·ч)
Электричество 1,0 кВт·ч 3,70р. за кВт·ч 98% 3,78р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование, приготовление пищи
Метан
(CH4, температура
кипения: -161,6 °C)
39,8 МДж/м³ 11,1 кВт·ч/м³ 0,72 кг/м³ 5,20р. за м³ 94% 0,50р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Пропан
(C3H8, температура
кипения: -42.1 °C)
46,34
МДж/кг
23,63
МДж/л
12,88
кВт·ч/кг
6,57
кВт·ч/л
0,51 кг/л 18,00р. за л 94% 2,91р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Бутан
C4H10, температура
кипения: -0,5 °C)
47,20
МДж/кг
27,38
МДж/л
13,12
кВт·ч/кг
7,61
кВт·ч/л
0,58 кг/л 14,00р. за л 94% 1,96р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Пропан-бутан
(СУГ — сжиженный
углеводородный газ)
46,8
МДж/кг
25,3
МДж/л
13,0
кВт·ч/кг
7,0
кВт·ч/л
0,54 кг/л 16,00р. за л 94% 2,42р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Дизельное топливо 42,7
МДж/кг
11,9
кВт·ч/кг
0,85 кг/л 30,00р. за кг 92% 2,75р. Отопление (нагрев воды и выработка электричества – очень затратны)
Дрова
(берёзовые, влажность — 12%)
15,0
МДж/кг
4,2
кВт·ч/кг
0,47-0,72 кг/дм³ 3,00р. за кг 90% 0,80р. Отопление (неудобно готовить пищу, практически невозможно получать горячую воду)
Каменный уголь 22,0
МДж/кг
6,1
кВт·ч/кг
1200-1500 кг/м³ 7,70р. за кг 90% 1,40р. Отопление
МАРР газ (смесь сжиженного нефтяного газа — 56% с метилацетилен-пропадиеном — 44%) 89,6
МДж/кг
24,9
кВт·ч/м³
0,1137 кг/дм³ -р. за м³ 0% Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение

Удельная теплота сгорания

(рис. 14.2 – Удельная теплота сгорания)

Согласно таблице «Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов», пропан-бутан (сжиженный углеводородный газ) уступает в экономической выгоде и перспективности использования только природному газу (метану). Однако следует обратить внимание на тенденцию к неизбежному росту стоимости магистрального газа, которая на сегодняшний день существенно занижена. Аналитики предрекают неминуемую реорганизацию отрасли, которая приведёт к существенному удорожанию природного газа, возможно, даже превысит стоимость дизельного топлива.

Таким образом, сжиженный углеводородный газ, стоимость которого практически не изменится, остаётся исключительно перспективным – оптимальным решением для систем автономной газификации.

Удельная теплота сгорания топлива (бензина, керосина, дизельного топлива, газов), низшая, высшая, таблица

У любого вида топлива есть набор характеристик, которые определяют его класс и качество. К одному из основных показателей относится удельная теплота сгорания. Этот параметр количественно выражает теплоту, выделяемую при сгорании одного килограмма топлива (если речь идет о жидком или твердом продукте) или 1 кубического метра топлива (для газообразного вещества).
Почему удельная теплота сгорания – это важная характеристика для топлива, что такое низшая теплота и что показывает температура возгорания – об этом поговорим в данной статье.

Теплота сгорания топлива удельная: бензина, керосина, дизельного топлива, газов, высшая, низшая

  • Удельная теплота сгорания топлива
  • Теплота сгорания низшая и высшая
  • Удельная теплота сгорания бензина
  • Удельная теплота сгорания керосина
  • Удельная теплота сгорания дизельного топлива
  • Теплота сгорания топлива таблица

Удельная теплота сгорания топлива

Полностью сгорая, определенное количество топлива выделяет конкретное количество тепла. Чем больше тепла выделяется одним килограммом или литром топлива (в этой статье преимущественно речь пойдет о жидком топливе), тем больше энергетической ценностью он обладает. А это значит, что топливо будет расходоваться экономично.

В физике используется формула вычисления Q = q * m, где Q – это количество выделенной теплоты в Дж, q – удельная теплота сгорания, выраженная в Дж/м3, m – масса в килограммах. Чем выше q, тем больше энергии получается в процессе работы двигателя.

Теплота сгорания топлива

Путем сложных исследовательских процессов была определена стандартная удельная теплота сгорания большинства видов твердого, жидкого и газообразного топлива, поэтому q представляет собой табличную величину. Удельная теплота сгорания самых востребованных жидких видов смесей колеблется в пределах 43-46 МДж/кг.

Теплота сгорания низшая и высшая

Поскольку определение точной удельной теплоты – это сложный процесс, необходимо заранее определиться с используемыми терминами. В нашем случае нужно отделить низкую теплоту сгорания от высшей.

Высшая теплота – это количество теплоты при сгорании топлива в полном объеме, включая выпадение конденсата в виде водяных паров во время охлаждения веществ. Процесс горения сопровождается выделением воды из-за содержания в топливном продукте органического водорода, под воздействием высокой температуры вода переходит в состояние пара. Низшая теплота не включает в себя конденсацию паров – в этом случае конденсация количественно выражается в скрытой теплоте сгорания.

В исследовательской среде низшая теплота сгорания принимается за 100%, а охлаждение горючего допускается до температуры, при которой начинается конденсироваться пар. Все остальное относят уже к области скрытой теплоты сгорания, которая может дополнительно составлять свыше 10%.

Теплота сгорания низшая и высшая

Посчитать низшую теплоту корректно не считается возможным, поэтому её определяют путем вычитания из количественного выражения высшей теплоты сгорания числового выражения теплоты, получаемой от образования водяных паров как самого топлива, так и продуктов сжигания. Низшая теплота является табличной величиной и для основных видов топлива определена путем тестирований.

Поскольку q определена как справочная величина, становится легко сравнить целесообразность использования того или иного вида топлива в различных ситуациях. Благодаря составленным таблицам можно сравнить энергоэффективность твердого и жидкого топлива с газовым эквивалентом. Так, один литр бензина по КПД сопоставим с 1,3 м3 газового топлива.

Удельная теплота сгорания бензина

Удельная теплота сгорания бензина не зависит от октанового числа топлива и определяется только химическим составом продукта. Чем больше в нем соединений водорода, тем больше влаги и паров будет образовываться во время горения и тем ниже будет удельная теплота. Это прямым образом снижает КПД продукта.

Определенная исследовательским методом удельная теплота бензина составляет 43,5–44,5 МДж/кг. Для примера – числовая характеристика для бензина марки АИ-93 – 43,6 МДж/кг. А вот у авиационного бензина (Б-70 в соответствии с ГОСТ) показатель уже равен 44,1 МДж/кг. Это значит, что Б-70 – более энергоэффективное топливо.

Удельная теплота сгорания бензина

На практике, простому автолюбителю определить влияние удельной теплоты сгорания на работу транспортного средства сложно. Однако существуют ситуации, в которых происходит заметное снижение количества теплоты и энергии топлива. Одна из них – наличие в составе топливной массы минеральных соединений и несгорающих остатков. Концентрация горючей массы снижается, а минеральные соединения и зола, не подверженные сгоранию, забирают часть выделяемой энергии.

Наличие серного компонента в составе топливного продукта также снижает q. В процессе нагрева и горения, сера выделяет газ, который оседает на внутренних деталях рабочего механизма и попадает в легкие человека. Это приводит к образованию коррозии и преждевременному изнашиванию рабочих элементов, загрязняет окружающий воздух. Поэтому очень важно выбирать топливо, свободное от большинства вредных примесей, и заправляться в проверенных сетях АЗС, следящих за репутацией представляемых продуктов.

Удельная теплота сгорания керосина

Химическая структура керосина представляет собой прямую или разветвленную цепь углеводородов, различные добавки и присадки позволяют использовать этот нефтяной дистиллят для массового питания автотранспортных средств.

Чтобы использование керосина в качестве топлива было оправдано, выбранная марка этой горючей смеси должна обладать предельной удельной теплотой сгорания. В случае с керосином табличное определение удельной теплоты имеет погрешность – из-за непостоянного состава горючего, в который входит 4 типа углеводородов, вследствие чего приходится делать расчеты на основании изначальных характеристик использованной нефти.

Удается определить оптимальную удельную теплоту горения, используя в подсчетах минимальную температуру горения жидкости (+215 градусов). Чем ближе температура к данному числу, тем выше удельная теплоемкость продукта, а значит, и выше удельная теплота сгорания. Уже при +200 градусах теплоемкость достигает отметки в 2900 Дж/кг*К. В нормальных условиях удельная теплота сгорания керосина составляет 43 МДж/кг, с погрешностью в 1000 пунктов в любую сторону.

Удельная теплота сгорания керосина

Показатель удельной теплоты прямым образом влияет на процессы горения керосина внутри двигателей. Кроме того, механизмы, функционирующие на этом нефтепродукте, подвергаются адиабатическим процессам вследствие прямой зависимости давления и объема горючего внутри рабочей камеры. Отсутствие теплообмена с внешней средой приводит к максимальной энергоэффективности используемого керосина.

Вследствие сложности определения точного параметра удельной теплоты сгорания керосина для описания химических свойств данного вида топлива предпочтительно используется коэффициент удельной теплоемкости (показывает соотношение удельной теплоемкости при неизменяемом объеме и уровне давления), который также имеет постоянную незначительную погрешность. Физический смысл точного вычисления данных величин — в последующем определении реактивной тяги и скорости выхлопа.

Удельная теплота сгорания дизельного топлива

Чем выше удельная теплота сгорания дизеля, тем меньший объем жидкости сгорает при работе двигателя. Следовательно, расход горючего будет экономичным. Высокая удельная теплота является главным критерием энергоэффективности дизельного топлива.

Табличное значение удельной теплоты сгорания дизеля благодаря исследовательским тестам имеет четкие границы и составляет 39,2 – 43,3 МДж/кг. В разных странах цифры могут меняться в пределах этих двух границ.

Удельная теплота сгорания дизельного топлива

Для расчетов относительно дизельного горючего используется только низшая удельная теплота сгорания, которая не включает в себя энергию, образующуюся при образовании и сгорании водородных соединений и образующегося водяного пара. Низшая удельная теплота сгорания дизельного горючего ниже, чем у алканов.

Энергоэффективность мотора, работающего на дизеле, зависит от степени вязкости жидкости. Чем меньше вязкость, тем выше фактическая температура возгорания и тем выше низшая удельная теплота сгорания топлива.

Теплота сгорания топлива таблица

Поскольку удельная теплота сгорания – это справочная величина, представляем таблицу с данным показателем, определенным индивидуально в каждом случае лабораторным путем. Таблица содержит информацию по основным видам горючего, используемого в коммерческих и промышленных целях.

Теплота сгорания топлива: таблица

Теплота сгорания топлива

Удельная теплота сгорания, МДж/кг

Удельная теплота сгорания – энергия топлива

Этот коэффициент – энергоемкость, показатель того, сколько выделяется внутренней энергии, когда полностью сгорает любое топливное вещество, массой 1 кг. Нормативная теплота сгорания топлива определяется лабораторно, метод называется калориметрией: получаемое значение измеряется в калориях или килоджоулях (кДж).

Что такое теплота сгорания топлива

Также может называться энергией сгорания топлива, является одной из важных характеристик его качества, свидетельствуя о балансе в составе горючего определенных составляющих – водород, углерод, объем зольности, влага, другие составляющие. Чем чище топливная смесь, тем меньше её расход, это и показывает достаточно высокое значение удельной теплоты сгорания. При этом КПД двигателя остаётся таким же, как если бы тратилось большее количество горючего. Для вычисления расхода топлива применяется метод подсчета низшей теплоты сгорания: в этом случае не учитывается фактор конденсации, поскольку она отсутствует в цилиндрах ДВС.

Принято, что в отношении жидких видов топлива применяют массовую теплоту сгорания, то есть в расчёте на килограмм, а к газообразным применяют понятие объёмной удельной теплоты, в расчёте значения на кубометр. Соответственно, единицы измерения показателей также будут отличаться:

  • ✔ килоджоули (мегаджоули) на килограмм, килокалории на килограмм – для бензинов, дизельных видов топлива, для керосина;
  • ✔ килоджоули или килокалории на метр кубический – для любого газового топлива.

Если говорить о разных видах топлива, значения теплоты сгорания будут отличаться в зависимости от марки состава, а способы расчётов приведены в ГОСТ 21261-91 и допускают 95% достоверности от проводимых измерений. Нормативные значения в государственных стандартах указываются отдельно для каждого сорта топлива, вычисления осуществляются по строго установленной методике, с учётом поправок.

22.png

Если сравнивать разные виды топлива именно по теплотворности, наиболее энергоёмким будет метан, но чтобы получить то же количество энергии, как и от жидких видов горючих смесей, этого газа потребуется больше. Например, 1 литр бензина по теплотворности – это 1,3 кубометра метана.

Что нужно помнить

  • ✔ Теплота сгорания керосина имеет значение в авиации, в автомобильной промышленности этот показатель не существенен. Если керосин используется в качестве добавки к дизельному горючему зимой, на КПД двигателя это не отражается, теплотворная способность и дизтоплива и керосина примерно одинаковая;
  • ✔ Теплота сгорания дизельного топлива – несмотря на то, что его теплотворность меньше, чем у бензина, экономичность двигателей, работающих на дизтопливе примерно на 30% выше. В то же время на КПД двигателя эта разница влияет несущественно;
  • ✔ Теплота сгорания бензина будет разной для летних и зимних видов горючего, однако значения отличаются критично. Если приобретается бензин сомнительного качества, теплотворная способность может быть низкой из-за наличия недопустимого объема примесей, кустарного способа производства горючего. В этом случае нехватка энергии сгорания бензина приведет к перерасходу топлива.

Теплотворная способность топлива

Теплотворная способность топлива

Для сравнительных расчетов используется так называемое Условное топливо (УТ).
Удельная теплота сгорания УТ равна 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

  • Высшая теплотворная способность — количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива;
  • Низшая теплотворная способность — количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива без конденсации водяного пара.
водород 120,9
метан 50,1
пропан 47,5
бензин 45,5
керосин 44,0
дизельное топливо 42,6
бутанол 36,0
уголь 29,3
этанол 22,2
метанол 19,9

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *