Puterea calorică inferioară a gazelor naturale este mJ m3. Combustibil gazos

În fiecare zi, aprinzând arzătorul de pe aragazul din bucătărie, puțini oameni se gândesc la cât timp în urmă a început producția de gaz. La noi, dezvoltarea sa a început în secolul al XX-lea. Înainte de aceasta, a fost găsit pur și simplu în timpul extracției produselor petroliere. Puterea calorică Furnizarea de gaze naturale este atât de mare încât astăzi această materie primă este pur și simplu de neînlocuit, iar analogii săi de înaltă calitate nu au fost încă dezvoltați.

Tabelul cu putere calorică vă va ajuta să alegeți combustibilul pentru încălzirea locuinței

Caracteristicile combustibililor fosili

Gazul natural este un combustibil fosil important care ocupă o poziție de lider în bilanțele de combustibil și energie ale multor țări. Pentru a furniza combustibil orașelor și diferitelor întreprinderi tehnice, acestea consumă diverse gaze inflamabile, deoarece gazele naturale sunt considerate periculoase.

Ecologiștii cred că gazul este cel mai curat combustibil atunci când este ars, emite mult mai puțin substante toxice decât lemn de foc, cărbune, ulei. Acest combustibil este folosit zilnic de oameni și conține un aditiv precum un odorant se adaugă în instalațiile echipate în proporție de 16 miligrame la 1 mie de metri cubi de gaz.

O componentă importantă a substanței este metanul (aproximativ 88-96%), restul sunt alte substanțe chimice:

• butan;
• hidrogen sulfurat;
• propan;
• azot;
• oxigen.

În acest videoclip ne vom uita la rolul cărbunelui:

Cantitatea de metan din combustibil natural depinde direct de depozitul acestuia.

Tipul de combustibil descris constă din componente hidrocarburi și non-hidrocarburi. Combustibilii fosili naturali sunt în principal metan, care include butan și propan. În afară de componentele de hidrocarburi, combustibilul fosil descris conține azot, sulf, heliu și argon. Se găsesc și vapori lichizi, dar numai în câmpurile de gaz și petrol.

Tipuri de depozite

Există mai multe tipuri de zăcăminte de gaze. Ele sunt împărțite în următoarele tipuri:

• gaz;
• ulei.

Lor trăsătură distinctivă este conținutul de hidrocarburi. Depozitele de gaze conțin aproximativ 85-90% din substanța prezentă, câmpurile petroliere nu conțin mai mult de 50%. Procentele rămase sunt ocupate de substanțe precum butanul, propanul și uleiul.

Un mare dezavantaj al producției de ulei este spălarea acestuia din diverse feluri aditivi Sulful este folosit ca impuritate în întreprinderile tehnice.

Consumul de gaze naturale

Butanul este consumat ca combustibil la benzinăriile pentru mașini și materie organică, numit „propan”, este folosit pentru reumplerea brichetelor. Acetilena este o substanță foarte inflamabilă și este utilizată la sudare și tăierea metalelor.

Combustibilii fosili sunt folosiți în viața de zi cu zi:

• coloane;
• aragaz cu gaz;

Acest tip de combustibil este considerat cel mai ieftin și inofensiv, singurul dezavantaj este eliberarea de dioxid de carbon în atmosferă atunci când este ars. Oamenii de știință de pe întreaga planetă caută un înlocuitor pentru energia termică.

Puterea calorică

Puterea calorică a gazelor naturale este cantitatea de căldură generată atunci când o unitate de combustibil este arsă suficient. Cantitatea de căldură degajată în timpul arderii se referă la un metru cub luat în condiții naturale.

Capacitatea termică a gazelor naturale se măsoară în următorii indicatori:

• kcal/nm3;
• kcal/m3.

Există putere calorică mare și scăzută:

1. Ridicat. Se ia în considerare căldura vaporilor de apă generată în timpul arderii combustibilului.
2. Scăzut. Nu ține cont de căldura conținută în vaporii de apă, deoarece astfel de vapori nu pot fi condensați, ci pleacă cu produse de ardere. Datorită acumulării de vapori de apă formează o cantitate de căldură egală cu 540 kcal/kg. În plus, atunci când condensul se răcește, căldură iese de la 80 la o sută de kcal/kg. În general, datorită acumulării de vapori de apă, se formează mai mult de 600 kcal/kg, aceasta este caracteristica distinctivă între puterea termică ridicată și scăzută.

Pentru marea majoritate a gazelor consumate în sistemul urban de distribuție a combustibililor, diferența este echivalentă cu 10%. Pentru a asigura orașele cu gaz, puterea calorică a acestuia trebuie să fie mai mare de 3500 kcal/nm 3 . Acest lucru se explică prin faptul că alimentarea se realizează printr-o conductă pe distanțe lungi. Dacă puterea calorică este scăzută, atunci aportul său crește.

Dacă puterea calorică a gazelor naturale este mai mică de 3500 kcal/nm 3, acesta este mai des folosit în industrie. Nu trebuie transportat pe distanțe lungi, iar arderea devine mult mai ușoară. Modificările serioase ale puterii calorice a gazului necesită ajustări frecvente și uneori înlocuire cantitate mare arzătoare standardizate ale senzorilor de uz casnic, ceea ce duce la dificultăți.

Această situație duce la creșterea diametrelor conductelor de gaz, precum și la creșterea costurilor pentru metal, instalarea și funcționarea rețelei. Un mare dezavantaj al combustibililor fosili cu conținut scăzut de calorii este conținutul imens de monoxid de carbon, care crește nivelul de amenințare în timpul funcționării combustibilului și întreținerea conductelor, la rândul său, precum și a echipamentelor.

Căldura degajată în timpul arderii, care nu depășește 3500 kcal/nm 3, este folosită cel mai adesea în producția industrială, unde nu este necesar să o transfere pe distanțe lungi și să formeze ușor arderea.

PROPRIETĂȚI FIZICE ȘI CHIMICE ALE GAZELOR NATURALE

U gaze naturale fara culoare, miros, gust.

Principalii indicatori ai gazelor naturale includ: compoziția, puterea calorică, densitatea, temperatura de ardere și aprindere, limitele de explozie și presiunea de explozie.

Gazele naturale din zăcămintele de gaze pure constau în principal din metan (82-98%) și alte hidrocarburi.

Gazul combustibil conține substanțe inflamabile și neinflamabile. Gazele combustibile includ: hidrocarburi, hidrogen, hidrogen sulfurat. Gazele neinflamabile includ: dioxid de carbon, oxigen, azot și vapori de apă. Compoziția lor este scăzută și se ridică la 0,1-0,3% CO2 și 1-14% N2. După extracție, gazul toxic hidrogen sulfurat este îndepărtat din gaz, al cărui conținut nu trebuie să depășească 0,02 g/m3.

Căldura de ardere este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a 1 m3 de gaz. Căldura de ardere se măsoară în kcal/m3, kJ/m3 de gaz. Puterea calorică a gazelor naturale uscate este de 8000-8500 kcal/m3.

Valoarea calculată prin raportul dintre masa unei substanțe și volumul acesteia se numește densitatea substanței. Densitatea se măsoară în kg/m3. Densitatea gazelor naturale depinde complet de compoziția sa și este în intervalul c = 0,73-0,85 kg/m3.

Cea mai importantă caracteristică a oricărui gaz combustibil este puterea termică a acestuia, adică. temperatura maxima realizat cu arderea completă a gazului, dacă cantitatea necesară aerul pentru ardere corespunde exact cu formulele chimice de ardere, iar temperatura inițială a gazului și a aerului este zero.

Puterea de căldură a gazelor naturale este de aproximativ 2000 -2100 °C, metan - 2043 °C. Temperatura reală de ardere în cuptoare este semnificativ mai mică decât puterea termică și depinde de condițiile de ardere.

Temperatura de aprindere este temperatura amestecului aer-combustibil la care amestecul se aprinde fără o sursă de aprindere. Pentru gazul natural este în intervalul 645-700 °C.

Toate gazele inflamabile sunt explozive și se pot aprinde dacă sunt expuse la o flacără deschisă sau la o scânteie. Distinge limita inferioară și superioară de concentrație a propagării flăcării , adică concentrația inferioară și superioară la care este posibilă o explozie a amestecului. Limita inferioară de explozie a gazelor este de 3÷6%, cea superioară de 12÷16%.

Limite de explozie.

Un amestec gaz-aer care conține următoarea cantitate de gaz:

până la 5% - nu aprinde;

de la 5 la 15% - explodează;

mai mult de 15% - arde atunci când este furnizat aer.

Presiunea în timpul exploziei gazelor naturale este de 0,8-1,0 MPa.

Toate gazele inflamabile pot provoca otrăvire a corpului uman. Principalele substanțe toxice sunt: ​​monoxidul de carbon (CO), hidrogenul sulfurat (H 2 S), amoniacul (NH 3).

Gazul natural nu are miros. Pentru a detecta o scurgere, gazul este odorizat (adică i se dă un miros specific). Odorizarea se realizează folosind etil mercaptan. Odorizarea se realizează la stațiile de distribuție a gazelor (GDS). Când 1% din gazul natural intră în aer, acesta începe să miroasă. Practica arată că rata medie de etil mercaptan pentru odorizarea gazelor naturale care intră în rețelele orașului ar trebui să fie de 16 g la 1.000 m3 de gaz.

În comparație cu solidă și combustibil lichid Gazele naturale câștigă în multe feluri:

Ieftin relativ, care se explică mai mult calea ușoară minerit și transport;

Fără cenușă sau eliberare de particule solide în atmosferă;

Putere calorica mare;

Nu este necesară pregătirea combustibilului pentru ardere;

Munca lucrătorilor de servicii este ușurată și condițiile sanitare și igienice ale muncii acestora sunt îmbunătățite;

Condițiile de automatizare a proceselor de lucru sunt simplificate.

Datorită posibilelor scurgeri prin scurgeri în conexiunile și fitingurile conductelor de gaz, utilizarea gazelor naturale necesită o atenție și precauție deosebită. Pătrunderea a peste 20% din gaz într-o încăpere poate duce la sufocare, iar dacă este prezent într-un volum închis, de la 5 la 15% poate provoca o explozie a amestecului gaz-aer. Arderea incompletă produce monoxid de carbon CO toxic, care chiar și la concentrații scăzute duce la otrăvirea personalului operator.

După originea lor, gazele naturale se împart în două grupe: uscate și grase.

Uscat gazele sunt gaze de origine minerală și se găsesc în zone asociate cu activitatea vulcanică prezentă sau trecută. Gazele uscate constau aproape exclusiv din metan cu un continut nesemnificativ de componente de balast (azot, dioxid de carbon) si au o putere calorica Qn = 7000÷9000 kcal/nm3.

Grăsime gazele însoțesc câmpuri petroliereși se acumulează de obicei în straturile superioare. Prin origine, gazele umede sunt aproape de petrol și conțin multe hidrocarburi ușor condensabile. Puterea calorică a gazelor lichide Qn=8000-15000 kcal/nm3

La beneficii combustibil gazos ar trebui să includă ușurința de transport și ardere, lipsa umidității cenușii, simplitatea semnificativă a echipamentului cazanului.

Împreună cu gaze naturale se mai folosesc gaze inflamabile artificiale obtinute in timpul prelucrarii combustibili solizi, sau ca urmare a exploatării instalațiilor industriale ca gaze reziduale. Gazele artificiale constau din gaze inflamabile de ardere incompletă a combustibilului, gaze de balast și vapori de apă și se împart în bogate și sărace, având o putere calorică medie de 4500 kcal/m3, respectiv 1300 kcal/m3. Compoziția gazelor: hidrogen, metan, alți compuși hidrocarburi CmHn, hidrogen sulfurat H 2 S, gaze neinflamabile, dioxid de carbon, oxigen, azot și o cantitate mică de vapori de apă. Balast – azot și dioxid de carbon.

Astfel, compoziția combustibilului gazos uscat poate fi reprezentată ca următorul amestec de elemente:

CO + H2 + ∑CmHn + H2S + CO2 + O2 + N2 =100%.

Compoziția combustibilului gazos umed se exprimă după cum urmează:

CO + H2 + ∑CmHn + H2S + CO2 + O2 + N2 + H2O = 100%.

Căldura de ardere uscat combustibil gazos kJ/m3 (kcal/m3) la 1 m3 de gaz la conditii normale definit după cum urmează:

Qn= 0,01,

Unde Qi este căldura de ardere a gazului corespunzător.

Puterea calorică a combustibilului gazos este dată în tabelul 3.

Gaz de explozie formate în timpul topirii fontei în furnalele înalte. Randamentul și compoziția sa chimică depind de proprietățile încărcăturii și ale combustibilului, de modul de funcționare al cuptorului, de metodele de intensificare a procesului și de alți factori. Producția de gaz variază între 1500-2500 m 3 per tonă de fontă. Ponderea componentelor incombustibile (N 2 și CO 2) în gazul de furnal este de aproximativ 70%, ceea ce determină performanța termică scăzută a acestuia (puterea calorică inferioară a gazului este de 3-5 MJ/m 3).

La arderea gazelor de furnal, temperatura maximă a produselor de ardere (fără a lua în considerare pierderile de căldură și consumul de căldură pentru disocierea CO 2 și H 2 O) este de 400-1500 0 C. Dacă gazul și aerul sunt încălzite înainte de ardere , temperatura produselor de ardere poate fi crescută semnificativ.

Gaz feroaliaj se formează în timpul topirii feroaliajelor în cuptoarele de reducere a minereului. Gazul evacuat din cuptoarele închise poate fi folosit ca combustibil SER (secundar resurse energetice). În cuptoarele deschise, datorită accesului liber al aerului, gazul arde în vârf. Randamentul și compoziția gazului feroaliaj depind de gradul de topire

aliaj, compoziția sarcinii, modul de funcționare a cuptorului, puterea acestuia etc. Compoziția gazului: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, O2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

Convertor de gaz formate în timpul topirii oțelului în convertoarele de oxigen. Gazul constă în principal din monoxid de carbon, randamentul și compoziția acestuia variază semnificativ în timpul topirii. După purificare, compoziţia gazului este aproximativ după cum urmează: 70-80% CO; 15-20% C02; 0,5-0,8% O2; 3-12% N 2. Căldura de ardere a gazului este de 8,4-9,2 MJ/m 3. Temperatura maximă de ardere atinge 2000 0 C.

Gaz cocs formată în timpul cocsării amestecului de cărbune. În metalurgia feroasă se folosește după extracția produselor chimice. Compoziția gazului cuptorului de cocs depinde de proprietățile încărcăturii de cărbune și de condițiile de cocsificare. Fracţiile de volum ale componentelor din gaz sunt în următoarele limite,%: 52-62H2; 0,3-0,6 O2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO2. Căldura de ardere este de 17-17,6 MJ/m^3, temperatura maximă a produselor de ardere este de 2070 0 C.

Substanțele de origine organică includ combustibili care, atunci când sunt arse, eliberează o anumită cantitate de energie termică. Producția de căldură trebuie să fie caracterizată prin eficiență ridicată și absența efectelor secundare, în special a substanțelor dăunătoare sănătății umane și mediului.

Pentru ușurința încărcării în focar, materialul lemnos este tăiat în elemente individuale de până la 30 cm lungime. Pentru a crește eficiența utilizării lor, lemnul de foc trebuie să fie cât mai uscat posibil, iar procesul de ardere trebuie să fie relativ lent. În multe privințe, lemnul din foioase precum stejarul și mesteacănul, alunul și frasinul și păducelul sunt potrivite pentru încălzirea spațiilor. Datorită conținutului ridicat de rășină, vitezei crescute de ardere și puterii calorice scăzute, copacii de conifere sunt semnificativ inferiori în acest sens.

Trebuie înțeles că valoarea puterii calorice este afectată de densitatea lemnului.

Este un material natural de origine vegetală, extras din roca sedimentară.

Acest tip de combustibil solid conține carbon și alte elemente chimice. Există o împărțire a materialului în tipuri în funcție de vârsta acestuia. Cărbunele brun este considerat cel mai tânăr, urmat de cărbunele tare, iar antracitul este mai vechi decât toate celelalte tipuri. Vârsta unei substanțe combustibile determină și conținutul său de umiditate, care este mai prezent în materialul tânăr.

În timpul arderii cărbunelui, are loc poluarea mediului, iar pe grătarele cazanului se formează zgură, care într-o anumită măsură creează un obstacol în calea arderii normale. Prezența sulfului în material este, de asemenea, un factor nefavorabil pentru atmosferă, deoarece în spațiul aerian acest element este transformat în acid sulfuric.

Cu toate acestea, consumatorii nu ar trebui să se teamă pentru sănătatea lor. Producătorii acestui material, având grijă de clienții privați, se străduiesc să reducă conținutul de sulf din acesta. Puterea termică a cărbunelui poate varia chiar și în cadrul aceluiași tip. Diferența depinde de caracteristicile subspeciei și de conținutul ei de minerale, precum și de geografia producției. Ca combustibil solid, nu se găsește doar cărbune pur, ci și zgură de cărbune slab îmbogățită, presată în brichete.

Peleții (granule de combustibil) sunt combustibili solizi creați industrial din lemn și deșeuri vegetale: așchii, scoarță, carton, paie.

Materia prima, zdrobita in praf, se usuca si se toarna intr-un granulator, de unde iese sub forma de granule de o anumita forma. Pentru a adăuga vâscozitate masei, se folosește un polimer vegetal, lignina. Complexitatea procesului de producție și cererea mare determină costul peleților. Materialul este utilizat în cazane special echipate.

Tipurile de combustibil sunt determinate în funcție de materialul din care sunt prelucrate:

• cherestea rotundă de copaci de orice specie;
• paie;
• turbă;
• coajă de floarea soarelui.

Printre avantajele pe care le au peleții de combustibil, merită remarcate următoarele calități:

• prietenos cu mediul;
• incapacitatea de a se deforma și rezistența la ciuperci;
• depozitare usoara chiar si in aer liber;
• uniformitatea și durata arderii;
• cost relativ scăzut;
• Posibilitate de utilizare pentru diverse dispozitive de incalzire;
• dimensiunea granulelor adecvate pentru încărcarea automată într-un cazan special echipat.

Brichete

Brichetele sunt combustibili solizi care sunt în multe privințe similare cu peleții. Pentru fabricarea lor se folosesc materiale identice: așchii de lemn, așchii, turbă, coji și paie. În timpul procesului de producție, materiile prime sunt zdrobite și formate în brichete prin compresie. Acest material este, de asemenea, un combustibil prietenos cu mediul. Este convenabil de depozitat chiar și în aer liber. Arderea lină, uniformă și lentă a acestui combustibil poate fi observată atât în ​​șeminee și sobe, cât și în cazanele de încălzire.

Tipurile de combustibil solid ecologic discutate mai sus sunt o alternativă bună pentru generarea de căldură. În comparație cu sursele fosile de energie termică, care au un efect nefavorabil asupra mediului la ardere și sunt, în plus, neregenerabile, combustibilii alternativi prezintă avantaje clare și un cost relativ scăzut, ceea ce este important pentru anumite categorii de consumatori.

În același timp, riscul de incendiu al unor astfel de combustibili este mult mai mare. Prin urmare, este necesar să se ia câteva măsuri de siguranță în ceea ce privește depozitarea acestora și utilizarea materialelor rezistente la foc pentru pereți.

Combustibili lichizi și gazoși

În ceea ce privește substanțele inflamabile lichide și gazoase, situația aici este următoarea.

Cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei cantități unitare de combustibil se numește putere calorică (Q) sau, după cum se spune uneori, putere calorică sau putere calorică, care este una dintre principalele caracteristici ale combustibilului.

Puterea calorică a gazelor este de obicei denumită 1 m 3, luate în condiții normale.

În calculele tehnice, prin condiții normale se înțelege starea gazului la o temperatură de 0°C și, la o presiune de 760°C. mmHg Artă. Se notează volumul de gaz în aceste condiții nm 3(metru cub normal).

Pentru măsurătorile industriale ale gazelor conform GOST 2923-45, temperatura 20°C și presiunea 760 sunt considerate condiții normale mmHg Artă. Volumul de gaz atribuit acestor condiții, spre deosebire de nm 3 vom suna m 3 (metru cub).

Puterea calorică a gazelor (Q)) exprimat în kcal/nm e sau în kcal/m3.

Pentru gazele lichefiate, puterea calorică este denumită 1 kg.

Există valori calorice mai mari (Qc) și mai mici (Qn). Puterea calorică brută ia în considerare căldura de condensare a vaporilor de apă generată în timpul arderii combustibilului. Puterea calorică mai mică nu ține cont de căldura conținută în vaporii de apă ai produselor de ardere, deoarece vaporii de apă nu se condensează, ci sunt transportați cu produsele de ardere.

Conceptele Q in și Q n se referă numai la acele gaze a căror combustie eliberează vapori de apă (aceste concepte nu se aplică monoxidului de carbon, care nu produce vapori de apă la ardere).

Când vaporii de apă se condensează, se eliberează căldură egală cu 539 kcal/kg.În plus, atunci când condensul este răcit la 0°C (sau 20°C), căldura este eliberată în cantitate de 100 sau, respectiv, 80. kcal/kg.

În total, se degajă peste 600 de căldură din cauza condensării vaporilor de apă. kcal/kg, care este diferenţa dintre puterea calorică mai mare şi cea mai mică a gazului. Pentru majoritatea gazelor utilizate în alimentarea cu gaze urbane, această diferență este de 8-10%.

Puterile calorice ale unor gaze sunt date în tabel. 3.

Pentru alimentarea urbană cu gaze se folosesc în prezent gaze care, de regulă, au o putere calorică de cel puțin 3500 kcal/nm3. Acest lucru se explică prin faptul că în zonele urbane gazul este furnizat prin conducte pe distanțe considerabile. Când puterea calorică este scăzută, trebuie furnizată o cantitate mare. Acest lucru duce inevitabil la o creștere a diametrelor conductelor de gaz și, în consecință, la o creștere a investițiilor metalice și a fondurilor pentru construcția rețelelor de gaze și, ulterior, la creșterea costurilor de exploatare. Un dezavantaj semnificativ al gazelor cu conținut scăzut de calorii este că în majoritatea cazurilor conțin o cantitate semnificativă de monoxid de carbon, ceea ce crește pericolul la utilizarea gazului, precum și la întreținerea rețelelor și instalațiilor.

Puterea calorică a gazului mai mică de 3500 kcal/nm 3 cel mai des folosit in industrie, unde nu este necesara transportul pe distante mari si este mai usor de organizat arderea. Pentru alimentarea cu gaze urbane, este de dorit să existe o putere calorică constantă a gazului. Fluctuațiile, așa cum am stabilit deja, nu sunt permise mai mult de 10%. O modificare mai mare a puterii calorice a gazului necesită noi ajustări și uneori înlocuirea unui număr mare de arzătoare standardizate ale aparatelor de uz casnic, ceea ce este asociat cu dificultăți semnificative.

5. ECHILIBRUL TERMIC AL COMBUSTIEI

Să luăm în considerare metodele de calcul al bilanţului termic al procesului de ardere a combustibililor gazoşi, lichizi şi solizi. Calculul se reduce la rezolvarea următoarelor probleme.

· Determinarea căldurii de ardere (puterea calorică) a combustibilului.

· Determinarea temperaturii teoretice de ardere.

5.1. Căldura de ardere

Reacțiile chimice sunt însoțite de eliberarea sau absorbția de căldură. Când căldura este eliberată, reacția se numește exotermă, iar când căldura este absorbită, se numește endotermă. Toate reacțiile de ardere sunt exoterme, iar produsele de ardere sunt compuși exotermi.

Căldura eliberată (sau absorbită) în timpul unei reacții chimice se numește căldură de reacție. În reacțiile exoterme este pozitiv, în reacțiile endoterme este negativ. Reacția de ardere este întotdeauna însoțită de eliberarea de căldură. Căldura de ardere Q g(J/mol) este cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a unui mol de substanță și transformării unei substanțe combustibile în produse ale arderii complete. Molul este unitatea de bază SI a cantității unei substanțe. Un mol este cantitatea de substanță care conține același număr de particule (atomi, molecule etc.) ca și atomi în 12 g de izotop de carbon-12. Masa unei cantități dintr-o substanță egală cu 1 mol (masă moleculară sau molară) coincide numeric cu masa moleculară relativă a acestei substanțe.

De exemplu, greutatea moleculară relativă a oxigenului (O2) este 32, dioxidul de carbon (CO2) este 44, iar greutățile moleculare corespunzătoare vor fi M = 32 g/mol și M = 44 g/mol. Astfel, un mol de oxigen conține 32 de grame din această substanță, iar un mol de CO 2 conține 44 de grame de dioxid de carbon.

În calculele tehnice, nu căldura de ardere este cea mai des folosită. Q g, și puterea calorică a combustibilului Q(J/kg sau J/m3). Puterea calorică a unei substanțe este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a 1 kg sau 1 m 3 dintr-o substanță. Pentru substanțele lichide și solide, calculul se efectuează la 1 kg, iar pentru substanțele gazoase - la 1 m 3.

Cunoașterea căldurii de ardere și a puterii calorice a combustibilului este necesară pentru a calcula temperatura de ardere sau de explozie, presiunea de explozie, viteza de propagare a flăcării și alte caracteristici. Q Puterea calorică a combustibilului se determină fie experimental, fie prin calcul. La determinarea experimentală a puterii calorifice, o masă dată de combustibil solid sau lichid este arsă într-o bombă calorimetrică, iar în cazul combustibilului gazos, într-un calorimetru cu gaz. Aceste instrumente măsoară căldura totală 0 eliberat în timpul arderii unei probe de combustibil cântărit m . Puterea calorică Q g

se gaseste prin formula
Relația dintre căldura de ardere și

Pentru a stabili o legătură între căldura de ardere și puterea calorică a unei substanțe, este necesar să scrieți ecuația pentru reacția chimică de ardere.

Produsul arderii complete a carbonului este dioxidul de carbon:

C+O2 →CO2.

Produsul arderii complete a hidrogenului este apa:

2H2 +O2 →2H2O.

Produsul arderii complete a sulfului este dioxidul de sulf:

S +O2 →SO2.

În acest caz, azotul, halogenii și alte elemente incombustibile sunt eliberate în formă liberă.

Substanță combustibilă - gaz

De exemplu, să calculăm puterea calorică a metanului CH4, pentru care căldura de ardere este egală cu . Puterea calorică=882.6 .

· Să determinăm greutatea moleculară a metanului în conformitate cu formula sa chimică (CH 4):

M=1∙12+4∙1=16 g/mol.

· Să determinăm puterea calorică a 1 kg de metan:

· Să aflăm volumul a 1 kg de metan, cunoscând densitatea lui ρ=0,717 kg/m3 în condiții normale:

.

· Să determinăm puterea calorică a 1 m 3 de metan:

Puterea calorică a oricăror gaze combustibile este determinată în mod similar. Pentru multe substanțe comune, căldura de ardere și valorile calorice au fost măsurate cu mare precizie și sunt date în literatura de referință relevantă. Iată un tabel cu valorile calorice ale unor substanțe gazoase (Tabelul 5.1). Magnitudinea Qîn acest tabel este dat în MJ/m 3 și în kcal/m 3, deoarece 1 kcal = 4,1868 kJ este adesea folosit ca unitate de căldură.

Tabelul 5.1

Puterea calorică a combustibililor gazoși

Substanţă			Acetilenă
Q

Substanță combustibilă - lichidă sau solidă

De exemplu, să calculăm puterea calorică a alcoolului etilic C 2 H 5 OH, pentru care căldura de ardere este . Puterea calorică= 1373,3 kJ/mol.

· Să determinăm greutatea moleculară a alcoolului etilic în conformitate cu formula sa chimică (C 2 H 5 OH):

M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.

Să determinăm puterea calorică a 1 kg de alcool etilic:

Puterea calorică a oricărui combustibil lichid și solid este determinată în mod similar. În tabel 5.2 și 5.3 arată valorile calorice Q(MJ/kg și kcal/kg) pentru unele lichide și solide.

Tabelul 5.2

Puterea calorică a combustibililor lichizi

Substanţă		Alcool metilic	Etanol			Păcură, ulei
Q

Tabelul 5.3

Puterea calorică a combustibililor solizi

Substanţă		Copacul este proaspăt	Lemn uscat	Cărbune brun	Turba uscata	Antracit, cola
Q

formula lui Mendeleev

Dacă puterea calorică a combustibilului este necunoscută, atunci aceasta poate fi calculată folosind formula empirică propusă de D.I.

Mendeleev. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți compoziția elementară a combustibilului (formula echivalentă a combustibilului), adică conținutul procentual al următoarelor elemente din acesta:

Oxigen (O);

Hidrogen (H);

Carbon (C);

sulf (S);

Cenușă (A);

Apa (W).

Produsele arderii combustibilului conțin întotdeauna vapori de apă, care se formează atât din cauza prezenței umidității în combustibil, cât și în timpul arderii hidrogenului. Produsele de ardere reziduale părăsesc o instalație industrială la o temperatură peste punctul de rouă. Prin urmare, căldura care se eliberează în timpul condensării vaporilor de apă nu poate fi folosită în mod util și nu trebuie luată în considerare în calculele termice. Puterea calorică netă este de obicei utilizată pentru calcul Q n combustibil, care ia în considerare pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea Q n

combustibil, care ia în considerare pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

(MJ/kg) este determinată aproximativ de formula Mendeleev:

unde conținutul procentual (gr.%) al elementelor corespunzătoare din compoziția combustibilului este indicat în paranteze.

Această formulă ia în considerare căldura reacțiilor de combustie exotermă a carbonului, hidrogenului și sulfului (cu semnul plus). Oxigenul inclus în combustibil înlocuiește parțial oxigenul din aer, astfel încât termenul corespunzător din formula (5.1) este luat cu semnul minus. Când umiditatea se evaporă, căldura este consumată, astfel încât termenul corespunzător care conține W este luat și cu semnul minus.

O comparație a datelor calculate și experimentale privind puterea calorică a diferiților combustibili (lemn, turbă, cărbune, petrol) a arătat că calculul folosind formula Mendeleev (5.1) dă o eroare care nu depășește 10%. combustibil, care ia în considerare pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea Puterea calorică netă

combustibil, care ia în considerare pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea(MJ/m3) de gaze combustibile uscate pot fi calculate cu suficientă precizie ca suma produselor din puterea calorică a componentelor individuale și conținutul procentual al acestora în 1 m3 de combustibil gazos.

= 0,108[Н 2 ] + 0,126[СО] + 0,358[СН 4 ] + 0,5[С 2 Н 2 ] + 0,234[Н 2 S ]…, (5,2)

În medie, puterea calorică a gazelor naturale este de aproximativ 53,6 MJ/m 3 . În gazele combustibile produse artificial, conținutul de metan CH4 este nesemnificativ. Principalele componente inflamabile sunt hidrogenul H2 și monoxidul de carbon CO. În gazul cuptorului de cocs, de exemplu, conținutul de H2 atinge (55 ÷ 60)%, iar puterea calorică mai mică a unui astfel de gaz ajunge la 17,6 MJ/m3. Gazul generator conține CO ~ 30% și H 2 ~ 15%, în timp ce puterea calorică inferioară a gazului generator este combustibil, care ia în considerare pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea= (5,2÷6,5) MJ/m3. Conținutul de CO și H2 în gazul de furnal este mai mic; magnitudinea combustibil, care ia în considerare pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea= (4,0÷4,2) MJ/m 3.

Să ne uităm la exemple de calcul al puterii calorice a substanțelor folosind formula Mendeleev.

Să determinăm puterea calorică a cărbunelui, a cărei compoziție elementară este dată în tabel. 5.4.

Tabelul 5.4

Compoziția elementară a cărbunelui

· Să le înlocuim pe cele date în tabel. 5.4 date în formula Mendeleev (5.1) (azotul N și cenușa A nu sunt incluse în această formulă, deoarece sunt substanțe inerte și nu participă la reacția de ardere):

combustibil, care ia în considerare pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Să determinăm cantitatea de lemn de foc necesară pentru încălzirea a 50 de litri de apă de la 10° C la 100° C, dacă 5% din căldura degajată în timpul arderii este consumată pentru încălzire și capacitatea termică a apei. Cu=1 kcal/(kg∙grad) sau 4,1868 kJ/(kg∙grad). Compoziția elementară a lemnului de foc este dată în tabel. 5.5:

Tabelul 5.5

Compoziția elementară a lemnului de foc

	· Să aflăm puterea calorică a lemnului de foc folosind formula Mendeleev (5.1): combustibil, care ia în considerare pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. · Să determinăm cantitatea de căldură consumată pentru încălzirea apei la arderea a 1 kg de lemn de foc (ținând cont de faptul că 5% din căldura (a = 0,05) degajată în timpul arderii este cheltuită pentru încălzirea acesteia): Q 2 =a combustibil, care ia în considerare pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea=0,05·17,12=0,86 MJ/kg. · Să determinăm cantitatea de lemn de foc necesară pentru a încălzi 50 de litri de apă de la 10° C la 100° C: kg. Astfel, pentru încălzirea apei sunt necesare aproximativ 22 kg de lemn de foc.