أدنى قيمة حرارية للغاز هي كيلوجول م 3. الحرارة النوعية لاحتراق الوقود والمواد القابلة للاحتراق

12.10.2019

يتم تحديد حرارة الاحتراق من خلال التركيب الكيميائي للمادة القابلة للاحتراق. تتم الإشارة إلى العناصر الكيميائية الموجودة في المادة القابلة للاشتعال بالرموز المقبولة مع , ن , عن , ن , سوالرماد والماء رمزان أو دبليوعلى التوالى.

يوتيوب الموسوعي

1 / 5

يمكن أن ترتبط حرارة الاحتراق بالكتلة العاملة للمادة القابلة للاحتراق س ف (\displaystyle Q^(P))أي إلى المادة القابلة للاشتعال بالشكل الذي تصل به إلى المستهلك؛ إلى الوزن الجاف للمادة س ج (\displaystyle Q^(C)); إلى كتلة من المادة القابلة للاشتعال س Γ (\displaystyle Q^(\Gamma ))أي إلى مادة قابلة للاشتعال ولا تحتوي على رطوبة ورماد.

هناك أعلى ( س ب (\displaystyle Q_(B))) و اقل ( س ح (\displaystyle Q_(H))) حرارة الاحتراق.

تحت قيمة حرارية أعلىفهم كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل للمادة، بما في ذلك حرارة تكثيف بخار الماء عند تبريد منتجات الاحتراق.

صافي القيمة الحراريةيتوافق مع كمية الحرارة المنطلقة أثناء الاحتراق الكامل، دون الأخذ بعين الاعتبار حرارة تكثيف بخار الماء. وتسمى أيضًا حرارة تكثيف بخار الماء حرارة التبخر الكامنة (التكثيف).

ترتبط القيم الحرارية الدنيا والعليا بالعلاقة: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

حيث k هو معامل يساوي 25 كيلوجول/كجم (6 كيلو كالوري/كجم)؛ W هي كمية الماء في المادة القابلة للاشتعال،٪ (بالكتلة)؛ H هي كمية الهيدروجين في مادة قابلة للاحتراق،٪ (بالكتلة).

حساب القيمة الحرارية

وبالتالي، فإن القيمة الحرارية الأعلى هي كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل لوحدة الكتلة أو الحجم (للغاز) من مادة قابلة للاحتراق وتبريد منتجات الاحتراق إلى درجة حرارة نقطة الندى. في حسابات الهندسة الحرارية، تعتبر القيمة الحرارية الأعلى 100%. الحرارة الكامنة لاحتراق الغاز هي الحرارة المنطلقة أثناء تكثيف بخار الماء الموجود في منتجات الاحتراق. ومن الناحية النظرية يمكن أن تصل إلى 11%.

من الناحية العملية، ليس من الممكن تبريد منتجات الاحتراق حتى التكثيف الكامل، وبالتالي تم تقديم مفهوم القيمة الحرارية المنخفضة (QHp)، والذي يتم الحصول عليه عن طريق طرح حرارة تبخير بخار الماء الموجود في القيمة الحرارية الأعلى من كل منهما. المادة وتلك التي تتشكل أثناء احتراقها. يتطلب تبخير 1 كجم من بخار الماء 2514 كيلوجول/كجم (600 كيلو كالوري/كجم). يتم تحديد القيمة الحرارية المنخفضة بواسطة الصيغ (kJ/kg أو kcal/kg):

Q H P = Q B P − 2514 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (ع))/100))(للمادة الصلبة)

Q H P = Q B P − 600 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (ع))/100))(ل مادة سائلة)، أين:

2514 - حرارة التبخر عند درجة حرارة 0 درجة مئوية والضغط الجوي كيلوجول/كجم؛

إتش بي (\displaystyle H^(P))و دبليو بي (\displaystyle W^(P))- محتوى الهيدروجين وبخار الماء في وقود العمل، %؛

9 هو معامل يوضح أن احتراق 1 كجم من الهيدروجين مع الأكسجين ينتج 9 كجم من الماء.

حرارة الاحتراق هي الأكثر خاصية مهمةالوقود، حيث أنه يحدد كمية الحرارة التي يتم الحصول عليها عن طريق حرق 1 كجم من الوقود الصلب أو السائل أو 1 متر مكعب من الوقود الغازي بالكيلو جول/كجم (كيلو كالوري/كجم). 1 سعر حراري = 4.1868 أو 4.19 كيلو جول.

يتم تحديد القيمة الحرارية المنخفضة بشكل تجريبي لكل مادة وتكون قيمة مرجعية. يمكن أيضًا تحديدها بالنسبة للمواد الصلبة والسائلة، ذات التركيب العنصري المعروف، عن طريق الحساب وفقًا لصيغة D. I. Mendeleev، كيلوجول/كجم أو كيلو كالوري/كجم:

Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 ⋅ H P − 109 ⋅ (O P − S L P) − 25.14 ⋅ (9 ⋅ H P + W P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=339\cdot C^(P)+1256\ cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25.14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))

Q H P = 81 ⋅ C P + 246 ⋅ H P − 26 ⋅ (O P + S L P) − 6 ⋅ W P (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P))، أين:

C P (\displaystyle C_(P)), إتش بي (\displaystyle H_(P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), دبليو بي (\displaystyle W_(P))- محتوى الكربون والهيدروجين والأكسجين والكبريت المتطاير والرطوبة في الكتلة العاملة للوقود بنسبة٪ (بالوزن).

لإجراء الحسابات المقارنة، يتم استخدام ما يسمى بالوقود التقليدي، الذي تبلغ حرارة احتراقه النوعية 29308 كيلوجول/كجم (7000 كيلو كالوري/كجم).

في روسيا، يتم عادةً إجراء الحسابات الحرارية (على سبيل المثال، حساب الحمل الحراري لتحديد فئة الغرفة من حيث خطر الانفجار والحريق) باستخدام أدنى قيمة حرارية، في الولايات المتحدة الأمريكية وبريطانيا العظمى وفرنسا - وفقًا لـ الاعلى. في المملكة المتحدة والولايات المتحدة، قبل إدخال النظام المتري، تم قياس الحرارة النوعية للاحتراق بالوحدات الحرارية البريطانية (BTU) لكل رطل (رطل) (1Btu/lb = 2.326 كيلوجول/كجم).

المواد والمواد	صافي القيمة الحرارية Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P))، ميجا جول/كجم
بنزين	41,87
الكيروسين	43,54
الورق: الكتب والمجلات	13,4
الخشب (الكتل W = 14%)	13,8
المطاط الطبيعي	44,73
مشمع البولي فينيل كلوريد	14,31
ممحاة	33,52
الألياف الغذائية الأساسية	13,8
بولي ايثيلين	47,14
البوليسترين الموسع	41,6
خففت القطن	15,7
بلاستيك	41,87

تعرض الجداول الحرارة النوعية للكتلة لاحتراق الوقود (السائل والصلب والغازي) وبعض المواد الأخرى القابلة للاحتراق. تم أخذ أنواع الوقود التالية بعين الاعتبار: الفحم، الحطب، فحم الكوك، الخث، الكيروسين، الزيت، الكحول، البنزين، الغاز الطبيعي، إلخ.

قائمة جداول:

أثناء التفاعل الطارد للحرارة لأكسدة الوقود، تتحول طاقته الكيميائية إلى طاقة حرارية مع إطلاق كمية معينة من الحرارة. النتيجة طاقة حراريةوتسمى عادة حرارة احتراق الوقود. إنها تعتمد عليه التركيب الكيميائيوالرطوبة وهي العامل الرئيسي. تشكل حرارة احتراق الوقود لكل 1 كجم من الكتلة أو 1 م 3 من الحجم كتلة الاحتراق أو الحرارة النوعية الحجمية.

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود هي كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل لوحدة الكتلة أو الحجم من الوقود الصلب أو السائل أو الغازي. في النظام الدولي للوحدات، يتم قياس هذه القيمة بـ J/kg أو J/m 3.

يمكن تحديد الحرارة النوعية لاحتراق الوقود تجريبياً أو حسابها تحليلياً.تعتمد الطرق التجريبية لتحديد القيمة الحرارية على القياس العملي لكمية الحرارة المنبعثة عند احتراق الوقود، على سبيل المثال في مقياس السعرات الحرارية المزود بمنظم حرارة وقنبلة احتراق. بالنسبة للوقود ذي التركيب الكيميائي المعروف، يمكن تحديد الحرارة النوعية للاحتراق باستخدام الصيغة الدورية.

هناك درجات حرارة محددة أعلى وأدنى للاحتراق.القيمة الحرارية الأعلى هي أقصى عددالحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل للوقود، مع مراعاة الحرارة المنبعثة من تبخر الرطوبة الموجودة في الوقود. أقل حرارة احتراق أقل من أعلى قيمة بكمية حرارة التكثف التي تتشكل من رطوبة الوقود والهيدروجين من الكتلة العضوية والذي يتحول إلى ماء أثناء الاحتراق.

لتحديد مؤشرات جودة الوقود، وكذلك في الحسابات الحرارية عادة ما تستخدم حرارة احتراق محددة أقلوالتي تعتبر من أهم الخصائص الحرارية والأداءية للوقود وهي موضحة في الجداول أدناه.

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود الصلب (الفحم، الحطب، الخث، فحم الكوك)

يعرض الجدول قيم الحرارة النوعية لاحتراق الوقود الصلب الجاف في البعد MJ/kg. يتم ترتيب الوقود في الجدول حسب الاسم حسب الترتيب الأبجدي.

من بين أنواع الوقود الصلب التي تم أخذها بعين الاعتبار، يتمتع فحم الكوك بأعلى قيمة حرارية - تبلغ حرارة احتراقه النوعية 36.3 ميجا جول/كجم (أو في وحدات النظام الدولي 36.3·10 6 جول/كجم). وبالإضافة إلى ذلك، فإن القيمة الحرارية العالية هي سمة من سمات الفحم والأنثراسيت والفحم والفحم البني.

تشمل أنواع الوقود ذات كفاءة الطاقة المنخفضة الخشب والحطب والبارود وخث الطحن والصخر الزيتي. على سبيل المثال، الحرارة النوعية لاحتراق الحطب هي 8.4...12.5، والحرارة النوعية لاحتراق البارود هي 3.8 ميجا جول/كجم فقط.

حرارة نوعيةاحتراق الوقود الصلب (الفحم، الحطب، الخث، فحم الكوك)

وقود
أنثراسايت	26,8…34,8
الكريات الخشبية (الكريات)	18,5
الحطب الجاف	8,4…11
حطب البتولا الجاف	12,5
فحم الكوك الغاز	26,9
فحم الكوك الانفجار	30,4
شبه فحم الكوك	27,3
مسحوق	3,8
لائحة	4,6…9
الصخر الزيتي	5,9…15
وقود الصواريخ الصلب	4,2…10,5
الخث	16,3
الخث الليفي	21,8
الخث المطحون	8,1…10,5
فتات الخث	10,8
الفحم البني	13…25
الفحم البني (قوالب)	20,2
الفحم البني (الغبار)	25
الفحم دونيتسك	19,7…24
فحم	31,5…34,4
فحم	27
فحم الكوك	36,3
الفحم كوزنتسك	22,8…25,1
الفحم تشيليابينسك	12,8
فحم إيكيباستوز	16,7
فريستورف	8,1
الخبث	27,5

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود السائل (الكحول والبنزين والكيروسين والزيت)

يوجد جدول للحرارة النوعية لاحتراق الوقود السائل وبعض السوائل العضوية الأخرى. تجدر الإشارة إلى أن أنواع الوقود مثل البنزين ووقود الديزل والزيت تتميز بإطلاق حرارة عالية أثناء الاحتراق.

الحرارة النوعية لاحتراق الكحول والأسيتون أقل بكثير من وقود المحركات التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، فإن وقود الصواريخ السائل له قيمة حرارية منخفضة نسبيًا، ومع الاحتراق الكامل لـ 1 كجم من هذه الهيدروكربونات، سيتم إطلاق كمية من الحرارة تساوي 9.2 و13.3 ميجا جول، على التوالي.

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود السائل (الكحول والبنزين والكيروسين والزيت)

وقود	حرارة الاحتراق النوعية MJ/kg
الأسيتون	31,4
البنزين A-72 (GOST 2084-67)	44,2
بنزين الطيران B-70 (GOST 1012-72)	44,1
البنزين AI-93 (GOST 2084-67)	43,6
البنزين	40,6
وقود الديزل الشتوي (GOST 305-73)	43,6
وقود الديزل الصيفي (GOST 305-73)	43,4
وقود الصواريخ السائل (الكيروسين + الأكسجين السائل)	9,2
كيروسين الطيران	42,9
الكيروسين للإضاءة (GOST 4753-68)	43,7
زيلين	43,2
زيت الوقود عالي الكبريت	39
زيت الوقود منخفض الكبريت	40,5
زيت الوقود منخفض الكبريت	41,7
زيت الوقود الكبريتي	39,6
كحول الميثيل(الميثانول)	21,1
ن- كحول البوتيل	36,8
زيت	43,5…46
زيت الميثان	21,5
التولوين	40,9
الروح البيضاء (غوست 313452)	44
أثلين كلايكول	13,3
الكحول الإيثيلي (الإيثانول)	30,6

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود الغازي والغازات القابلة للاحتراق

يتم عرض جدول للحرارة النوعية لاحتراق الوقود الغازي وبعض الغازات الأخرى القابلة للاحتراق في البعد MJ/kg. ومن بين الغازات التي تم أخذها بعين الاعتبار، فهو يتمتع بأعلى كتلة من حرارة الاحتراق النوعية. سيؤدي الاحتراق الكامل لكيلوجرام واحد من هذا الغاز إلى إطلاق 119.83 ميجا جول من الحرارة. كما أن الوقود مثل الغاز الطبيعي له قيمة حرارية عالية - تبلغ الحرارة النوعية لاحتراق الغاز الطبيعي 41...49 ميجا جول/كجم (بالنسبة للغاز النقي تبلغ 50 ميجا جول/كجم).

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود الغازي والغازات القابلة للاحتراق (الهيدروجين والغاز الطبيعي والميثان)

وقود	حرارة الاحتراق النوعية MJ/kg
1- البيوتين	45,3
الأمونيا	18,6
الأسيتيلين	48,3
هيدروجين	119,83
الهيدروجين، خليط مع الميثان (50% H2 و50% CH4 بالوزن)	85
الهيدروجين، خليط مع الميثان وأول أكسيد الكربون (33-33-33% بالوزن)	60
الهيدروجين، خليط مع أول أكسيد الكربون (50% H2 50% CO2 بالوزن)	65
غاز الفرن العالي	3
فرن غاز كوكا	38,5
غاز الهيدروكربون المسال غاز البترول المسال (البروبان-البيوتان)	43,8
الأيزوبيوتان	45,6
الميثان	50
ن- البيوتان	45,7
ن-الهكسان	45,1
ن-بنتان	45,4
الغاز المصاحب	40,6…43
غاز طبيعي	41…49
البروبادين	46,3
البروبان	46,3
البروبيلين	45,8
البروبيلين، خليط مع الهيدروجين وأول أكسيد الكربون (90%-9%-1% بالوزن)	52
الإيثان	47,5
الإيثيلين	47,2

الحرارة النوعية لاحتراق بعض المواد القابلة للاحتراق

يتم توفير جدول للحرارة النوعية لاحتراق بعض المواد القابلة للاحتراق (الخشب والورق والبلاستيك والقش والمطاط وغيرها). وتجدر الإشارة إلى المواد ذات الحرارة العالية المنبعثة أثناء الاحتراق. وتشمل هذه المواد: المطاط أنواع مختلفةوالبوليسترين (الرغوة) والبولي بروبيلين والبولي إيثيلين.

الحرارة النوعية لاحتراق بعض المواد القابلة للاحتراق

وقود	حرارة الاحتراق النوعية MJ/kg
ورق	17,6
جلدي	21,5
الخشب (القضبان التي تحتوي على نسبة رطوبة 14٪)	13,8
الخشب في أكوام	16,6
خشب البلوط	19,9
خشب الصنوبر	20,3
الخشب الأخضر	6,3
خشب الصنوبر	20,9
كابرون	31,1
منتجات الكاربوليت	26,9
ورق مقوى	16,5
مطاط ستايرين بوتادين SKS-30AR	43,9
المطاط الطبيعي	44,8
مطاط صناعي	40,2
اس كي اس المطاط	43,9
مطاط الكلوروبرين	28
مشمع البولي فينيل كلوريد	14,3
طبقة مزدوجة من مشمع البولي فينيل كلورايد	17,9
مشمع البولي فينيل كلورايد على أساس اللباد	16,6
مشمع البولي فينيل كلورايد ذو القاعدة الدافئة	17,6
مشمع البولي فينيل كلوريد القائم على القماش	20,3
مشمع مطاطي (ريلين)	27,2
البارافين البارافين	11,2
رغوة البوليسترين PVC-1	19,5
رغوة بلاستيكية FS-7	24,4
رغوة بلاستيكية FF	31,4
البوليسترين الموسع PSB-S	41,6
رغوة البولي يوريثان	24,3
اللوح الليفي	20,9
كلوريد البوليفينيل (PVC)	20,7
البولي	31
البولي بروبلين	45,7
البوليسترين	39
البولي إيثيلين عالي الضغط	47
البولي إيثيلين منخفض الضغط	46,7
ممحاة	33,5
روبيرويد	29,5
قناة السخام	28,3
القش	16,7
قَشَّة	17
الزجاج العضوي (زجاج شبكي)	27,7
تكستوليت	20,9
تول	16
تي ان تي	15
قطن	17,5
السليلوز	16,4
ألياف الصوف والصوف	23,1

مصادر:

GOST 147-2013 الوقود المعدني الصلب. تحديد القيمة الحرارية الأعلى وحساب القيمة الحرارية الأقل.
GOST 21261-91 المنتجات البترولية. طريقة تحديد القيمة الحرارية الأعلى وحساب القيمة الحرارية الأقل.
GOST 22667-82 الغازات الطبيعية القابلة للاشتعال. طريقة حسابية لتحديد القيمة الحرارية والكثافة النسبية ورقم Wobbe.
غوست 31369-2008 الغاز الطبيعي. حساب القيمة الحرارية والكثافة والكثافة النسبية ورقم Wobbe على أساس تكوين المكون.
Zemsky G. T. الخصائص القابلة للاشتعال للمواد غير العضوية والعضوية: كتاب مرجعي M.: VNIIPO، 2016 - 970 ص.

ما هو الوقود؟

هذا مكون واحد أو خليط من المواد القادرة على إجراء تحولات كيميائية مرتبطة بإطلاق الحرارة. أنواع مختلفةوتختلف أنواع الوقود في محتواها الكمي من المادة المؤكسدة التي تستخدم لإطلاق الطاقة الحرارية.

بالمعنى الواسع، الوقود هو حامل للطاقة، أي نوع محتمل من الطاقة المحتملة.

تصنيف

في الوقت الحالي، تنقسم أنواع الوقود حسب حالة تجمعها إلى سائل، صلب، وغازي.

إلى الصلبة مظهر طبيعيتشمل الحجر والحطب والأنثراسايت. تعتبر قوالب الفحم الحجري وفحم الكوك والأنثراسيت الحراري من أنواع الوقود الصلب الاصطناعي.

تشمل السوائل المواد التي تحتوي على مواد ذات أصل عضوي. مكوناتها الرئيسية هي: الأكسجين والكربون والنيتروجين والهيدروجين والكبريت. سيكون الوقود السائل الاصطناعي عبارة عن مجموعة متنوعة من الراتنجات وزيت الوقود.

وهو عبارة عن خليط من الغازات المختلفة: الإيثيلين والميثان والبروبان والبيوتان. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الوقود الغازي على ثاني أكسيد الكربون و أول أكسيد الكربون، كبريتيد الهيدروجين، النيتروجين، بخار الماء، الأكسجين.

مؤشرات الوقود

المؤشر الرئيسي للاحتراق. تعتبر صيغة تحديد القيمة الحرارية في الكيمياء الحرارية. تسليط الضوء " الوقود القياسي"، وهو ما يعني حرارة احتراق 1 كيلوغرام من الجمرة الخبيثة.

زيت التدفئة المنزلي مخصص للاحتراق في أجهزة التدفئة ذات الطاقة المنخفضة، والتي تقع في المباني السكنية، ومولدات الحرارة المستخدمة في زراعةلتجفيف الأعلاف والتعليب.

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود هي قيمة توضح كمية الحرارة المتولدة أثناء الاحتراق الكامل للوقود بحجم 1 م 3 أو كتلة كيلوغرام واحد.

لقياس هذه القيمة، يتم استخدام J/kg، J/m3، السعرات الحرارية/m3. لتحديد حرارة الاحتراق، يتم استخدام طريقة قياس السعرات الحرارية.

مع زيادة الحرارة النوعية لاحتراق الوقود، ينخفض استهلاك الوقود النوعي، وينخفض المعامل عمل مفيديبقى دون تغيير.

حرارة احتراق المواد هي كمية الطاقة المنطلقة أثناء أكسدة مادة صلبة أو سائلة أو غازية.

يتم تحديده من خلال التركيب الكيميائي، وكذلك حالة تجميع المادة القابلة للاحتراق.

ميزات منتجات الاحتراق

العالي و حرارة أقليرتبط الاحتراق بحالة تجميع الماء في المواد التي يتم الحصول عليها بعد احتراق الوقود.

القيمة الحرارية الأعلى هي كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل للمادة. وتشمل هذه القيمة أيضًا حرارة تكثيف بخار الماء.

أدنى حرارة عمل للاحتراق هي القيمة التي تتوافق مع انطلاق الحرارة أثناء الاحتراق دون مراعاة حرارة تكثيف بخار الماء.

الحرارة الكامنة للتكثيف هي كمية الطاقة الناتجة عن تكثيف بخار الماء.

العلاقة الرياضية

وترتبط القيم الحرارية العليا والدنيا بالعلاقة التالية:

QB = QH + ك (W + 9H)

حيث W هي الكمية بالوزن (%) من الماء في مادة قابلة للاشتعال؛

H هي كمية الهيدروجين (٪ بالكتلة) في المادة القابلة للاحتراق؛

ك - معامل يساوي 6 سعرة حرارية/كجم

طرق إجراء العمليات الحسابية

يتم تحديد القيم الحرارية العليا والدنيا بطريقتين رئيسيتين: الحسابية والتجريبية.

يتم استخدام المسعرات الحرارية لإجراء الحسابات التجريبية. أولا، يتم حرق عينة من الوقود فيه. الحرارة التي سيتم إطلاقها يمتصها الماء بالكامل. من خلال الحصول على فكرة عن كتلة الماء، يمكنك تحديد قيمة حرارة احتراقه من خلال التغير في درجة حرارته.

تعتبر هذه التقنية بسيطة وفعالة، فهي تتطلب فقط معرفة بيانات التحليل الفني.

وفي طريقة الحساب يتم حساب القيم الحرارية العليا والدنيا باستخدام صيغة مندليف.

Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p) - 25 واط p (كيلو جول/كجم)

يأخذ في الاعتبار محتوى الكربون والأكسجين والهيدروجين وبخار الماء والكبريت في تركيبة العمل (بالنسبة المئوية). يتم تحديد كمية الحرارة أثناء الاحتراق مع مراعاة الوقود المكافئ.

تسمح حرارة احتراق الغاز بإجراء حسابات أولية وتحديد مدى فعالية استخدام نوع معين من الوقود.

ميزات المنشأ

من أجل فهم مقدار الحرارة المنبعثة عند حرق وقود معين، فمن الضروري أن يكون لديك فكرة عن مصدره.

في الطبيعة هناك متغيرات مختلفةالوقود الصلب الذي يختلف في تركيبه وخصائصه.

يتم تشكيلها من خلال عدة مراحل. أولاً، يتكون الخث، ثم يتكون الفحم البني والصلب، ثم يتكون الجمرة الخبيثة. المصادر الرئيسية لتكوين الوقود الصلب هي أوراق الشجر والخشب وإبر الصنوبر. عندما تموت أجزاء من النباتات وتتعرض للهواء، يتم تدميرها بواسطة الفطريات وتشكل الخث. ويتحول تراكمه إلى كتلة بنية اللون، ومن ثم يتم الحصول على الغاز البني.

في ضغط دم مرتفعودرجة الحرارة، يتحول الغاز البني إلى فحم، ثم يتراكم الوقود على شكل فحم الأنثراسيت.

بالإضافة إلى المواد العضوية، يحتوي الوقود على صابورة إضافية. يعتبر العضو هو ذلك الجزء الذي يتكون من مواد عضوية: الهيدروجين والكربون والنيتروجين والأكسجين. وبالإضافة إلى هذه العناصر الكيميائية، فهو يحتوي على صابورة: الرطوبة، والرماد.

تتضمن تقنية الاحتراق فصل الكتلة العاملة والجافة والقابلة للاحتراق من الوقود المحروق. الكتلة العاملة هي الوقود في شكله الأصلي الذي يتم توفيره للمستهلك. الكتلة الجافة هي تركيبة لا يوجد فيها ماء.

مُجَمَّع

المكونات الأكثر قيمة هي الكربون والهيدروجين.

هذه العناصر موجودة في أي نوع من الوقود. في الخث والخشب تصل نسبة الكربون إلى 58 في المائة، وفي الفحم الصلب والبني - 80 في المائة، وفي الجمرة الخبيثة تصل إلى 95 في المائة بالوزن. اعتمادًا على هذا المؤشر، تتغير كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود. الهيدروجين هو ثاني أهم عنصر في أي وقود. عندما يرتبط بالأكسجين، فإنه يشكل الرطوبة، مما يقلل بشكل كبير من القيمة الحرارية لأي وقود.

وتتراوح نسبته من 3.8 في الصخر الزيتي إلى 11 في زيت الوقود. يعمل الأكسجين الموجود في الوقود كصابورة.

انها ليست توليد الحرارة عنصر كيميائيوبالتالي يؤثر سلباً على قيمة حرارة احتراقه. احتراق النيتروجين الموجود في الحرة أو شكل منضمفي منتجات الاحتراق، يعتبر من الشوائب الضارة، لذا فإن كميته محدودة بشكل واضح.

يتم تضمين الكبريت في الوقود في شكل كبريتات وكبريتيدات وكذلك غازات ثاني أكسيد الكبريت. عند ترطيبها، تشكل أكاسيد الكبريت حمض الكبريتيك، الذي يدمر معدات الغلايات، يؤثر سلبا على الغطاء النباتي والكائنات الحية.

ولهذا السبب يعتبر الكبريت عنصرًا كيميائيًا، ووجوده في الوقود الطبيعي أمر غير مرغوب فيه للغاية. إذا دخلت مركبات الكبريت إلى منطقة العمل، فإنها تسبب تسممًا كبيرًا لموظفي التشغيل.

هناك ثلاثة أنواع من الرماد حسب مصدره:

أساسي؛
ثانوي؛
بعد الثانوي

يتكون العرض الأساسي من المعادن، والتي توجد في النباتات. يتكون الرماد الثانوي نتيجة دخول بقايا النباتات إلى الرمال والتربة أثناء التكوين.

يظهر الرماد الثلاثي في تركيبة الوقود أثناء الاستخراج والتخزين والنقل. مع ترسب الرماد بشكل كبير، يحدث انخفاض في نقل الحرارة على سطح التسخين لوحدة المرجل، مما يقلل من كمية نقل الحرارة إلى الماء من الغازات. تؤثر كمية كبيرة من الرماد سلبًا على تشغيل المرجل.

أخيراً

له تأثير كبير على عملية احتراق أي نوع من الوقود المواد المتطايرة. كلما زاد إنتاجهم، كلما زاد حجم واجهة اللهب. على سبيل المثال، يشتعل الفحم والجفت بسهولة، وتكون العملية مصحوبة بفقدان طفيف للحرارة. يحتوي فحم الكوك الذي يبقى بعد إزالة الشوائب المتطايرة على مركبات معدنية وكربونية فقط. اعتمادا على خصائص الوقود، تتغير كمية الحرارة بشكل كبير.

اعتمادًا على التركيب الكيميائي، هناك ثلاث مراحل لتكوين الوقود الصلب: الخث، واللجنيت، والفحم.

يستخدم الخشب الطبيعي في تركيبات الغلايات الصغيرة. يستخدمون بشكل أساسي رقائق الخشب ونشارة الخشب والألواح واللحاء ويستخدم الحطب نفسه بكميات صغيرة. اعتمادًا على نوع الخشب، تختلف كمية الحرارة المتولدة بشكل كبير.

مع انخفاض حرارة الاحتراق، يكتسب الحطب مزايا معينة: القابلية للاشتعال السريع، والحد الأدنى من محتوى الرماد، وغياب آثار الكبريت.

معلومات موثوقة حول تكوين الوقود الطبيعي أو الاصطناعي، وقيمته الحرارية بطريقة رائعةإجراء الحسابات الكيميائية الحرارية.

تظهر حاليا فرصة حقيقيةتحديد الخيارات الرئيسية للوقود الصلب والغازي والسائل الذي سيكون الأكثر فعالية وأقل تكلفة للاستخدام في حالة معينة.

ينقسم الوقود الغازي إلى طبيعي وصناعي وهو عبارة عن خليط من الغازات القابلة للاشتعال وغير القابلة للاشتعال ويحتوي على كمية معينة من بخار الماء وأحيانا الغبار والقطران. كمية وقود الغازيتم التعبير عنها بالمتر المكعب في الظروف العادية (760 ملم زئبق و0 درجة مئوية)، ويتم التعبير عن التركيبة كنسبة مئوية من حيث الحجم. يُفهم تكوين الوقود على أنه تكوين الجزء الغازي الجاف.

وقود الغاز الطبيعي

وقود الغاز الأكثر شيوعًا هو الغاز الطبيعي، الذي يحتوي على قيمة حرارية عالية. أساس الغاز الطبيعي هو الميثان الذي يتراوح محتواه بين 76.7 و 98٪. تشتمل المركبات الهيدروكربونية الغازية الأخرى على الغاز الطبيعي من 0.1 إلى 4.5%.

الغاز المسالمنتج بترولي - يتكون بشكل أساسي من خليط من البروبان والبيوتان.

الغاز الطبيعي (CNG، NG): الميثان CH4 أكثر من 90%، الإيثان C2 H5 أقل من 4%، البروبان C3 H8 أقل من 1%

الغاز المسال (LPG): البروبان C3 H8 أكثر من 65%، البيوتان C4 H10 أقل من 35%

تشتمل تركيبة الغازات القابلة للاشتعال على: الهيدروجين H2 والميثان CH4 والمركبات الهيدروكربونية الأخرى CmHn وكبريتيد الهيدروجين H2S والغازات غير القابلة للاشتعال وثاني أكسيد الكربون CO2 والأكسجين O2 والنيتروجين N2 وكمية قليلة من بخار الماء H2O. مو صفي C وH تميز مركبات الهيدروكربونات المختلفة، على سبيل المثال الميثان CH 4 ر = 1 و ن= 4 للإيثان C 2 N ب ر = 2و ن= ب، الخ.

تكوين الوقود الغازي الجاف (النسبة المئوية من حيث الحجم):

CO + H 2 + 2 C m H n + ح 2 ق + ثاني أكسيد الكربون 2 + أو 2 + ن 2 = 100%.

يتكون الجزء غير القابل للاحتراق من وقود الغاز الجاف - الصابورة - من النيتروجين N وثاني أكسيد الكربون CO 2.

يتم التعبير عن تركيبة الوقود الغازي الرطب على النحو التالي:

CO + H 2 + Σ C m H n + ح 2 ق + ثاني أكسيد الكربون 2 + يا 2 + ن 2 + ح 2 يا = 100%.

يتم تحديد حرارة الاحتراق، كيلوجول/م (كيلو كالوري/م3)، 1 م3 من الغاز الجاف النقي في الظروف العادية على النحو التالي:

س ن ق = 0.01،

حيث Qso، Q n 2، Q c m n n Q n 2 س. - حرارة احتراق الغازات الفردية الموجودة في الخليط، كيلو جول/م 3 (كيلو كالوري/م 3)؛ ثاني أكسيد الكربون، ح 2،سم ح ن، ح 2 ق - المكونات التي يتكون منها خليط الغاز % من حيث الحجم.

القيمة الحرارية لـ 1 م3 من الغاز الطبيعي الجاف في الظروف العادية لمعظم الحقول المحلية هي 33.29 - 35.87 ميجا جول/م3 (7946 - 8560 كيلو كالوري/م3). وترد خصائص الوقود الغازي في الجدول 1.

مثال.حدد القيمة الحرارية الدنيا للغاز الطبيعي (في الظروف العادية) بالتركيبة التالية:

ح 2 ق = 1%؛ CH 4 = 76.7%؛ ج 2 ح 6 = 4.5%; ج 3 ح 8 = 1.7%; ج 4 ح 10 = 0.8%; ج5 ح12 = 0.6%.

باستبدال خصائص الغازات من الجدول 1 في الصيغة (26)، نحصل على:

س نس = 0.01 = 33981 كيلوجول/م3 أو

س نس = 0.01 (5585.1 + 8555 76.7 + 15 226 4.5 + 21 795 1.7 + 28 338 0.8 + 34 890 0.6) = 8109 سعرة حرارية / م 3.

الجدول 1. خصائص الوقود الغازي

غاز	تعيين	حرارة الاحتراقس ن ق
غاز	تعيين	كيلوجول/م3	سعر حراري/م3
هيدروجين	ن،	10820	2579
أول أكسيد الكربون	شركة	12640	3018
كبريتيد الهيدروجين	ح 2 س	23450	5585
الميثان	الفصل 4	35850	8555
الإيثان	ج2ح6	63 850	15226
البروبان	ج3ح8	91300	21795
البيوتان	ج4ح10	118700	22338
البنتان	ج5ح12	146200	34890
الإيثيلين	ج2ح4	59200	14107
البروبيلين	ج3ح6	85980	20541
بوتيلين	ج4ح8	113 400	27111
البنزين	ج6ح6	140400	33528

تستهلك الغلايات من النوع DE من 71 إلى 75 م3 من الغاز الطبيعي لإنتاج طن واحد من البخار. تكلفة الغاز في روسيا اعتبارا من سبتمبر 2008. هو 2.44 روبل لكل متر مكعب. لذلك، فإن طن البخار سيكلف 71 × 2.44 = 173 روبل 24 كوبيل. التكلفة الحقيقية لطن البخار في المصانع لغلايات DE لا تقل عن 189 روبل لكل طن من البخار.

تستهلك الغلايات من النوع DKVR من 103 إلى 118 مترًا مكعبًا من الغاز الطبيعي لإنتاج طن واحد من البخار. الحد الأدنى للتكلفة المقدرة لطن البخار لهذه الغلايات هو 103 × 2.44 = 251 روبل 32 كوبيل. التكلفة الحقيقية للبخار في المصانع لا تقل عن 290 روبل للطن.

كيف يتم حساب الحد الأقصى لاستهلاك الغاز الطبيعي للغلاية البخارية DE-25؟ هذا المواصفات الفنيةسخان مياه 1840 مكعب في الساعة. ولكن يمكنك أيضًا الحساب. 25 طن (25 ألف كجم) يجب ضربها بالفرق بين أنتالبية البخار والماء (666.9-105) وكل هذا مقسوما على كفاءة الغلاية 92.8% وحرارة احتراق الغاز. 8300. وهذا كل شيء

وقود الغاز الاصطناعي

تعتبر الغازات الصناعية القابلة للاحتراق وقودًا ذا أهمية محلية لأنها تحتوي على قيمة حرارية أقل بكثير. عناصرها الرئيسية القابلة للاحتراق هي أول أكسيد الكربون CO والهيدروجين H2. وتستخدم هذه الغازات ضمن منطقة الإنتاج حيث يتم الحصول عليها كوقود للمحطات التكنولوجية ومحطات الطاقة.

جميع الغازات الطبيعية والاصطناعية القابلة للاشتعال قابلة للانفجار ويمكن أن تشتعل في اللهب المكشوف أو الشرارة. هناك حدود انفجارية دنيا وعليا للغاز، أي. أعلى وأدنى تركيز له في الهواء. ويتراوح الحد الأدنى للانفجار للغازات الطبيعية من 3% إلى 6%، والحد الأعلى من 12% إلى 16%. جميع الغازات القابلة للاشتعال يمكن أن تسبب التسمم لجسم الإنسان. المواد السامة الرئيسية للغازات القابلة للاشتعال هي: أول أكسيد الكربون CO، كبريتيد الهيدروجين H2S، الأمونيا NH3.

الغازات الطبيعية القابلة للاشتعال والغازات الصناعية عديمة اللون (غير مرئية) وعديمة الرائحة، مما يجعلها خطيرة إذا دخلت إلى داخل غرفة المرجل من خلال التسربات في تجهيزات أنابيب الغاز. لتجنب التسمم، يجب معالجة الغازات القابلة للاشتعال باستخدام مادة ذات رائحة كريهة.

إنتاج أول أكسيد الكربون في الصناعة عن طريق تغويز الوقود الصلب

وللأغراض الصناعية، يتم الحصول على أول أكسيد الكربون عن طريق تحويل الوقود الصلب إلى غاز، أي تحويله إلى وقود غازي. بهذه الطريقة يمكنك الحصول على أول أكسيد الكربون من أي وقود صلب - الفحم الأحفوري، الخث، الحطب، إلخ.

تظهر عملية تغويز الوقود الصلب في تجربة معملية (الشكل 1). بعد ملء الأنبوب الحراري بقطع من الفحم، نقوم بتسخينه بقوة ونسمح للأكسجين بالمرور من مقياس الغاز. نمرر الغازات الخارجة من الأنبوب من خلال غسالة بها ماء الجير ثم نشعلها في النار. يصبح ماء الجير غائما ويحترق الغاز بلهب مزرق. يشير هذا إلى وجود ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون CO في منتجات التفاعل.

يمكن تفسير تكوين هذه المواد من خلال حقيقة أنه عندما يتلامس الأكسجين مع الفحم الساخن، يتأكسد الأخير أولاً إلى ثاني أكسيد الكربون: ج + يا 2 = ثاني أكسيد الكربون 2

بعد ذلك، يمر ثاني أكسيد الكربون عبر الفحم الساخن، ويتحول جزئيًا إلى أول أكسيد الكربون: ثاني أكسيد الكربون 2 + ج = 2CO

أرز. 1. إنتاج أول أكسيد الكربون (تجربة مخبرية).

في الظروف الصناعية، يتم تحويل الوقود الصلب إلى غاز في أفران تسمى مولدات الغاز.

ويسمى الخليط الناتج من الغازات بغاز المولد.

يظهر جهاز مولد الغاز في الشكل. وهي عبارة عن أسطوانة فولاذية يبلغ ارتفاعها حوالي 5 موقطرها حوالي 3.5 م،مبطنة من الداخل بالطوب الحراري. يتم تحميل مولد الغاز بالوقود من الأعلى؛ من الأسفل، يتم توفير الهواء أو بخار الماء بواسطة مروحة من خلال الشبكة.

يتفاعل الأكسجين الموجود في الهواء مع الكربون الموجود في الوقود لتكوين ثاني أكسيد الكربون، الذي يرتفع عبر طبقة الوقود الساخن، ويختزل بواسطة الكربون إلى أول أكسيد الكربون.

إذا تم نفخ الهواء فقط في المولد، فإن النتيجة هي غاز يحتوي على أول أكسيد الكربون ونيتروجين الهواء (بالإضافة إلى كمية معينة من ثاني أكسيد الكربون والشوائب الأخرى). يسمى هذا الغاز المولد بغاز الهواء.

إذا تم نفخ بخار الماء في مولد باستخدام الفحم الساخن، فإن التفاعل يؤدي إلى تكوين أول أكسيد الكربون والهيدروجين: ج + ح 2 يا = كو + ح 2

ويسمى هذا الخليط من الغازات بغاز الماء. يحتوي غاز الماء على قيمة حرارية أعلى من غاز الهواء، حيث أن تكوينه، إلى جانب أول أكسيد الكربون، يتضمن أيضًا غازًا ثانيًا قابلاً للاشتعال - الهيدروجين. غاز الماء (غاز التوليف)، أحد منتجات تغويز الوقود. يتكون غاز الماء بشكل أساسي من ثاني أكسيد الكربون (40%) والهيدروجين (50%). يعتبر غاز الماء وقودًا (حرارة الاحتراق 10500 كيلوجول/م3، أو 2730 كيلو كالوري/مجم) وفي نفس الوقت مادة خام لتخليق كحول الميثيل. ومع ذلك، لا يمكن إنتاج غاز الماء لفترة طويلة، لأن تفاعل تكوينه يكون ماصًا للحرارة (مع امتصاص الحرارة)، وبالتالي يبرد الوقود الموجود في المولد. للحفاظ على الفحم في حالة ساخنة، يتم حقن بخار الماء في المولد بالتناوب مع حقن الهواء، والذي من المعروف أن الأكسجين الموجود فيه يتفاعل مع الوقود لإطلاق الحرارة.

في مؤخرابدأ استخدام تفجير الأكسجين بالبخار على نطاق واسع لتغويز الوقود. إن النفخ المتزامن لبخار الماء والأكسجين عبر طبقة الوقود يسمح بتنفيذ العملية بشكل مستمر، مما يزيد بشكل كبير من إنتاجية المولد والحصول على الغاز من محتوى عاليالهيدروجين وأول أكسيد الكربون.

مولدات الغاز الحديثة هي أجهزة قوية للتشغيل المستمر.

لمنع الغازات القابلة للاشتعال والسامة من اختراق الغلاف الجوي عند تزويد مولد الغاز بالوقود، يتم تصنيع أسطوانة التحميل مزدوجة. بينما يدخل الوقود إلى حجرة واحدة من الأسطوانة، يتم سكب الوقود في المولد من حجرة أخرى؛ وعندما تدور الأسطوانة تتكرر هذه العمليات، ولكن يبقى المولد معزولاً عن الغلاف الجوي طوال الوقت. يتم التوزيع الموحد للوقود في المولد باستخدام مخروط يمكن تركيبه على ارتفاعات مختلفة. عندما يتم خفضه، يسقط الفحم بالقرب من مركز المولد، وعندما يتم رفع المخروط، يتم رمي الفحم بالقرب من جدران المولد.

تتم إزالة الرماد من مولد الغاز بشكل آلي. يتم تدوير الشبكة المخروطية الشكل ببطء بواسطة محرك كهربائي. في هذه الحالة، يتم إزاحة الرماد نحو جدران المولد، وباستخدام أجهزة خاصة، يتم تفريغه في صندوق الرماد، حيث يتم إزالته بشكل دوري.

تم إضاءة مصابيح الغاز الأولى في سانت بطرسبرغ في جزيرة أبتيكارسكي عام 1819. تم الحصول على الغاز المستخدم عن طريق تغويز الفحم. كان يطلق عليه الغاز المضيء.

العالم الروسي العظيم D. I. أعرب منديليف (1834-1907) لأول مرة عن فكرة أن تحويل الفحم إلى غاز يمكن أن يتم مباشرة تحت الأرض دون رفعه. لم تقدر الحكومة القيصرية هذا الاقتراح من مندليف.

فكرة التغويز تحت الأرض كانت مدعومة بحرارة من قبل لينين. ووصفه بأنه "أحد الانتصارات العظيمة للتكنولوجيا". تم تنفيذ عملية التغويز تحت الأرض لأول مرة من قبل الدولة السوفيتية. قبل الحرب الوطنية العظمى، كانت المولدات تحت الأرض تعمل في أحواض الفحم في منطقة دونيتسك وموسكو في الاتحاد السوفيتي.

ويرد في الشكل 3 فكرة عن إحدى طرق التغويز تحت الأرض. يتم وضع بئرين في خط الفحم، وهما متصلان أدناه بواسطة قناة. يتم إشعال الفحم في مثل هذه القناة بالقرب من أحد الآبار ويتم توفير الانفجار هناك. وتتفاعل منتجات الاحتراق، التي تتحرك على طول القناة، مع الفحم الساخن، مما يؤدي إلى تكوين غاز قابل للاشتعال كما هو الحال في المولد التقليدي. ويأتي الغاز إلى السطح من خلال البئر الثاني.

يستخدم الغاز المنتج على نطاق واسع لتسخين الأفران الصناعية - أفران فحم الكوك المعدنية وكوقود في السيارات (الشكل 4).

أرز. 3. مخطط تغويز الفحم تحت الأرض.

يتم تصنيع عدد من المنتجات العضوية، مثل الوقود السائل، من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون في غاز الماء. الوقود السائل الاصطناعي هو وقود (البنزين بشكل أساسي) يتم الحصول عليه عن طريق التوليف من أول أكسيد الكربون والهيدروجين عند درجة حرارة 150-170 درجة مئوية وضغط يتراوح بين 0.7 - 20 MN/m2 (200 كجم/سم2)، في وجود محفز (النيكل، الحديد والكوبالت). تم تنظيم أول إنتاج للوقود السائل الاصطناعي في ألمانيا خلال الحرب العالمية الثانية بسبب نقص النفط. لا يستخدم الوقود السائل الاصطناعي على نطاق واسع بسبب تكلفته العالية. يستخدم غاز الماء لإنتاج الهيدروجين. وللقيام بذلك، يتم تسخين غاز الماء الممزوج ببخار الماء في وجود عامل محفز ونتيجة لذلك يتم الحصول على الهيدروجين بالإضافة إلى الهيدروجين الموجود بالفعل في غاز الماء: CO + H2O = CO2 + H2

5. التوازن الحراري للاحتراق

دعونا نفكر في طرق حساب التوازن الحراري لعملية احتراق المواد الغازية والسائلة و الوقود الصلب. يأتي الحساب لحل المشكلات التالية.

· تحديد حرارة الاحتراق (القيمة الحرارية) للوقود.

· تحديد درجة حرارة الاحتراق النظرية.

5.1. حرارة الاحتراق

التفاعلات الكيميائية مصحوبة بإطلاق أو امتصاص الحرارة. عندما يتم إطلاق الحرارة، يسمى التفاعل طاردًا للحرارة، وعندما يتم امتصاص الحرارة، يسمى التفاعل ماصًا للحرارة. جميع تفاعلات الاحتراق طاردة للحرارة، ومنتجات الاحتراق عبارة عن مركبات طاردة للحرارة.

يتم إطلاقه (أو امتصاصه) أثناء التدفق تفاعل كيميائيالحرارة تسمى حرارة التفاعل . في التفاعلات الطاردة للحرارة تكون إيجابية، وفي التفاعلات الماصة للحرارة تكون سلبية. يكون تفاعل الاحتراق مصحوبًا دائمًا بإطلاق الحرارة. حرارة الاحتراق س ز(J/mol) هي كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل لمول واحد من المادة وتحويل المادة القابلة للاحتراق إلى منتجات الاحتراق الكامل. المول هو وحدة SI الأساسية لكمية المادة. المول الواحد هو كمية المادة التي تحتوي على نفس عدد الجزيئات (الذرات والجزيئات وما إلى ذلك) الموجودة في 12 جم من نظير الكربون 12. كتلة كمية من المادة تساوي 1 مول (جزيئي أو الكتلة المولية) يتطابق عدديًا مع الكتلة الجزيئية النسبية لمادة معينة.

على سبيل المثال، الوزن الجزيئي النسبي للأكسجين (O 2) هو 32، ثاني أكسيد الكربون(CO 2) هو 44، والأوزان الجزيئية المقابلة ستكون M = 32 جم/مول وM = 44 جم/مول. وبالتالي فإن المول الواحد من الأكسجين يحتوي على 32 جرامًا من هذه المادة، والمول الواحد من ثاني أكسيد الكربون يحتوي على 44 جرامًا من ثاني أكسيد الكربون.

في الحسابات الفنية، ليست حرارة الاحتراق هي التي تستخدم في أغلب الأحيان. س ز، والقيمة الحرارية للوقود س(ي/كجم أو ي/م3). القيمة الحرارية للمادة هي كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل لـ 1 كجم أو 1 م 3 من المادة. بالنسبة للمواد السائلة والصلبة، يتم الحساب لكل 1 كجم، وبالنسبة للمواد الغازية - لكل 1 م 3.

إن معرفة حرارة الاحتراق والقيمة الحرارية للوقود ضرورية لحساب درجة حرارة الاحتراق أو الانفجار وضغط الانفجار وسرعة انتشار اللهب وغيرها من الخصائص. يتم تحديد القيمة الحرارية للوقود إما تجريبيا أو عن طريق الحساب. عند تحديد القيمة الحرارية تجريبيًا، يتم حرق كتلة معينة من الوقود الصلب أو السائل في قنبلة مسعرية، وفي حالة الوقود الغازي، في مسعر غازي. هذه الأجهزة تقيس الحرارة الكلية س 0 تم إطلاقه أثناء احتراق عينة من وزن الوقود م. القيمة الحرارية س زتم العثور عليه بواسطة الصيغة

العلاقة بين حرارة الاحتراق و
القيمة الحرارية للوقود

لإنشاء علاقة بين حرارة الاحتراق والقيمة الحرارية للمادة، من الضروري كتابة معادلة التفاعل الكيميائي للاحتراق.

ناتج الاحتراق الكامل للكربون هو ثاني أكسيد الكربون:

ج + O2 → CO2.

ناتج الاحتراق الكامل للهيدروجين هو الماء :

2H2 +O2 →2H2O.

ناتج الاحتراق الكامل للكبريت هو ثاني أكسيد الكبريت:

S +O 2 →SO 2.

في هذه الحالة، يتم إطلاق النيتروجين والهالوجينات وغيرها من العناصر غير القابلة للاحتراق بشكل حر.

مادة قابلة للاحتراق - الغاز

على سبيل المثال، دعونا نحسب القيمة الحرارية للميثان CH 4، الذي تساوي حرارة احتراقه س ز=882.6 .

· دعونا نحدد الوزن الجزيئي للميثان وفقا له صيغة كيميائية(الرقم 4):

M=1∙12+4∙1=16 جم/مول.

· لنحدد القيمة الحرارية لـ 1 كجم من الميثان:

· لنوجد حجم 1 كجم من الميثان، بمعرفة كثافته ρ=0.717 كجم/م3 في الظروف العادية:

· لنحدد القيمة الحرارية لـ 1 م3 من الميثان:

يتم تحديد القيمة الحرارية لأي غازات قابلة للاحتراق بالمثل. بالنسبة للعديد من المواد الشائعة، تم قياس حرارة الاحتراق والقيم الحرارية بدقة عالية وتم تقديمها في الأدبيات المرجعية ذات الصلة. فيما يلي جدول بالقيم الحرارية لبعض المواد الغازية (الجدول 5.1). ضخامة سفي هذا الجدول يتم تقديمه بوحدة MJ/m 3 ووحدة kcal/m 3، حيث أن 1 kcal = 4.1868 kJ غالبًا ما يستخدم كوحدة للحرارة.

الجدول 5.1

القيمة الحرارية الوقود الغازي

مادة			الأسيتيلين
س
س

مادة قابلة للاحتراق - سائلة أو صلبة

على سبيل المثال، دعونا نحسب القيمة الحرارية للكحول الإيثيلي C2H5OH، حيث تكون حرارة احتراقه س ز= 1373.3 كيلوجول/مول.

· نحدد الوزن الجزيئي للكحول الإيثيلي طبقاً لصيغته الكيميائية (C2H5OH):

M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 جم/مول.

دعونا نحدد القيمة الحرارية لـ 1 كجم من الكحول الإيثيلي:

يتم تحديد القيمة الحرارية لأي مواد قابلة للاحتراق سائلة وصلبة بالمثل. في الجدول 5.2 و 5.3 تظهر القيم الحرارية س(MJ/kg وkcal/kg) لبعض السوائل والمواد الصلبة.

الجدول 5.2

القيمة الحرارية للوقود السائل

مادة	كحول الميثيل	الإيثانول	زيت الوقود، النفط
س
س

الجدول 5.3

القيمة الحرارية للوقود الصلب

مادة	الشجرة طازجة	الخشب الجاف	الفحم البني	الخث الجاف	أنثراسايت، فحم الكوك
س
س

صيغة مندليف

إذا كانت القيمة الحرارية للوقود غير معروفة، فيمكن حسابها باستخدام الصيغة التجريبية التي اقترحها D.I. مندليف. للقيام بذلك، تحتاج إلى معرفة التركيب العنصري للوقود (صيغة الوقود المكافئة)، أي النسبة المئوية لمحتوى العناصر التالية فيه:

الأكسجين (O)؛

الهيدروجين (ح)؛

الكربون (ج)؛

الكبريت (S)؛

رماد (أ) ؛

الماء (ث).

تحتوي منتجات احتراق الوقود دائمًا على بخار الماءتتشكل بسبب وجود الرطوبة في الوقود وأثناء احتراق الهيدروجين. تغادر منتجات حرق النفايات المنشأة الصناعية عند درجة حرارة أعلى من نقطة الندى. ولذلك فإن الحرارة المنبعثة أثناء تكثيف بخار الماء لا يمكن استخدامها بشكل مفيد ولا ينبغي أن تؤخذ بعين الاعتبار في الحسابات الحرارية.

عادة ما يتم استخدام القيمة الحرارية الصافية للحساب س نالوقود الذي يأخذ في الاعتبار فقدان الحرارة مع بخار الماء. للوقود الصلب والسائل القيمة س نيتم تحديد (MJ/kg) تقريبًا بواسطة صيغة Mendeleev:

س ن=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

حيث تتم الإشارة إلى النسبة المئوية (بالوزن%) لمحتوى العناصر المقابلة في تركيبة الوقود بين قوسين.

تأخذ هذه الصيغة في الاعتبار حرارة تفاعلات الاحتراق الطاردة للحرارة للكربون والهيدروجين والكبريت (مع علامة زائد). الأكسجين الموجود في الوقود يحل محل الأكسجين الموجود في الهواء جزئيًا، لذلك يتم أخذ الحد المقابل في الصيغة (5.1) بعلامة الطرح. عندما تتبخر الرطوبة، يتم استهلاك الحرارة، وبالتالي فإن المصطلح المقابل الذي يحتوي على W يؤخذ أيضًا بعلامة الطرح.

أظهرت مقارنة البيانات المحسوبة والتجريبية حول القيمة الحرارية لأنواع الوقود المختلفة (الخشب، الخث، الفحم، النفط) أن الحساب باستخدام صيغة مندليف (5.1) يعطي خطأ لا يتجاوز 10٪.

صافي القيمة الحرارية س نيمكن حساب (MJ/m3) من الغازات الجافة القابلة للاحتراق بدقة كافية كمجموع منتجات القيمة الحرارية للمكونات الفردية ومحتوى النسبة المئوية في 1 م3 من الوقود الغازي.

س ن= 0.108[Н 2 ] + 0.126[СО] + 0.358[СН 4 ] + 0.5[С 2 Н 2 ] + 0.234[Н 2 S ]…, (5.2)

حيث تتم الإشارة إلى النسبة المئوية (الحجم٪) لمحتوى الغازات المقابلة في الخليط بين قوسين.

في المتوسط، تبلغ القيمة الحرارية للغاز الطبيعي حوالي 53.6 ميجا جول/م3. في الغازات القابلة للاحتراق المنتجة صناعيا، يكون محتوى الميثان CH4 ضئيلا. المكونات الرئيسية القابلة للاشتعال هي الهيدروجين H2 وأول أكسيد الكربون CO. ففي غاز فرن فحم الكوك على سبيل المثال يصل محتوى الهيدروجين إلى (55 ÷ 60)%، وتصل القيمة الحرارية المنخفضة لهذا الغاز إلى 17.6 ميجا جول/م3. يحتوي غاز المولد على CO ~ 30% و H2 ~ 15%، بينما القيمة الحرارية المنخفضة لغاز المولد هي س ن= (5.2÷6.5) ميجا جول/م3. محتوى ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين في غاز الفرن العالي أقل؛ ضخامة س ن= (4.0÷4.2) ميجا جول/م3.

دعونا نلقي نظرة على أمثلة لحساب القيمة الحرارية للمواد باستخدام صيغة مندليف.

دعونا نحدد القيمة الحرارية للفحم، الذي يظهر تركيبه العنصري في الجدول. 5.4.

الجدول 5.4

التركيب العنصري للفحم

· لنعوض بتلك الواردة في الجدول. 5.4 البيانات في صيغة مندليف (5.1) (لا يتم تضمين النيتروجين N والرماد A في هذه الصيغة، لأنها مواد خاملة ولا تشارك في تفاعل الاحتراق):

س ن=0.339∙37.2+1.025∙2.6+0.1085∙0.6–0.1085∙12–0.025∙40=13.04 ميجا جول/كجم.

دعونا نحدد كمية الحطب اللازمة لتسخين 50 لترا من الماء من 10 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية، إذا تم استهلاك 5% من الحرارة المنطلقة أثناء الاحتراق للتدفئة، والسعة الحرارية للماء مع=1 سعرة حرارية/(كجم∙درجة) أو 4.1868 كيلوجول/(كجم∙درجة). ويرد التركيب الأولي للحطب في الجدول. 5.5:

الجدول 5.5

التركيب العنصري للحطب

· لنجد القيمة الحرارية للحطب باستخدام صيغة مندليف (5.1):

س ن=0.339∙43+1.025∙7–0.1085∙41–0.025∙7= 17.12 ميجا جول/كجم.

· لنحدد كمية الحرارة المستهلكة في تسخين الماء عند حرق 1 كجم من الحطب (مع الأخذ في الاعتبار أن 5٪ من الحرارة (أ = 0.05) المنبعثة أثناء الاحتراق يتم إنفاقها على تسخينها):

س 2 = أ س ن=0.05·17.12=0.86 ميجا جول/كجم.

· لنحدد كمية الحطب اللازمة لتسخين 50 لتراً من الماء من 10 درجات مئوية إلى 100 درجة مئوية:

كلغ.