Теплотворность различных видов топлива: сравнительный обзор топлива по теплоте сгорания

Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

В таблицах представлена массовая удельная теплота сгорания топлива (жидкого, твердого и газообразного) и некоторых других горючих материалов. Рассмотрено такое топливо, как: уголь, дрова, кокс, торф, керосин, нефть, спирт, бензин, природный газ и т. д.

При экзотермической реакции окисления топлива его химическая энергия переходит в тепловую с выделением определенного количества теплоты. Образующуюся тепловую энергию принято называть теплотой сгорания топлива. Она зависит от его химического состава, влажности и является основным показателем топлива. Теплота сгорания топлива, отнесенная на 1 кг массы или 1 м 3 объема образует массовую или объемную удельную теплоты сгорания.

Удельной теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема твердого, жидкого или газообразного топлива. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Дж/кг или Дж/м 3 .

Удельную теплоту сгорания топлива можно определить экспериментально или вычислить аналитически. Экспериментальные методы определения теплотворной способности основаны на практическом измерении количества теплоты, выделившейся при горении топлива, например в калориметре с термостатом и бомбой для сжигания. Для топлива с известным химическим составом удельную теплоту сгорания можно определить по формуле Менделеева.

Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания. Высшая теплота сгорания равна максимальному количеству теплоты, выделяемому при полном сгорании топлива, с учетом тепла затраченного на испарение влаги, содержащейся в топливе. Низшая теплота сгорания меньше значения высшей на величину теплоты конденсации водяного пара, который образуется из влаги топлива и водорода органической массы, превращающегося при горении в воду.

Для определения показателей качества топлива, а также в теплотехнических расчетах обычно используют низшую удельную теплоту сгорания, которая является важнейшей тепловой и эксплуатационной характеристикой топлива и приведена в таблицах ниже.

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·10 6 Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

К топливам с низкой энергоэффективностью можно отнести древесину, дрова, порох, фрезторф, горючие сланцы. Например, удельная теплота сгорания дров составляет 8,4…12,5, а пороха — всего 3,8 МДж/кг.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Антрацит	26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты)	18,5
Дрова сухие	8,4…11
Дрова березовые сухие	12,5
Кокс газовый	26,9
Кокс доменный	30,4
Полукокс	27,3
Порох	3,8
Сланец	4,6…9
Сланцы горючие	5,9…15
Твердое ракетное топливо	4,2…10,5
Торф	16,3
Торф волокнистый	21,8
Торф фрезерный	8,1…10,5
Торфяная крошка	10,8
Уголь бурый	13…25
Уголь бурый (брикеты)	20,2
Уголь бурый (пыль)	25
Уголь донецкий	19,7…24
Уголь древесный	31,5…34,4
Уголь каменный	27
Уголь коксующийся	36,3
Уголь кузнецкий	22,8…25,1
Уголь челябинский	12,8
Уголь экибастузский	16,7
Фрезторф	8,1
Шлак	27,5

Приведена таблица удельной теплоты сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей. Следует отметить, что высоким тепловыделением при сгорании отличаются такие топлива, как: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо и нефть.

Удельная теплота сгорания спирта и ацетона существенно ниже традиционных моторных топлив. Кроме того, относительно низким значением теплоты сгорания обладает жидкое ракетное топливо и этиленгликоль — при полном сгорании 1 кг этих углеводородов выделится количество теплоты, равное 9,2 и 13,3 МДж, соответственно.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Ацетон	31,4
Бензин А-72 (ГОСТ 2084-67)	44,2
Бензин авиационный Б-70 (ГОСТ 1012-72)	44,1
Бензин АИ-93 (ГОСТ 2084-67)	43,6
Бензол	40,6
Дизельное топливо зимнее (ГОСТ 305-73)	43,6
Дизельное топливо летнее (ГОСТ 305-73)	43,4
Жидкое ракетное топливо (керосин жидкий кислород)	9,2
Керосин авиационный	42,9
Керосин осветительный (ГОСТ 4753-68)	43,7
Ксилол	43,2
Мазут высокосернистый	39
Мазут малосернистый	40,5
Мазут низкосернистый	41,7
Мазут сернистый	39,6
Метиловый спирт (метанол)	21,1
н-Бутиловый спирт	36,8
Нефть	43,5…46
Нефть метановая	21,5
Толуол	40,9
Уайт-спирит (ГОСТ 313452)	44
Этиленгликоль	13,3
Этиловый спирт (этанол)	30,6

Представлена таблица удельной теплоты сгорания газообразного топлива и некоторых других горючих газов в размерности МДж/кг. Из рассмотренных газов наибольшей массовой удельной теплотой сгорания отличается водород. При полном сгорании одного килограмма этого газа выделится 119,83 МДж тепла. Также высокой теплотворной способностью обладает такое топливо, как природный газ — удельная теплота сгорания природного газа равна 41…49 МДж/кг (у чистого метана 50 МДж/кг).

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов (водород, природный газ, метан)

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
1-Бутен	45,3
Аммиак	18,6
Ацетилен	48,3
Водород	119,83
Водород, смесь с метаном (50% H2 и 50% CH4 по массе)	85
Водород, смесь с метаном и оксидом углерода (33-33-33% по массе)	60
Водород, смесь с оксидом углерода (50% H2 50% CO2 по массе)	65
Газ доменных печей	3
Газ коксовых печей	38,5
Газ сжиженный углеводородный СУГ (пропан-бутан)	43,8
Изобутан	45,6
Метан	50
н-Бутан	45,7
н-Гексан	45,1
н-Пентан	45,4
Попутный газ	40,6…43
Природный газ	41…49
Пропадиен	46,3
Пропан	46,3
Пропилен	45,8
Пропилен, смесь с водородом и окисью углерода (90%-9%-1% по массе)	52
Этан	47,5
Этилен	47,2

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Бумага	17,6
Дерматин	21,5
Древесина (бруски влажностью 14 %)	13,8
Древесина в штабелях	16,6
Древесина дубовая	19,9
Древесина еловая	20,3
Древесина зеленая	6,3
Древесина сосновая	20,9
Капрон	31,1
Карболитовые изделия	26,9
Картон	16,5
Каучук бутадиенстирольный СКС-30АР	43,9
Каучук натуральный	44,8
Каучук синтетический	40,2
Каучук СКС	43,9
Каучук хлоропреновый	28
Линолеум поливинилхлоридный	14,3
Линолеум поливинилхлоридный двухслойный	17,9
Линолеум поливинилхлоридный на войлочной основе	16,6
Линолеум поливинилхлоридный на теплой основе	17,6
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе	20,3
Линолеум резиновый (релин)	27,2
Парафин твердый	11,2
Пенопласт ПХВ-1	19,5
Пенопласт ФС-7	24,4
Пенопласт ФФ	31,4
Пенополистирол ПСБ-С	41,6
Пенополиуретан	24,3
Плита древесноволокнистая	20,9
Поливинилхлорид (ПВХ)	20,7
Поликарбонат	31
Полипропилен	45,7
Полистирол	39
Полиэтилен высокого давления	47
Полиэтилен низкого давления	46,7
Резина	33,5
Рубероид	29,5
Сажа канальная	28,3
Сено	16,7
Солома	17
Стекло органическое (оргстекло)	27,7
Текстолит	20,9
Толь	16
Тротил	15
Хлопок	17,5
Целлюлоза	16,4
Шерсть и шерстяные волокна	23,1

1. Абрютин А. А. и др. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод.
2. ГОСТ 147-2013 Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания.
3. ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
4. ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
5. ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.
6. Земский Г. Т. Огнеопасные свойства неорганических и органических материалов: справочник М.: ВНИИПО, 2016 — 970 с.

Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л).

Вид топлива	Ед. изм.	Удельная теплота сгорания			Эквивалент
		кКал	кВт	МДж	Природный газ, м 3	Диз. топливо, л	Мазут, л
Электроэнергия	1 кВт/ч	864	1,0	3,62	0,108	0,084	0,089
Дизельное топливо (солярка)	1 л	10300	11,9	43,12	1,288	–	1,062
Мазут	1 л	9700	11,2	40,61	1,213	0,942	–
Керосин	1 л	10400	12,0	43,50	1,300	1,010	1,072
Нефть	1 л	10500	12,2	44,00	1,313	1,019	1,082
Бензин	1 л	10500	12,2	44,00	1,313	1,019	1,082
Газ природный	1 м 3	8000	9,3	33,50	–	0,777	0,825
Газ сжиженный	1 кг	10800	12,5	45,20	1,350	1,049	1,113
Метан	1 м 3	11950	13,8	50,03	1,494	1,160	1,232
Пропан	1 м 3	10885	12,6	45,57	1,361	1,057	1,122
Этилен	1 м 3	11470	13,3	48,02	1,434	1,114	1,182
Водород	1 м 3	28700	33,2	120,00	3,588	2,786	2,959
Уголь каменный (W=10%)	1 кг	6450	7,5	27,00	0,806	0,626	0,665
Уголь бурый (W=30…40%)	1 кг	3100	3,6	12,98	0,388	0,301	0,320
Уголь-антрацит	1 кг	6700	7,8	28,05	0,838	0,650	0,691
Уголь древесный	1 кг	6510	7,5	27,26	0,814	0,632	0,671
Торф (W=40%)	1 кг	2900	3,6	12,10	0,363	0,282	0,299
Торф брикеты (W=15%)	1 кг	4200	4,9	17,58	0,525	0,408	0,433
Торф крошка	1 кг	2590	3,0	10,84	0,324	0,251	0,267
Пеллета древесная	1 кг	4100	4,7	17,17	0,513	0,398	0,423
Пеллета из соломы	1 кг	3465	4,0	14,51	0,433	0,336	0,357
Пеллета из лузги подсолнуха	1 кг	4320	5,0	18,09	0,540	0,419	0,445
Свежесрубленная древесина (W=50. 60%)	1 кг	1940	2,2	8,12	0,243	0,188	0,200
Высушенная древесина (W=20%)	1 кг	3400	3,9	14,24	0,425	0,330	0,351
Щепа	1 кг	2610	3,0	10,93	0,326	0,253	0,269
Опилки	1 кг	2000	2,3	8,37	0,250	0,194	0,206
Бумага	1 кг	3970	4,6	16,62	0,496	0,385	0,409
Лузга подсолнуха, сои	1 кг	4060	4,7	17,00	0,508	0,394	0,419
Лузга рисовая	1 кг	3180	3,7	13,31	0,398	0,309	0,328
Костра льняная	1 кг	3805	4,4	15,93	0,477	0,369	0,392
Кукуруза-початок (W{amp}gt;10%)	1 кг	3500	4,0	14,65	0,438	0,340	0,361
Солома	1 кг	3750	4,3	15,70	0,469	0,364	0,387
Хлопчатник-стебли	1 кг	3470	4,0	14,53	0,434	0,337	0,358
Виноградная лоза (W=20%)	1 кг	3345	3,9	14,00	0,418	0,325	0,345

• Главная
• Записки сантехника
• Выбор топлива для отопления – что дешевле?

Виды и состав топлива. Теплота сгорания. Условное топливо и тепловой зквивалент

Каждый продукт имеет свою удельную теплоту сгорания и выделения определенного тепла.

Виды топлива	Удельная теплота сгорания
ккал/кг	кДж/кг
Древесина	2960	12400
Торф	2900	12100
Бурый уголь	3100	13000
Каменный уголь	6450	27000
Антрацит	6700	28000
Кокс	7000	29300
Сланец эстонский	2300	9600
Бензин	10500	44000
Керосин	10400	43500
Дизельное топливо	10300	43000
Мазут	9700	40600
Сланцевый мазут	9100	38000
Сжиженный газ	10800	45200
Природный газ*	8000	33500
Сланцевый газ*	3460	14500

соответственно ккал/куб. Метр и кДж/куб. Метр

Теплота сгорания, основная теплотехническая характеристика любого топлива, — количество теплоты, выделяемой при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива и 1 н.м3 газообразного топлива.

Высшая теплота сгорания топлива включает всю выделившуюся теплоту, включая теплоту конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода и испарении влаги топлива.

В промышленности и особенно в быту находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной обработке нефти и попутных нефтяных газов. Выпускают технический пропан (не менее 93% С3 P8 С3 Н6 ), технический бутан (не менее 93% С4 Н10 С4 Н8 ) и их смеси.

Мировые геологические запасы газа оцениваются в 140-170 триллионов м³.

Твердое и жидкое топливо состоит из горючей и негорючей частей.

К горючей части топлива относят углерод, водород, кислород, азот и серу. Кислород и азот не горят; их включают в состав горючей массы условно. Поэтому горючую часть топлива называют условно горючей массой. Негорючая часть топлива — балласт — состоит из влаги и золы. Органическую массу топлива составляют углерод, кислород и азот.

Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания вследствие увеличенного расхода теплоты на испарение влаги и увеличения объема продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).

Внимание: Топливо опасное горючее вещество, будьте предельно осторожны в использовании!

‘ Топливом называются существующие в природе или получаемые искусственно горючие вещества, используемые для выработки тепловой энергии. Как источник тепловой энергии топливо является основой экономики народного хозяйства.

Топливно-энергетическая промышленность как базовая отрасль тяжелой индустрии страны способствует решению как производственных, так и социальных народнохозяйственных задач.

Теплота, выделяемая при сгорании топлива, применяется в производственных процессах, для отопления, приготовления пищи и т. д.; значительная часть теплоты расходуется на получение механической и электрической энергии.

Топливо содержит также большое количество попутных веществ, использование которых дает большой экономический эффект. Более 90% потребляемого топлива органического происхождения, главной составной частью которого является углерод.

— ископаемые угли (бурые, каменные и антрациты), горючие сланцы, торф, дрова, отходы сельского хозяйства; жидкое — нефть; газообразное — газы природные и сопутствующие при добыче нефти и других полезных ископаемых.

Топливо получают главным образом в результате переработки естественного топлива: твердое — каменноугольный кокс, древесный уголь, полукокс, торфяной кокс, брикеты и др.; жидкое— бензин, керосин, дизельное топливо, мазут и др.

; газообразное— газы коксовый, светильный, крекинговый, доменный, генераторный (воздушный, водяной или смешанный) и др.

Агрегатное состояние	Топливо естественное	Топливо искусственное
Газообразное	Природный и нефте-промысловый газы	Газы (генераторный, водяной, светильный, коксовый, нефте перерабатывающих заводов)
Жидкое	Нефть	Бензин, керосин, дизельное топливо, смазочное масло, спирт, различные смолы
Твердое	Ископаемые угли, горючие сланцы, торф, дрова	Каменноугольный кокс, брикетированное и пылевидное топливо, древесный уголь

Органическое топливо в основном содержит углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N) и серу (S). При сгорании тепло выделяют углерод и водород. Кислород и азот при сгорании не выделяют тепло и представляют собой внутренний балласт топлива. Сера является вредной примесью; она дает мало тепла и образует токсичные кислотные оксиды — S02 и S03.

Кроме того, в каждом топливе, помимо органической части, содержится еще определенное количество минеральных примесей (при сгорании они образуют золу и воду, представляющих собой внешний балласт топлива). Балластом газообразного топлива являются кислород, азот, пары воды, диоксид углерода и другие негорючие газы.

Содержание внутреннего и внешнего балласта в различных видах топлива колеблется от доли процента до десятков процентов.

• По элементному составу все существующие виды топлива подразделяются на три основных класса:
• Ø I — состоящие из углерода (все виды кокса и древесный уголь);
• Ø II—состоящие из углерода и водорода (нефть, продукты нефтепереработки, газообразные углеводороды и др.);
• Ø III— состоящие из углерода, водорода и кисло­рода (ископаемый уголь, торф, дрова, брикеты, гене­раторный, смешанный и другие газы.

Количество выделяемого тепла при сгорании топлива зависит от его химического состава: чем выше содержание углерода и водорода в топливе и ниже содержание балласта, тем больше теплота сгорания. Поэтому при расчетах теплоты сгорания рассматривают рабочую, сухую и горючую массы топлива.

Рабочая масса топлива состоит из органической части, а также золы и воды, сухая же масса не содержит воды и состоит из органической части и золы. Сухая масса отличается от рабочей количеством воды, содержащейся в топливе. Горючая масса топлива не содержит ни воды, ни золы и состоит только из органической части.

При необходимости производят пересчет одною вида топлива в другой с помощью расчетных коэффициентов.

Одной из наиболее важных характеристик топлива, определяющих его тепловую ценность, является удельная теплота сгорания (Q), представляющая собой количество теплоты, выделяемой при полном сгорании I кг (твердого и жидкого) или 1 м3 (газообразного) топлива. Количество теплоты измеряют в калориях или джоулях (1 кал = = 4,1867 Дж, 1 ккал = 4,1867 кДж).

При поставках топлива в сопроводительном документе теплоту сгорания подставляют либо к рабочей массе (QР), либо к горючей (QГ). Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшая теплота сгорания (Qв) получается при наличии в продуктах сгорания топлива воды (содержащейся з топливе и образующейся в результате окисления водорода) в капельно-жидком состоянии, т.е.

с учетом теплоты конденсации водяного пара. Низшая (полезная) теплота сгорания (Qн) определяется при наличии в продуктах сгорания топлива водяного пара, т.е. без учета теплоты его конденсации. Таким образом, он является разностью Qв — Qн2о, где Qн2о — теплота конденсации водяного пара, входящего в продукты сгорания.

Чем выше содержание в топливе воды и водорода, тем больше разница между выс­шей и низшей теплотой сгорания топлива. Все основные теплотехнические расчеты ведутся по показателям низшей теплоты сгорания топлива на рабочую массе.

1. Qбг характеризует суммарную теплоту сгорания:
2. -горючей части топлива;
3. — теплоты парообразования при сгорании во­дорода;
4. -теплоты при кислотообразовании.
5. Qбг определяют экспериментально — сжиганием определенного количества топлива в колориметрическом сосуде (бомбе) в атмосфере кислорода.

Кроме экспериментальных способов оценку теплоты сгорания производят расчетным путем по формулам на основании данных элементного состава топлива. Чаще всего для расчета низшей теплоты сгорания топлива на рабочую массу пользуются формулой Д. И. Менделеева:

• Qнр = 81С 244 Н—26 (О—S) — 6W ккал/кг
• где, коэффициенты при элементах показывают количество тепла, выделяемого ими при сгорании;
• 6 — количество тепла, затрачиваемого на превращение в пар 1 г воды.
• Теплоту сгорания газообразного топлива определяют как сумму теплоты, получаемых от сгорания отдельных составляющих фракций топлива.
• Условное топливо и тепловой эквивалент

Каждый вид топлива имеет различную теплоту сгорания, так как обладает разным элементным составом, физическими и химическими свойствами.

Для удобства сопоставления различных видов топлива, замены одного вида топлива другим и т. д. установлено понятие «условное топливо».

Теплота сгорания такого эталона условно принята для твердого и жидкого топлива равной 29307 кДж/кг и для газообразного —29,307 кДж/м3 (соответственно 7000 ккал/кг и 7000 ккал/м3).

В настоящее время составление заявок на топливо, учет его расходов и запасов ведутся в единицах условного топлива. Для пересчета массы условного топлива в натуральное и наоборот применяют тепловой эквивалент, представляющий собой отношение низшей теплоты сгорания данного натурального топлива к теплоте сгорания условного топлива.

1. Различают калорийный (Экал) и технический (Этех) топливные эквиваленты.
2. Калорийный эквивалент определяют по формуле:
3. Экал =QH P/29307
4. Экал =QH P/7000
5. где Qнр и Qнр — теплота сгорания топлива соответственно в кДж/кг и ккал/кг.
6. Значительно реже при расчетах различных видов топлива, применяемых в котельных установках, пользуются техническим эквивалентом:
7. Этех= Экал =QH P/29307 hУ

Где hу — к.п.д. котельной установки при сжигании данного топлива.

Пересчет массы натурального топлива (Мн) в условное (Му) производится умножением его массы на тепловой эквивалент: Му = Мн Экал.

В табл.8.1 приведены значения теплоты сгорания и калорийных эквивалентов для некоторых наиболее распространенных видов топлива.

Таблица 8.1

Топливо. Виды и классификация топлив

По определению Д.И. Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты».

Повышение мировых цен на традиционные источники энергии, политическая и экономическая нестабильность в странах, являющихся основными поставщиками нефти и газа на мировые рынки, заставляют ведущие страны искать другие виды источников энергии.

Эволюция конструкции двигателя внутреннего сгорания должна подчиняться современным требованиям норм охраны окружающей среды. Эти требования касаются как самих двигателей, так и применяемых в них топлив. Развитие топлив идет по следующим направлениям: совершенствование технологии переработки нефти; поиск новых добавок к топливам; применение альтернативных топлив.

Топливо должно отвечать следующим основным требованиям: при сгорании выделять возможно большее количество теплоты, сравнительно легко загораться, быть широко распространенным в природе, доступным для разработки, дешевым при использовании, сохранять свои свойства во время хранения. Очень важно, чтобы в процессе сгорания топлива не выделялись вещества, представляющие опасность для окружающей среды.

Таблица 1. Общая классификация топлив

Агрегатное состояние	Происхождение топлива
Естественное	Искусственное
Жидкое	Нефть	Бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, спирт, бензол, смолы (каменноугольная, торфяная, сланцевая) и др.
Газообразное	Природный и нефтепромысловый газ	Генераторный, водяной, светильный, коксовый, полукоксовый, доменный, нефтеперерабатывающих заводов и другие газы
Твердое	Ископаемые угли, горючие сланцы, торф, дрова	Каменноугольные кокс и полукокс, брикетированное и пылевидное топливо, древесный уголь и др.

Топливо состоит из горючей и негорючей частей. Горючая часть топлива представляет собой совокупность различных органических соединений, в которые входят углерод, водород, кислород, азот, сера. Негорючая часть (балласт) состоит из минеральных примесей, включающих золу и влагу.

Углерод С — основная горючая часть топлива, с увеличением его содержания тепловая ценность топлива повышается. Для различных топлив содержание углерода составляет от 50 до 97 %.

Водород Н является второй по значимости горючей составляющей топлива. Содержание водорода в топливе достигает 25 %. Однако при сгорании водорода выделяется в 4 раза больше теплоты, чем при сгорании углерода.

Азот N не горит и так же, как кислород, является внутренним балластом топлива. Содержание его в жидком и твердом видах топлива невелико и составляет 0,5…1,5 %.

Сера S, при сгорании которой выделяется определенное количество теплоты, является весьма нежелательной составной частью топлива, так как продукты ее сгорания — сернистый SO2 и серный SО3 ангидриды — вызывают сильную газовую или жидкостную коррозию металлических поверхностей. Содержание серы в твердом топливе достигает 8 %, в нефти — от 0,1 до 4 %.

Зола А представляет собой негорючий твердый компонент, количество которого определяют после полного сгорания топлива. Она является нежелательной и даже вредной примесью, так как в ее присутствии усиливаются абразивные износы, усложняется эксплуатация котельных установок и т.д. Топливо с высоким содержанием золы имеет низкую теплоту сгорания и воспламенения.

Влага W является весьма нежелательной примесью, так как, отбирая часть теплоты на испарение, снижает теплоту и температуру сгорания топлива, усложняет эксплуатацию установок (особенно в зимнее время), способствует коррозии и т.д.

Примеси (золу и влагу) принято подразделять на внешние и внутренние. Первые попадают в топливо из окружающей среды при его добыче, транспортировке или хранении, а вторые входят в его химический состав.

Топливо, которое поступает к потребителю в естественном состоянии и содержит, кроме горючей части, золу и влагу, называется рабочим. Для определения сухой массы топлива его высушивают при температуре 105 °С для удаления влаги.

Состав газообразных топлив весьма разнообразен. Горючая часть его включает водород Н, окись углерода СО, метан СН4 и другие газообразные углеводороды (CnHm) с числом углеводородных атомов до 4 включительно.

Балластную часть газообразных топлив составляют негорючие газы, такие как азот N, углекислый СО3 и сернистый SО2, кислород О и пары воды Н2O. Теплота сгорания топлива является его основной качественной характеристикой.

Для характеристики различных видов топлив служит удельная теплота сгорания — количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы (кДж/кг).

Для газообразных топлив применяется объемная теплота сгорания — количество теплоты, выделяемой при полном сгорании единицы объема (кДж/м3). Газообразное топливо оценивают также по молярной теплоте сгорания, т.е. по количеству теплоты, выделяемой при полном сгорании одного моля газа (кДж/моль).

Теплоту сгорания жидкого и твердого топлива вычисляют по формуле Д.И. Менделеева. Высшее удельное количество теплоты сгорания определяют по формуле

Низшее (рабочее) удельное количество теплоты сгорания топлива определяют по формуле

В формулах (1) и (2) содержание химических элементов выражается в процентах.

Низшая, или рабочая, теплота сгорания Qн — это теплота сгорания, получаемая в практических условиях.

Вычитаемое 25(9H W) в формуле (2) представляет собой удельное количество теплоты, которое затрачивается на превращение в пар влаги, выделяющейся при сгорании топлива.

Пар уносится с продуктами сгорания в атмосферу (9Н — число массовых частей воды, образующихся при сгорании одной массовой части водорода; Н, W — содержание в топливе соответственно водорода и воды, %).

В выражении (2) принято, что дымовые газы охлаждаются до  20 °С, оставаясь в газо- и парообразном состояниях. Значит, 1 кг пара при выносе в атмосферу будет забирать 2671 – (100 – 20) × 2,0096 = 2512 кДж/кг, где 2671 кДж/кг — количество теплоты, затрачиваемой на испарение 1 кг воды, (100 – 20) — условный перепад температуры паров воды, °С; 2,0096 кДж/(кг · град) — теплоемкость паров воды.

В автотрактротных двигателях продукты сгорания отводят из цилиндров при температурах, значительно более высоких, чем температура конденсации паров воды. Поэтому рабочей теплотой сгорания бензинов и других жидких топлив считают величину Qн. Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива, зависит от химического состава, а следовательно, от содержания в нем углерода и водорода.

Теплоту сгорания нефтепродуктов (кДж/кг) с достаточной степенью точности можно определить по формуле

где К — коэффициент, зависящий от плотности нефтепродукта при 20 °С и определяемый по справочной таблице; 20 — относительная плотность нефтепродукта при 20 °С.

Основной характеристикой газообразных топлив является объемная теплота сгорания (кДж/м3), которая определяется делением молярного количества теплоты сгорания на объем 1 киломоля газа. 1 киломоль любого газа при нормальных условиях (0 °С и 760 мм рт. ст.) занимает объем 22,4 м3.

Высшее объемное количество теплоты сгорания газообразного топлива в расчете на сухую массу может быть определено по формуле

а ее низшее объемное количество —

Объемное количество теплоты сгорания рабочей массы газообразного топлива, содержащего водяные пары, вычисляют по формулам

где 0,805 — масса 1 м3 водяного пара, кг; W — содержание влаги в 1 м3 газа, кг.

Теплоту сгорания определяют также опытным путем, сжигая определенное количество топлива в специальных приборах (калориметрах). Теплоту сгорания оценивают по повышению температуры воды в калориметре.

Для сравнения топлив введено понятие «условное топливо». За единицу такого топлива принято топливо, которое при полном сгорании 1 кг или 1 м3 выделяет 29307,6 кДж.

Чтобы перевести любое топливо в условное и потом сравнить его с другими, нужно теплоту сгорания данного топлива разделить на теплоту сгорания условного топлива.

Полученное число представляет собой калорийный эквивалент данного топлива и показывает, во сколько раз реальное топливо выделяет больше или меньше теплоты по сравнению с условным (табл. 1).

Таблица 1

Теплота сгорания и калорийные эквиваленты различных видов топлива

Вид топлива	Теплота сгорания, Дж/кг	Калорийный эквивалент
Условное топливо (донецкий каменный уголь)	29 307	1,00
Антрацит	30 230	1,03
Бурый уголь	14 235	0,49
Торф	13 440	0,46
Дрова	12 560	0,43
Нефть	41 867	1,42
Мазут	41 448	1,40
Бензин автомобильный	43 960	1,50
Дизельное топливо	42 500	1,45
Керосин	42 900	1,46

Жидкое топливо производится преимущественно двумя способами: физическим и химическим. Первый протекает без нарушения структуры углеводородов, второй — с изменением ее. Физический способ, или прямая перегонка нефти, представляет собой процесс разделения ее на отдельные фракции, отличающиеся температурой кипения.

Для этого нефть нагревают в нефтеперегонных установках до температуры 300…380 °С, а образовавшиеся пары отбирают и конденсируют по частям в колоннах. В результате перегонки получают топливные дистилляты и остаток, называемый мазутом, который может быть использован для химической переработки или получения смазочных масел.

Легкокипящие фракции в паровой фазе достигают верха колонны и вместе с испарившимся оросителем отводятся из колонны в конденсатор — газоотделитель.

Более тяжелые топливные фракции отводят из колонны через холодильники и отбирают дистилляты: бензиновый (40…200 °С), керосиновый (140…300 °С), газойлевый (230…330 °С), соляровый (280…380 °С) и в остатке — мазут.

Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива

Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:

• От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.).
• От его влажности и зольности.

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

Согласно таблице «Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов», пропан-бутан (сжиженный углеводородный газ) уступает в экономической выгоде и перспективности использования только природному газу (метану). Однако следует обратить внимание на тенденцию к неизбежному росту стоимости магистрального газа, которая на сегодняшний день существенно занижена.

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

Дрова – пиленые или колотые куски дерева, предназначенные для сжигания в печах, каминах и др для получения тепла, жара и света.

Содержание влаги должно быть как можно меньшим.

Каминные дрова имеют длину около 25 – 33 см.

Приоритетная характеристика дрова для каминов и печей – их теплотворная способность, длительность горения и комфорт при использовании (картина пламени, запах).

Для отопительных целей важно, чтобы тепловыделение происходило медленнее, но более продолжительное время.

Для отопительных целей лучше всего подходят все дрова из лиственных пород, в тч дуб, ясень, береза, лещина, тис, боярышник.

– дрова из бука, березы, ясеня, лещины трудно растапливать, но они могут гореть сырыми, потому что имеют небольшую влажность, причем дрова из всех этих пород деревьев, кроме бука, легко раскалываются;

– ольха и осина сгорают без образования сажи и даже выжигают ее из дымохода;

– березовые дрова хороши для тепла, но при недостатке воздуха в топке, горят дымно и образуют деготь (березовую смолу), который оседает на стенках трубы;

– сосновые дрова горят жарче еловых из-за большего содержания смолы, с искрением при резком повышении температуры;

– дуб и граб обладают лучшей теплоотдачей при горении, но плохо раскалываются;

– дрова из груши и яблони легко раскалываются и хорошо горят;

– дрова из пород средней твердости, легко колоть;

– кедр дает долго тлеющие угли;

– дрова из вишни и вяза при горении дымят;

– дрова из платана легко растапливаются, но тяжело колются;

– дрова хвойных пород имеют низкую теплотворную способность, дымят и искрят, способствуя образованию смолистых отложений в трубе, но легко колются и растапливаются;

– тополь и липа хорошо горят, сильно искрят и очень быстро прогорают.

Показатель теплотворной способности дров разных пород древесины сильно изменяется, что влечет колебания плотности древесины и колебания в пересчетных коэффициентах кубометр ={amp}gt; складометр.

Таблица со средними значениями теплотворной способности на 1 складометр дров.

Дрова из лиственницы

1 складометр сухой древесины лиственных деревьев заменяет 200 – 210 л жидкого топлива или 200 – 210 м³ природного газа.

Пеллеты (топливные гранулы) – это прессованное под высоким давлением натуральное сырье растительного происхождения в форме цилиндрических гранул стандартного размера.

Сырьем для их производства является кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, и отходы сельского хозяйства (лузга подсолнечника, солома, некондиционный лен и др), а также органические упаковочные материалы, картонная тара и тд.

Процесс производства пеллет состоит из этапов: дробления, сушки и грануляции.

Сырье измельчается до состояния муки, затем тщательно высушивается и сжимается в гранулы стандартного размера при помощи специального оборудования – гранулятора.

Во время грануляции, сопровождающейся повышением температуры материала, содержащийся в нем полимер лигнин, содержащийся в клетках растительного сырья, плотно склеивает измельченные частицы. Химические связующие примеси не используются.

На выходе получается легкое, недорогое, удобное в хранении и абсолютно безопасное топливо, альтернативное традиционным видам топлива (уголь, торф, дрова, природный газ).

Гранулятор пресса придает пеллетам форму.

Пеллеты – современный универсальный вид биотоплива, по эффективности применения равноценный каменному углю.

– полученные путем переработки кругляка твердых и мягких пород деревьев;

– полученные путем переработки соломы;

– полученные переработки подсолнечниковой шелухи;

– полученные путем переработки початков и стебля кукурузы;

– экологически чистое , соответствующее зеленой технологии топливо, произведенное из безвредных для человека и окружающей среды материалов, подлежащих утилизации: в 10-50 раз ниже эмиссия углекислого газа (СО2) в окружающую среду, в 15-20 раз меньше образование золы, чем при сжигании угля;

– неограниченное производств, в тч из древесины низкого качества,

– меньшая стоимость, в сравнении с ценой угля, жидкого топлива или дров,

– удобство транспортировки, как в фасованных пакетах, так и россыпью, и разгрузки через рукава с возможностью автоматизации процесса;

– не требуют больших складских площадей и могут храниться на открытом воздухе, не разбухая, без гниения,

– при хранении не самовоспламеняются,

– не требуют дополнительной обработки перед применением, не хуже газа или угля.

– большая теплотворная способность, чем опилки и щепа, в 1,5 раз больше, чем у дров,

– при сжигании 1,9 т пеллет выделяется примерно такое же количество тепла, что при сжигании 1 т мазута, при стоимости пеллет на внутреннем рынке в 3 раза дешевле, то есть обогрев пеллетами на 40% дешевле мазута;

– почти полное сгорание с минимальным количеством шлаков, что снижает частоту чистки котла можно производить намного реже,

– возможна автоматизация загрузки пеллет в топку в промышленных условиях,

– регулировка бытовых нагревательных устройств, работающих на пеллетах, регулируются в автоматическом режиме,

– малая волатильность цены, тк цена внутренняя,

– котлы на пеллетах работают дольше, нуждаются в меньшем обслуживании и более экономичны,

– для отопления жилых домов путем сжигания в печах, каминах и котлах,

– для обеспечения теплом и электроэнергией промышленных объектов и небольших населенных пунктов (с использованием крупных гранул с высоким содержанием древесной коры.

Спрос на это альтернативное топливо и на оборудование для его производства и сжигания постоянно возрастает.

Сравнительные характеристики видов топлива

Углекислый газ кг/ГДж

Гранулы из соломы

«0» означает, что при сжигании продукта количество выделяемого СО2 не превышает объема, который образуется при естественном разложении, а количество других вредных выбросов ничтожно мало.

1. Измерение теплоты сгорания в Ккал/кг. 1 калория – это количество тепла необходимое для нагрева 1 г воды на 1 о С. 4,500 Кал/кг ( 4,500 Кал/кг ) – теплота сгорания 1 кг топлива в Кал.
2. Измерение теплоты сгорания в МДж/кг. Системная международная тепловая единица. 1 Калория = 4,19 Джоуля, 4,500 Ккал/кг * 4,19 Дж = 18,855 МДж/кг – теплота сгорания 1 кг топлива в Джоулях.
3. Измерение теплоты сгорания в Квт*час. 5,238 Квт* час/ кг – теплота сгорания 1 кг топлива, измеренная в «электротехнических единицах». Количество энергии выделямое в секеунду (то есть тепловая мощность) = 18.855.000 Дж (см. пункт 2 ) /3600 сек = 5238 Дж/сек = 5,238 Квт*час.

Таблица 1. Теплоотдача пеллет и альтернативных источников энергии

– в США: Standard Regulations {amp}amp; Standards for Pellets in the US: The PFI (pellet), которым разрешено производство пеллет сортов Премиум и Стандарт. Премиум, который составляет около 95% производимых в США пеллет, – не более 1 % золы, а Стандарт- не более 3 %. Премиум может применяться для отопления любых зданий.

Выбор топлива для отопления — что дешевле?

Многочисленные рекламные заявления продавцов отопительной техники и многостраничные споры на просторах интернета, о небывалой экономичности использования тех или иных котлов отопления, на том или ином виде топлива, привели к желанию взять в руки карандаш, открыть справочники, обзвонить продавцов топлива и, наконец, окончательно разобраться — сколько стоит отопление на разных видах топлива?

За основу расчетов была взята теплотворная способность — удельная теплота сгорания килограмма топлива. Теплотворная способность килограммов была переведена в удобные, общепринятые торговые единицы для разных видов топлива, литры, кубометры и те же килограммы.

Цена киловатта тепла, которое   можно выделить при сжигании конкретного вида топлива, получилась говорящей сама за себя. Но ведь отопительные котлы на разных видах топлива имеют и разный КПД.

Самым низким КПД обладают котлы на твердом топливе, газовые котлы — самым высоким, котлы на дизельном топливе приближаются к газовым.

Поэтому были взяты усредненные параметры  разных видов отопительных котлов и была рассчитана цена киловатта получаемого тепла, с учетом КПД. Предлагаю и Вам посмотреть на таблицу, в которой были сведены результаты расчетов.

Сравнение разных видов топлива в ценах сентября 2014г.

Вид топлива	Цена в рублях	Теплотворная способность	Цена киловатта тепла	КПД котла для данного топлива	Цена кВт тепла с учетом КПД
Дрова сухие, кг	5 руб.	3,6 кВт на килограмм	1,39 руб.	70%	1 рубль 98 копеек
Уголь качественный, кг	3 руб.	7,5 кВт на килограмм	0,4 руб.	70%	57 копеек
Природный газ, м3	4,2 руб.	9,7 кВт на кубометр	0,43 руб.	92%	47 копеек
Сжиженный газ, литр	18 руб.	6,4 кВт на литр	2,8 руб.	92%	3 рубля
Дизельное топливо, литр	27 руб.	10,3 кВт на литр	2,6 руб.	88%	2 рубля 95 копеек
Электричество, кВт	2,18 руб.	1 кВт	2,18 руб.	99%	2 рубля 20 копеек
Пеллеты, кг	6,5 руб.	5 кВт на килограмм	1,3 руб.	70%	1 рубль 86 копеек

• Самым дорогим видом топлива оказался сжиженный газ — 3 рубля за киловатт.

• Второе место, с очень маленьким отставанием от лидера, занимает дизельное топливо — 2,95 рубля за киловатт.

• Замыкает тройку лидеров электричество — 2,2 рубля.

• На четвертое место выходят сухие березовые дрова — 1,98 рубль.

• Дровам дышат в спину древесные гранулы (пелетты) — 1,86 рубль.

• Качественный сортовой уголь неожиданно обходит по стоимости природный газ с ценой в 57 копеек.

• И замыкает список, занимая почетное место лидера экономии, наше достояние — природный газ, с ценой 47 копеек! Та-даа!

Теперь, когда стоимость энергоносителя для отопления известна, дополним ее ориентировочной стоимостью котельного оборудования и для примера возьмем самую популярную мощность 24 киловатта:

• Для сжиженного газа, котел и газгольдер: 350-550 тысяч рублей.

• Для дизельного топлива, котел и топливная емкость: 90-150 тысяч рублей. 

• Электрический котел: 20-35 тысяч рублей.

• Твердотопливный котел: 30-50 тысяч рублей.

• Пеллетный котел: 200 тысяч рублей.

• Котел на природном газе: 25-60 тысяч рублей.

 Установка котла для сжиженного газа с газгольдером — абсолютно бессмысленная экономически, очевидно невыгодная затея, по сути — маркетинговый обман потребителя.

Помимо стоимости и срока окупаемости в несколько столетий, требуется еще колоссальное проведение земляных работ, выполнение требований по месту установки, вывоз нескольких камазов грунта, завоз нескольких камазов песка для засыпки, обеспечение нормального испарения сжиженного газа зимой при температурах ниже -20,  периодическая откачка газового конденсата из газголдера и так далее, и так далее…

• Если нет природного газа, а возиться с твердым топливом неохота, то вполне уместной будет установка дизельного котла, или электрического, если позволяет выделенная мощность.
• И однозначно уместной будет установка электрического котла в небольшом доме с хорошей теплоизоляцией.
•  Также Вам может быть интересно:
• Настенные газовые комбинированные котлы
•  Примеры монтажа отопительных систем

Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива

Гранулы из соломы

Основные европейские стандарты качества топливных гранул

3 в зависимости от вида и содержания минеральных веществ.

Используется показатель «насыпная плотность», который составляет около 800-1 000 кг/м 3 .

Виды и сорта угля

Уголь классифицируется по многим параметрам (география добычи, химический состав), но с «бытовой» точки зрения достаточно знать маркировку и возможности использования.

Используется следующая система обозначений угля: Сорт = (марка) (класс крупности).

Кроме основных марок, есть промежуточные марки каменного угля: ДГ (длиннопламенно-газовые), ГЖ (газовые жирные), КЖ (коксовые жирные), ПА (полуантрациты), бурые угли также делятся по группам.

Коксующиеся марки угля (Г, кокс, Ж, К, ОС) в теплоэнергетике практически не используются, так как они являются дефицитным сырьем для коксохимической промышленности.

не ограниченный размерами

Кроме сортового угля в продаже присутствуют совмещенные фракции и отсевы (ПК, КО, ОМ, МС, СШ, МСШ, ОМСШ).

Размер угля определяют исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанных в названии марки угля.

Например, фракция ОМ (М – 13-25, О – 25-50) составляет 13-50 мм.

Кроме указанных сортов угля в продаже можно встретить угольные брикеты, которые прессуют из низкообогащенного угольного шлама.

Процесс горения угля.

Уголь состоит из 2 х горючих компонентов: летучие вещества и твердый (коксовый) остаток

На 1 м этапе горения выделяются летучие вещества; при избытке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя, но малое количество тепла.

На 2 м этапе выгорает коксовый остаток; интенсивность его горения и температура воспламенения зависит от степени углефикации, то есть, от вида угля (бурый, каменный, антрацит).

Чем выше степень углефикации (самая высокая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.

Уголь марок Б, Д, Г

Из-за высокого содержания летучих веществ такой уголь быстро разгорается и быстро сгорает.

Уголь этих марок доступен и пригоден практически для всех видов котлов, однако для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы выделяющиеся летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом воздуха.

Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами; неполное сгорание летучих веществ дает багровое пламя и черный дым

Для эффективного сжигания такого угля процесс должен постоянно контролироваться.

Уголь марок СС, Т, А

Разжечь его труднее, зато он горит долго и выделяет намного больше тепла.

Уголь можно загружать большими партиями, так как в них горит преимущественно коксовый остаток, нет массового выделения летучих веществ.

Очень важен режим поддува, так как при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно его прекращение, либо, напротив, чрезмерное повышение температуры, приводящее к уносу тепла и прогоранию котла.

Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объемом 1 м³ (1 л).

Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л).

Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход.

– от его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.);

Для отопительных целей лучше всего подходят все дрова из лиственных пород, в тчдуб, ясень, береза, лещина, тис, боярышник.

Пеллеты

Во время грануляции, сопровождающейся повышением температуры материала, содержащийся в нем полимер лигнин, содержащийся в клетках растительного сырья,плотно склеивает измельченные частицы. Химические связующие примеси не используются.

Гранулы из соломы

1. Измерение теплоты сгорания в Ккал/кг. 1 калория – это количество тепла необходимое для нагрева 1 г воды на 1оС. 4,500 Кал/кг ( 4,500 Кал/кг ) – теплота сгорания 1 кг топлива в Кал.
2. Измерение теплоты сгорания в МДж/кг. Системная международная тепловая единица. 1 Калория = 4,19 Джоуля, 4,500 Ккал/кг * 4,19 Дж = 18,855 МДж/кг – теплота сгорания 1 кг топлива в Джоулях.
3. Измерение теплоты сгорания в Квт*час. 5,238 Квт* час/ кг – теплота сгорания 1 кг топлива, измеренная в «электротехнических единицах». Количество энергии выделямое в секеунду (то есть тепловая мощность) = 18.855.000 Дж (см. пункт 2 ) /3600 сек = 5238 Дж/сек = 5,238 Квт*час.

Насыпная масса (кг/м3)

Теплота сгорания (МДж/кг)

Закрепитель, связующие материалы (%)

* «нет» – не означает величины, это может быть, нет сведений, не определено, нет точной величины и т.д.

Топливные брикеты

Топливные брикеты – это спрессованные отходы деревообработки (стружка, щепа), отходы сельского хозяйства (солома, шелуха семечки подсолнуха, гречихи), а также торфа.

Связующее вещество – натуральный полимер лигнин. Химические связующие примеси не используются.

Топливные брикеты активно используются для отопления частных домов в различных типах топок (печах), дровяных котлах, каминах, при приготовлении еды на гриле.

– экологически чистый продукт, материалом которого в полном объеме является природное сырье, а

– не поддаются воздействию грибков,

– горят дольше, чем дрова в 2-4 раза,

– удобно хранить и использовать.

– высокая сопоставимая с каменным углем теплотворность, в среднем в 2 раза больше, в сравнении с обычными дровами,

– постоянная температура на каждом этапе горения за счет ровного пламени,

– содержание золы после сгорания – 1-3%. Для сравнения: содержание золы после сгорания каменного угля – 30-40%, дров- 8 -16%, щепы- 11-18%,

– современные твердотопливные котлы на брикетах можно чистить не чаще 1 раз в год,

– золу можно использовать, как экологически чистое удобрение,

– угарный газ не выделяется и другие вредные вещества не образуются,

– затраты на отопления ниже, чем в случае использования каменного угля или дров.

– RUF-брикеты – в форме набольшего кирпичика прямоугольной формы,

– NESTRO-брикеты – брикет цилиндрической формы, иногда с радиальным отверстием внутри,

– Pini{amp}amp;Kay-брикеты – брикет, имеющий 4, 6 или 8 граней с продольным радиальным отверстием внутри.

Уголь – это горючая осадочная порода растительного происхождения, состоящая в основном из углерода и ряда других химических элементов.

– бурый уголь – самый молодой,

– антрацит – самый возрастной.

По мере старения происходила концентрация углерода и снижение содержания летучих составляющих, в частности, влаги.

Бурый уголь имеет влажность 30-40%, более 50% летучих компонентов, у антрацита эти 2 показателя составляют 5-7%.

Влажность каменного угля- 12-16%, количество летучих компонентов – около 40%.

Уголь также содержит различные негорючие золообразующие добавки, «породу».

Зола загрязняет окружающую среду и спекается в шлак на колосниках, что затрудняет горение угля.

Наличие породы уменьшает удельную теплоту сгорания угля.

В зависимости от сорта и условий добычи количество минеральных веществ различается очень сильно, зольность каменного угля около 15% (10-20%).

Вредным компонентом угля также является сера, в процессе сгорания которой образуются окислы, которые в воздухе превращаются в серную кислоту.

Удельная теплота сгорания (угольного концентрата)

Удельная теплота сгорания угля

Реальные цифры могут существенно отличаться.

Кузбасский каменный уголь – 5000-5500 ккал/кг. .

Плотность угля 1 – 1,7 (каменный уголь – 1,3-1,4) г/см3 в зависимости от вида и содержания минеральных веществ.

Используется показатель «насыпная плотность», который составляет около 800-1 000 кг/м3.

Виды и сорта угля

Процесс горения угля

Уголь состоит из 2х горючих компонентов: летучие вещества и твердый (коксовый) остаток

На 1м этапе горения выделяются летучие вещества; при избытке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя, но малое количество тепла.

На 2м этапе выгорает коксовый остаток; интенсивность его горения и температура воспламенения зависит от степени углефикации, то есть, от вида угля (бурый, каменный, антрацит).

Уголь марок Б, Д, Г

1. Физическое состояние. В отопительных системах могут применяться твердые виды топлива и газ. Первый вариант по сей день остается наиболее востребованным.

   Многие пользователи не признают альтернативы твердому топливу для печи и не спешат переходить на газ даже при наличии возможности сделать это. Дело в том, что, несмотря на высокий КПД, использование газа не всегда является экономически оправданным. Его экологичность так же может вызывать вопросы. А при самостоятельном возведении печи газ использовать вообще не стоит — это утверждение подтвердит любой специалист.

2. Соотношение стоимости и эффективности. Различным видам топлива свойственна разная теплота сгорания. Этот параметр измеряется в килокалориях или килоджоулях и отражает количество тепла, выделяемого при полном сгорании одной единицы горючего материала, — килограмма, кубометра или литра. Чем выше удельная теплота сгорания, тем меньше расход топлива.

   Значения этого показателя существенно разнятся. Как правило, теплота сгорания дров значительно ниже, чем у угля или газа. Но и стоимость этих разновидностей топлива также неодинакова, поэтому делать выводы об их эффективности можно только после производства специального расчета, в котором следует учесть:

   • мощность обогрева помещения;
   • коэффициент полезного действия печи;
   • массовый или объемный расход топлива;
   • стоимость.

   Правильно рассчитав все вышеперечисленные характеристики и их соотношение, можно приступать к выбору топлива.

3. Температура горения. Температура, при которой сгорает тот или иной топливный материал, определяет показатель его теплоотдачи. Однако связь между этими двумя характеристиками не столь очевидна. При высокой температуре сгорания затрудняется «управление» теплоотдачей, и большая часть выделяемого при горении топлива тепла просто улетучивается в дымоход.

   Противостоять этому можно с помощью усложнения конструкции печи.

   Для изготовления отопительных систем, рассчитанных на температуру горения свыше 1100 °С, применяются специальные огнеупорные материалы. Стоит упомянуть, что такие высокие значения свойственны газу и некоторым видам жидкого топлива. Средняя температура сгорания древесины колеблется в пределах 600-900 °С.

   Как правило, более эффективными и выгодными оказываются дрова, применяющиеся в качестве топлива для печей медленного горения. В процессе работы отопительного прибора дрова тихо тлеют и продолжают эффективно отдавать тепло до полного прогорания закладки. КПД таких конструкций может достигать 80-85 %.

4. Скорость сгорания. В самодельных печах простой конструкции особенно явно прослеживается связь между скоростью сгорания топлива и показателем КПД отопительной системы. Чем выше скорость горения, тем меньше производительность печи. Для эффективной регулировки выделения и правильного распределения тепла приходится или усложнять конструкцию, или искусственно замедлять процесс горения.

   Самое «неустойчивое» в этом отношении топливо — каменный уголь, который разгорается очень быстро и начинает медленно тлеть уже на пороге полного прогорания порции. При таких особенностях топлива сложно достичь высокого КПД системы отопления.

5. Обводнение топлива. Для обозначения этого параметра применяется буква W. Вода вместе с минеральными веществами и азотом входит в состав большинства видов твердого топлива. Все эти компоненты не принимают участия в горении и лишь только снижают теплотворность горючего материала. Что касается воды, то тепло расходуется не только на ее испарение в процессе горения, но и на соединение освободившегося кислорода с атмосферным азотом.

   Степень сухости — одна из важнейших характеристик горючих материалов. В хорошем печном топливе должно быть минимальное количество влаги. Сухая древесина разгорается быстро и имеет отличный показатель теплоты сгорания. У дров влажностью от 30-50 % это значение снижается в два раза.

6. Зольность. Для определения зольности топливного материала его массу делят на количество негорючего твердого остатка, образованного минеральными примесями. В технической документации этот параметр обозначают буквой А. Если, к примеру, его значение равно 5 %, это значит, что после сгорания 1 кг твердого топлива остается 50 г золы.

   Зольность в определенной степени влияет на теплотворность топлива. Чем больше в нем горючих компонентов, тем выше будет теплоотдача. Поэтому зольность качественного печного топлива, как правило, относительно низка.

   Однако в некоторых случаях умеренное количество остающейся золы только приветствуется владельцами домашнего хозяйства. Ее можно использовать в качестве натурального и очень эффективного удобрения.

7. Экологичность. К основным компонентам, отвечающим за горение любого вида топлива для печи, относятся углерод и водород, а также летучая сера. Последняя очень вредна, так как при сгорании образует ядовитые окислы – ангидриды, которые крайне негативно влияют на окружающую среду.

   Топливо с низким содержанием серы предпочтительно с точки зрения не только экологии, но и безопасности для отопительной системы. Срок службы печи, для растопки которой используются малосернистые виды горючего, увеличивается.

Виды топлива для твердотопливных котлов и сравнительная таблица их теплотворной способности

С помощью табличек сравнения возможно объяснить, почему разные энергоресурсы обладают различной теплотворной способностью. Например, такие как:

• электричество;
• метан;
• бутан;
• пропан;
• пропан-бутан;
• солярка;
• дрова;
• торф;
• каменный уголь;
• смеси сжиженных газов.

Таблица 8.1

Она зависит от его химического состава, влажности и является основным показателем топлива. Теплота сгорания топлива, отнесенная на 1 кг массы или 1 м3 объема образует массовую или объемную удельную теплоты сгорания.

Удельную теплоту сгорания топлива можно определить экспериментально или вычислить аналитически.

Экспериментальные методы определения теплотворной способности основаны на практическом измерении количества теплоты, выделившейся при горении топлива, например в калориметре с термостатом и бомбой для сжигания.

Для топлива с известным химическим составом удельную теплоту сгорания можно определить по формуле Менделеева.

Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания.

Высшая теплота сгорания равна максимальному количеству теплоты, выделяемому при полном сгорании топлива, с учетом тепла затраченного на испарение влаги, содержащейся в топливе.

Низшая теплота сгорания меньше значения высшей на величину теплоты конденсации водяного пара, который образуется из влаги топлива и водорода органической массы, превращающегося при горении в воду.

Гранулы из соломы

Виды и сорта угля

Уголь марок Б, Д, Г

Пеллеты

Гранулы из соломы

Топливные брикеты

Виды и сорта угля

Уголь марок Б, Д, Г

Теплоту сгорания, определяемая без учета потерь на испарение воды, которая содержится в топливе и продуктах сгорания, называют высшей теплотой Wв. Теплота сгорания с учётом потерь на испарение воды — называется низшей теплотой Wн.

При расчёте производительности современных котлов на газообразном топливе используется высшая удельная теплота сгорания топлива. Жидкотопливные и твердотопливные котлы рассчитываются по низшей удельной теплоте сгорания топлива.

Дело в том, что в связи с высокой температурой процесса горения топлива и сложностью регулировки тепловой реакции жидкотопливных и твердотопливных котлов используются процессы с естественной дымовой тягой. Для горения газового топлива применяются процессы с искусственной тягой.

При работе атмосферных котлов (то есть котлов с естественной тягой) принято выбрасывать в атмосферу дымовые газы вместе с парами воды при температуре выше 100°С. В таких случаях теплоту парообразования считают паразитной, так как она не используется в теплообменных процессах.

Именно поэтому для тепловых расчетов котлов, в которых не используется теплота конденсации пара, содержащегося в продуктах сгорания, учитывается только низшая теплота сгорания топлива.

Коэффициент утилизации тепла – отношение количества теплоты, воспринятой котлом-утилизатором, к теплу топлива, сожженного в печи.

Коэффициент утилизации тепла современных газовых котлов с закрытой камерой сгорания, с регулируемой процессором подачей газа и воздуха превышает 99%.

Коэффициент утилизации тепла всех атмосферных котлов не превышает 90% в связи с тем, что в процессе сгорания в атмосферных котлах не используется часть теплого воздуха, который забирается из помещения, нагревается в топке выделяемой топливом энергией до температуры, превышающей 100° и выбрасывается в дымовую трубу.

Коэффициент утилизации тепла твердотопливных котлов не превышает 80% в связи с высокой температурой в реакторе (топке) и сложностью её регулировки.

Таким образом, коэффициент использования теплоты сгорания газообразного топлива в современных котлах с закрытой камерой сгорания достигает 98%, причем рассчитывается по высшей теплоте сгорания (если используется котел конденсационного типа). Жидкое топливо используется не более чем на 77%, а твердое всего лишь на 68%.