Puterea calorică a gazelor naturale mJ kg. Gaze naturale și puterea sa calorifică pentru uz casnic

Combustibilul gazos este împărțit în natural și artificial și este un amestec de gaze inflamabile și neinflamabile care conține o anumită cantitate de vapori de apă și uneori praf și gudron. Cantitatea de combustibil gazos este exprimată în metri cubi în condiții normale (760 mm Hg și 0 ° C), iar compoziția este exprimată procentual în volum. Compoziția combustibilului este înțeleasă ca compoziția părții sale gazoase uscate.

Combustibil cu gaze naturale

Cel mai comun combustibil gazos este gazul natural, care are o putere calorică ridicată. Baza gazelor naturale este metanul, al cărui conținut este de 76,7-98%. Alți compuși de hidrocarburi gazoase cuprind gaze naturale de la 0,1 la 4,5%.

Gazul lichefiat este un produs al rafinării petrolului - constă în principal dintr-un amestec de propan și butan.

Compoziția gazelor inflamabile include: hidrogen H2, metan CH4, Alți compuși hidrocarburi CmHn, hidrogen sulfurat H2S și gaze neinflamabile, dioxid de carbon CO2, oxigen O2, azot N2 și o cantitate mică de vapori de apă H2O. mȘi P la C și H caracterizează compuși ai diferitelor hidrocarburi, de exemplu pentru metanul CH4 t = 1 și n= 4, pentru etan C 2 N b t = 2Și n= b etc.

Compoziția combustibilului gazos uscat (procent în volum):

CO + H2 + 2 C m H n + H2S + CO2 + O2 + N2 = 100%.

Partea incombustibilă a combustibilului gazos uscat - balast - constă din azot N și dioxid de carbon CO 2 .

Compoziția combustibilului gazos umed se exprimă după cum urmează:

CO + H2 + Σ C m H n + H2S + CO2 + O2 + N2 + H20 = 100%.

Căldura de ardere, kJ/m (kcal/m3), 1 m3 de gaz pur uscat în condiții normale se determină după cum urmează:

Q n s = 0,01,

unde Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 s. - căldura de ardere a gazelor individuale incluse în amestec, kJ/m 3 (kcal/m 3); CO, H2, Cm Hn, H2S - componente care alcătuiesc amestecul de gaze, % din volum.

Puterea calorică a 1 m3 de gaz natural uscat în condiții normale pentru majoritatea zăcămintelor casnice este de 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3). Caracteristicile combustibilului gazos sunt prezentate în tabelul 1.

Exemplu. Determinați puterea calorică inferioară a gazelor naturale (în condiții normale) din următoarea compoziție:

H2S = 1%; CH4 = 76,7%; C2H6 = 4,5%; C3H8 = 1,7%; C4H10 = 0,8%; C5H12 = 0,6%.

Înlocuind caracteristicile gazelor din tabelul 1 în formula (26), obținem:

Q ns = 0,01 = 33981 kJ/m3 sau

Q ns = 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) = 8109 kcal/m3.

Tabelul 1. Caracteristicile combustibilului gazos

Procesul de gazeificare a combustibilului solid este prezentat într-un experiment de laborator (Fig. 1). După ce am umplut tubul refractar cu bucăți de cărbune, îl încălzim puternic și lăsăm oxigenul să treacă de la gazometru. Să trecem gazele care ies din tub printr-o spălătorie cu apă de var și apoi să dăm foc. Apa de var devine tulbure și gazul arde cu o flacără albăstruie. Aceasta indică prezența dioxidului de CO2 și a monoxidului de carbon CO în produșii de reacție.

Formarea acestor substanțe poate fi explicată prin faptul că atunci când oxigenul intră în contact cu cărbunele fierbinte, acesta din urmă este mai întâi oxidat în dioxid de carbon: C + O2 = CO2

Apoi, trecând prin cărbunele fierbinte, dioxidul de carbon este redus parțial la monoxid de carbon: CO2 + C = 2CO

Ce este combustibilul?

Acesta este o componentă sau un amestec de substanțe care sunt capabile de transformări chimice asociate cu eliberarea de căldură. Tipuri diferite combustibilii diferă prin conținutul lor cantitativ de oxidant, care este folosit pentru a elibera energie termică.

Într-un sens larg, combustibilul este un purtător de energie, adică un tip potențial de energie potențială.

Clasificare

În prezent, tipurile de combustibil sunt împărțite în funcție de starea lor de agregare în lichid, solid și gazos.

Spre solid aspect natural includ piatră și lemn de foc, antracit. Brichetele, cocs, termoantracitul sunt tipuri de combustibil solid artificial.

Lichidele includ substanțe care conțin substanțe de origine organică. Componentele lor principale sunt: ​​oxigen, carbon, azot, hidrogen, sulf. Combustibilul lichid artificial va fi o varietate de rășini și păcură.

Este un amestec de diverse gaze: etilenă, metan, propan, butan. Pe lângă acestea, combustibilul gazos conține dioxid de carbon și monoxid de carbon, hidrogen sulfurat, azot, vapori de apă și oxigen.

Indicatoare de combustibil

Principalul indicator al arderii. Formula de determinare a puterii calorice este luată în considerare în termochimie. a evidentia " combustibil standard„, ceea ce presupune căldura de ardere a 1 kilogram de antracit.

Uleiul de uz casnic este destinat arderii în dispozitive de încălzire de putere redusă, care sunt amplasate în spații rezidențiale, generatoare de căldură utilizate în agricultură pentru uscarea furajelor, conserve.

Căldura specifică de ardere a unui combustibil este o valoare care demonstrează cantitatea de căldură care este generată în timpul arderii complete a combustibilului cu un volum de 1 m 3 sau o masă de un kilogram.

Pentru măsurarea acestei valori se folosesc J/kg, J/m3, calorie/m3. Pentru determinarea căldurii de ardere se utilizează metoda calorimetriei.

Odată cu creșterea căldurii specifice de ardere a combustibilului, consumul specific de combustibil scade, iar coeficientul acțiune utilă ramane neschimbat.

Căldura de ardere a substanțelor este cantitatea de energie eliberată în timpul oxidării unei substanțe solide, lichide sau gazoase.

Este determinată de compoziția chimică, precum și de starea de agregare a substanței combustibile.

Caracteristicile produselor de ardere

Puterile calorice mai mari și mai mici sunt legate de starea de agregare a apei în substanțele obținute în urma arderii combustibilului.

Puterea calorică mai mare este cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei substanțe. Această valoare include și căldura de condensare a vaporilor de apă.

Cea mai scăzută căldură de lucru de ardere este valoarea care corespunde degajării de căldură în timpul arderii fără a ține cont de căldura de condensare a vaporilor de apă.

Căldura latentă de condensare este cantitatea de energie de condensare a vaporilor de apă.

Relație matematică

Puterea calorică mai mare și mai mică sunt legate de următoarea relație:

QB = QH + k(W + 9H)

unde W este cantitatea în greutate (în %) de apă dintr-o substanță inflamabilă;

H este cantitatea de hidrogen (% din masă) din substanța combustibilă;

k - coeficient egal cu 6 kcal/kg

Metode de realizare a calculelor

Valorile calorice mai mari și mai mici sunt determinate prin două metode principale: calcul și experimental.

Calorimetrele sunt folosite pentru a efectua calcule experimentale. În primul rând, în ea este arsă o mostră de combustibil. Căldura care va fi eliberată este complet absorbită de apă. Având o idee despre masa apei, puteți determina prin modificarea temperaturii acesteia valoarea căldurii sale de ardere.

Această tehnică este considerată simplă și eficientă; necesită doar cunoașterea datelor de analiză tehnică.

În metoda de calcul, valorile calorice mai mari și mai mici sunt calculate folosind formula Mendeleev.

Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p) - 25 W p (kJ/kg)

Se ia în considerare conținutul de carbon, oxigen, hidrogen, vapori de apă, sulf în compoziția de lucru (în procente). Cantitatea de căldură în timpul arderii se determină ținând cont de combustibilul echivalent.

Căldura de ardere a gazului permite efectuarea unor calcule preliminare și determinarea eficienței utilizării unui anumit tip de combustibil.

Caracteristici de origine

Pentru a înțelege cât de multă căldură este eliberată atunci când un anumit combustibil este ars, este necesar să aveți o idee despre originea acestuia.

În natură există diferite variante combustibili solizi, care diferă ca compoziție și proprietăți.

Formarea sa are loc în mai multe etape. Mai întâi se formează turba, apoi devine maro și cărbune, apoi se formează antracitul. Principalele surse de formare a combustibilului solid sunt frunzele, lemnul și ace de pin. Când părți ale plantelor mor și sunt expuse la aer, ele sunt distruse de ciuperci și formează turbă. Acumularea sa se transformă într-o masă maro, apoi se obține gaz maro.

La tensiune arterială crescutăși temperatură, gazul brun se transformă în cărbune, apoi combustibilul se acumulează sub formă de antracit.

Pe lângă materia organică, combustibilul conține balast suplimentar. Organic este considerat a fi acea parte care este formată din substanțe organice: hidrogen, carbon, azot, oxigen. Pe lângă aceste elemente chimice, conține balast: umiditate, cenușă.

Tehnologia de ardere implică separarea masei de lucru, uscată și combustibilă a combustibilului ars. Masa de lucru este combustibilul în forma sa originală furnizat consumatorului. Masa uscată este o compoziție în care nu există apă.

Compus

Cele mai valoroase componente sunt carbonul și hidrogenul.

Aceste elemente sunt conținute în orice tip de combustibil. În turbă și lemn, procentul de carbon ajunge la 58 la sută, în cărbune tare și brun - 80%, iar în antracit ajunge la 95 la sută din greutate. În funcție de acest indicator, cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului se modifică. Hidrogenul este al doilea cel mai important element al oricărui combustibil. Când se leagă de oxigen, formează umiditate, ceea ce reduce semnificativ valoarea termică a oricărui combustibil.

Procentul său variază de la 3,8 în șisturi petroliere la 11 în păcură. Oxigenul conținut în combustibil acționează ca balast.

Nu generează căldură element chimic, prin urmare afectează negativ valoarea căldurii sale de ardere. Arderea azotului conținut în liber sau formă legatăîn produsele de ardere, este considerată impurități nocive, astfel încât cantitatea sa este clar limitată.

Sulful este inclus în combustibil sub formă de sulfați, sulfuri și, de asemenea, ca gaze de dioxid de sulf. Când sunt hidratați, oxizii de sulf formează acid sulfuric, care distruge echipament cazan, afectează negativ vegetația și organismele vii.

De aceea sulful este un element chimic a cărui prezență în combustibilul natural este extrem de nedorită. Dacă compușii de sulf intră în zona de lucru, aceștia provoacă otrăvire semnificativă a personalului de operare.

Există trei tipuri de cenușă în funcție de originea sa:

• primar;
• secundar;
• terţiar

Vederea primară este formată din minerale, care sunt conținute în plante. Cenușa secundară se formează ca rezultat al reziduurilor de plante care pătrund în nisip și sol în timpul formării.

Cenușa terțiară apare în compoziția combustibilului în timpul extracției, depozitării și transportului. Cu depunerea semnificativă de cenușă, are loc o scădere a transferului de căldură pe suprafața de încălzire a unității cazanului, reducând cantitatea de transfer de căldură către apă din gaze. O cantitate mare de cenușă afectează negativ funcționarea cazanului.

In cele din urma

O influență semnificativă asupra procesului de ardere a oricărui tip de combustibil este exercitată de volatile. Cu cât puterea lor este mai mare, cu atât volumul frontului de flăcări va fi mai mare. De exemplu, cărbunele și turba se aprind ușor, procesul este însoțit de pierderi minore de căldură. Cocsul care rămâne după îndepărtarea impurităților volatile conține doar compuși minerali și de carbon. În funcție de caracteristicile combustibilului, cantitatea de căldură se modifică semnificativ.

Depinzând de compoziție chimică Există trei etape de formare a combustibilului solid: turbă, cărbune brun și cărbune.

Lemnul natural este folosit în instalațiile de cazane mici. Ei folosesc în principal așchii de lemn, rumeguș, plăci, scoarță, iar lemnul de foc în sine este folosit în cantități mici. În funcție de tipul de lemn, cantitatea de căldură generată variază semnificativ.

Pe măsură ce căldura de ardere scade, lemnul de foc capătă anumite avantaje: inflamabilitate rapidă, conținut minim de cenușă și absența urmelor de sulf.

Informații fiabile despre compoziția combustibilului natural sau sintetic, puterea calorică a acestuia sunt într-un mod grozav efectuarea calculelor termochimice.

Apare în prezent oportunitate reală identificarea acelor opțiuni principale pentru combustibilii solizi, gazoși, lichizi care vor fi cei mai eficiente și mai ieftin de utilizat într-o anumită situație.

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. Valoare calorica 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 raport 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;
• sulfat de hidrogen;
• propan;
• azot;
• oxigen.

În acest videoclip ne vom uita la rolul cărbunelui:

Cantitatea de metan din combustibilul 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.

Al 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 diferite feluri aditivi Sulful este folosit ca impuritate în întreprinderile tehnice.

Consumul de gaze naturale

Butanul este folosit ca combustibil în benzinăriile auto, iar o substanță organică numită propan este folosită 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;

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

Valoare calorica

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. Înalt. 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 se lasă 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. Marele dezavantaj al combustibililor fosili cu conținut scăzut de calorii este conținutul uriaș monoxid de carbon, în legătură cu aceasta, nivelul de amenințare în timpul exploatării combustibilului și întreținerii conductelor, la rândul său, precum și echipamentele, crește.

Căldura degajată în timpul arderii, care nu depășește 3500 kcal/nm 3, este utilizată cel mai adesea în productie industriala, unde nu este necesar să-l transferați pe o distanță lungă și să provoace ușor arderea.

Căldura de ardere este determinată de compoziția chimică a substanței combustibile. Elementele chimice conținute într-o substanță inflamabilă sunt indicate prin simboluri acceptate CU , N , DESPRE , N , S, iar cenușa și apa sunt simboluri AȘi W respectiv.

YouTube enciclopedic

• 1 / 5

  Căldura de ardere poate fi legată de masa de lucru a substanței combustibile Q P (\displaystyle Q^(P)), adică substanței inflamabile în forma în care ajunge la consumator; la greutatea uscată a substanței Q C (\displaystyle Q^(C)); la o masă inflamabilă de substanță Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), adică la o substanță inflamabilă care nu conține umiditate și cenușă.

  Sunt mai mari ( Q B (\displaystyle Q_(B))) și mai jos ( Q H (\displaystyle Q_(H))) căldură de ardere.

  Sub putere calorică mai mareînțelegeți cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a unei substanțe, inclusiv căldura de condensare a vaporilor de apă la răcirea produselor de ardere.

  Puterea calorică netă corespunde cantității de căldură care se eliberează în timpul arderii complete, fără a ține cont de căldura de condensare a vaporilor de apă. Căldura de condensare a vaporilor de apă se mai numește căldură latentă de vaporizare (condens).

  Puterea calorică mai mică și mai mare sunt legate prin relația: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  unde k este un coeficient egal cu 25 kJ/kg (6 kcal/kg); W este cantitatea de apă din substanța inflamabilă, % (în masă); H este cantitatea de hidrogen dintr-o substanță combustibilă, % (în masă).

  Calculul puterii calorice

  Astfel, puterea calorică mai mare este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a unei unități de masă sau de volum (pentru gaz) a unei substanțe combustibile și răcirea produselor de ardere la temperatura punctului de rouă. În calculele de inginerie termică, puterea calorică mai mare este considerată 100%. Căldura latentă de ardere a unui gaz este căldura care este eliberată în timpul condensării vaporilor de apă conținuti în produsele de ardere. Teoretic, poate ajunge la 11%.

  În practică, nu este posibilă răcirea produselor de ardere până la condensarea completă și, prin urmare, a fost introdus conceptul de putere calorică mai mică (QHp), care se obține prin scăderea din căldură supremă căldura de ardere de vaporizare a vaporilor de apă atât conținute într-o substanță cât și cele formate în timpul arderii acesteia. Vaporizarea a 1 kg de vapori de apă necesită 2514 kJ/kg (600 kcal/kg). Puterea calorică inferioară este determinată de formulele (kJ/kg sau 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^ (P))/100))(pentru materie solida)

  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^ (P))/100))(Pentru substanță lichidă), Unde:

  2514 - căldură de vaporizare la o temperatură de 0 °C și presiunea atmosferică, kJ/kg;

  H P (\displaystyle H^(P))Și W P (\displaystyle W^(P))- continutul de hidrogen si vapori de apa in combustibilul de lucru, %;

  9 este un coeficient care arată că arderea a 1 kg de hidrogen în combinație cu oxigen produce 9 kg de apă.

  Căldura de ardere este cea mai mare caracteristică importantă combustibil, deoarece determină cantitatea de căldură obținută prin arderea a 1 kg de combustibil solid sau lichid sau a 1 m³ de combustibil gazos în kJ/kg (kcal/kg). 1 kcal = 4,1868 sau 4,19 kJ.

  Puterea calorică inferioară se determină experimental pentru fiecare substanță și este o valoare de referință. Se poate determina și pentru materiale solide și lichide, cu o compoziție elementară cunoscută, prin calcul conform formulei lui D. I. Mendeleev, kJ/kg sau kcal/kg:

  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)+125\cdot C^(P)+ 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)), Unde:

  C P (\displaystyle C_(P)), H P (\displaystyle H_(P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), W P (\displaystyle W_(P))- conținutul de carbon, hidrogen, oxigen, sulf volatil și umiditate în masa de lucru a combustibilului în % (în greutate).

  Pentru calcule comparative se folosește așa-numitul combustibil convențional, care are o căldură specifică de ardere egală cu 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg).

  În Rusia, calculele termice (de exemplu, calculul sarcinii termice pentru a determina categoria unei încăperi în ceea ce privește pericolul de explozie și incendiu) sunt de obicei efectuate conform căldură mai scăzută ardere, in SUA, Marea Britanie, Franta - la cel mai inalt nivel. În Marea Britanie și SUA înainte de introducerea sistemului metric de măsuri căldura specifică arderea a fost măsurată în unități termice britanice (BTU) per liră (lb) (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg).

  Substanțe și materiale	Puterea calorică netă Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)), MJ/kg
  Benzină	41,87
  Kerosenul	43,54
  Hârtie: cărți, reviste	13,4
  Lemn (blocuri W = 14%)	13,8
  Cauciuc natural	44,73
  Linoleum cu clorură de polivinil	14,31
  Cauciuc	33,52
  Fibră discontinuă	13,8
  Polietilenă	47,14
  Polistiren expandat	41,6
  Bumbac slăbit	15,7
  Plastic	41,87

  5. ECHILIBRUL TERMIC AL COMBUSTIEI

  Să luăm în considerare metodele de calcul al bilanţului termic al procesului de ardere a gazelor, lichidelor şi combustibili 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.

  Eliberat (sau absorbit) în timpul curgerii reactie chimica căldura 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 de ardere completă. 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.) cât există atomi în 12 g de izotop de carbon-12. Masa unei cantități de substanță egală cu 1 mol (moleculară sau Masă molară) coincide numeric cu masa moleculară relativă a unei substanțe date.

  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. 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 Q 0 eliberat în timpul arderii unei probe de combustibil cântărit m. Valoare calorica Q g se gaseste prin formula

  Relația dintre căldura de ardere și
  puterea calorică a combustibilului

  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 Q g=882.6 .

  · Să determinăm greutatea moleculară a metanului în conformitate cu acesta formula chimica(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 Q g= 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 de ardere a combustibilului conțin întotdeauna vapor de apă, formată 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 ține cont de pierderile de căldură cu vaporii de apă. Pentru combustibilii solizi și lichizi valoarea Q n(MJ/kg) este determinată aproximativ de formula Mendeleev:

  Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

  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%.

  Puterea calorică netă Q n(MJ/m3) de gaze combustibile uscate poate fi calculată cu suficientă precizie ca suma produselor din puterea calorică a componentelor individuale și conținutul procentual al acestora în 1 m3 de combustibil gazos.

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

  unde conținutul procentual (%) al gazelor corespunzătoare din amestec este indicat între paranteze.

  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 Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. Conținutul de CO și H2 în gazul de furnal este mai mic; magnitudinea Q n= (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):

  Q n=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): Q n=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 Q n=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.