Igasugune kütus eraldab põletamisel soojust (energiat), mõõdetuna džaulides või kalorites (4,3 J = 1 cal). Praktikas kasutatakse kütuse põlemisel eralduva soojushulga mõõtmiseks kalorimeetreid - laboris kasutatavaid kompleksseid seadmeid. Põlemissoojust nimetatakse ka kütteväärtuseks.
Kütuse põlemisel saadav soojushulk ei sõltu mitte ainult selle kütteväärtusest, vaid ka massist.
Ainete võrdlemiseks põlemisel vabaneva energia hulga järgi on mugavam eripõlemissoojuse väärtus. See näitab ühe kilogrammi (massi eripõlemissoojus) või ühe liitri, kuupmeetri (mahu-eripõlemissoojus) kütuse põlemisel tekkivat soojushulka.
SI-süsteemis aktsepteeritud kütuse eripõlemissoojuse ühikud on kcal / kg, MJ / kg, kcal / m³, MJ / m³, samuti nende tuletised.
Kütuse energiaväärtuse määrab täpselt selle eripõlemissoojuse väärtus. Kütuse põletamisel tekkiva soojushulga, selle massi ja eripõlemissoojuse suhet väljendatakse lihtsa valemiga:
Q = q m, kus Q on soojushulk J, q on eripõlemissoojus J/kg, m on aine mass kilogrammides.
Igat tüüpi kütuse ja enamiku põlevate ainete jaoks on juba ammu kindlaks määratud ja tabelina toodud eripõlemissoojuse väärtused, mida spetsialistid kasutavad kütuse või muude materjalide põlemisel eralduva soojuse arvutamisel. Erinevates tabelites on võimalikud väikesed lahknevused, mis on ilmselgelt seletatavad veidi erinevate mõõtmismeetodite või erinevatest ladestustest eraldatud sama tüüpi põlevate materjalide erineva kütteväärtusega.
Tahkekütustest on kivisöel suurim energiamahukus - 27 MJ / kg (antratsiit - 28 MJ / kg). Söel on sarnased näitajad (27 MJ / kg). Pruunsüsi on palju väiksema kütteväärtusega – 13 MJ/kg. Lisaks sisaldab see tavaliselt palju niiskust (kuni 60%), mis aurustudes vähendab kogu kütteväärtust.
Turvas põleb kuumusega 14-17 MJ/kg (olenevalt seisukorrast - puru, pressitud, brikett). 20% niiskuseni kuivatatud küttepuud eraldavad 8-15 MJ/kg. Samas võib haabast ja kasest saadava energia hulk peaaegu kahekordistuda. Ligikaudu samad näitajad annavad erinevatest materjalidest valmistatud graanulid - 14-18 MJ / kg.
Tahkekütustest palju vähem erinevad vedelkütused eripõlemissoojuse poolest. Seega on diislikütuse eripõlemissoojus 43 MJ / l, bensiini - 44 MJ / l, petrooleumi - 43,5 MJ / l, kütteõli - 40,6 MJ / l.
Maagaasi eripõlemissoojus on 33,5 MJ/m³, propaani - 45 MJ/m³. Kõige energiamahukam gaaskütus on gaasvesinik (120 MJ/m³). See on kütusena kasutamiseks väga paljutõotav, kuid siiani pole selle ladustamiseks ja transportimiseks optimaalseid võimalusi leitud.
Erinevat tüüpi kütuste energiamahukuse võrdlus
Kui võrrelda peamiste tahkete, vedelate ja gaaskütuste tüüpide energiaväärtust, siis saab kindlaks teha, et 1 liiter bensiini või diislikütust vastab 1,3 m³ maagaasile, kilogramm kivisütt - 0,8 m³ gaasile, 1 kg kütust. küttepuud - 0,4 m³ gaasi.
Kütuse kütteväärtus on efektiivsuse kõige olulisem näitaja, kuid selle leviku ulatus inimtegevuse valdkondades sõltub tehnilistest võimalustest ja kasutamise majanduslikest näitajatest.
Tabelites on toodud kütuse (vedel, tahke ja gaasiline) ja mõnede muude põlevate materjalide massieripõlemissoojus. Arvesse võetakse selliseid kütuseid nagu kivisüsi, küttepuud, koks, turvas, petrooleum, õli, alkohol, bensiin, maagaas jne.
Tabelite loend:
Kütuse eksotermilises oksüdatsioonireaktsioonis muundatakse selle keemiline energia teatud koguse soojuse vabanemisel soojusenergiaks. Saadud soojusenergiat nimetatakse kütuse põlemissoojuseks. See sõltub selle keemilisest koostisest, niiskusest ja on peamine. Kütuse kütteväärtus 1 kg massi või 1 m 3 mahu kohta moodustab massi- või mahupõhise kütteväärtuse.
Kütuse eripõlemissoojus on tahke, vedela või gaasilise kütuse massi- või mahuühiku täielikul põlemisel vabanev soojushulk. Rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis mõõdetakse seda väärtust J / kg või J / m3.
Kütuse eripõlemissoojust saab määrata katseliselt või arvutada analüütiliselt. Katsemeetodid kütteväärtuse määramiseks põhinevad kütuse põlemisel eralduva soojushulga praktilisel mõõtmisel näiteks termostaadiga kalorimeetris ja põlemispommiga. Teadaoleva keemilise koostisega kütuse puhul saab eripõlemissoojuse määrata Mendelejevi valemiga.
Eripõlemissoojused on kõrgemad ja madalamad. Kütteväärtus on võrdne kütuse täielikul põlemisel eralduva maksimaalse soojushulgaga, võttes arvesse kütuses sisalduva niiskuse aurustumiseks kuluvat soojust. Madalam kütteväärtus on suuremast väiksem kondensatsioonisoojuse väärtuse võrra, mis tekib kütuse niiskusest ja orgaanilise massi vesinikust, mis muutub põlemisel veeks.
Kütuse kvaliteedinäitajate määramiseks, samuti soojustehnilistes arvutustes kasutavad tavaliselt madalaimat eripõlemissoojust, mis on kütuse kõige olulisem soojus- ja tööomadus ning on toodud allolevates tabelites.
Tahke kütuse eripõlemissoojus (kivisüsi, küttepuud, turvas, koks)
Tabelis on toodud kuiva tahke kütuse eripõlemissoojuse väärtused ühikutes MJ/kg. Tabelis on kütus nimede järgi tähestikulises järjekorras.
Vaadeldavatest tahkekütustest on kõrgeima kütteväärtusega koksisüsi - selle eripõlemissoojus on 36,3 MJ/kg (ehk SI ühikutes 36,3·10 6 J/kg). Lisaks on kõrge kütteväärtus iseloomulik kivisöele, antratsiidile, puusöele ja pruunsöele.
Madala energiatõhususega kütusteks on puit, küttepuud, püssirohi, külmkapp, põlevkivi. Näiteks küttepuude eripõlemissoojus on 8,4 ... 12,5 ja püssirohu - ainult 3,8 MJ / kg.
| Kütus | |
|---|---|
| Antratsiit | 26,8…34,8 |
| Puidugraanulid (pelletid) | 18,5 |
| Küttepuud kuivad | 8,4…11 |
| Kuivad kaseküttepuud | 12,5 |
| gaasikoks | 26,9 |
| kõrgahjukoks | 30,4 |
| poolkoks | 27,3 |
| pulber | 3,8 |
| Kiltkivi | 4,6…9 |
| Põlevkivi | 5,9…15 |
| Tahke raketikütus | 4,2…10,5 |
| Turvas | 16,3 |
| kiuline turvas | 21,8 |
| Freesturvas | 8,1…10,5 |
| Turbapuru | 10,8 |
| Pruun kivisüsi | 13…25 |
| Pruunsüsi (brikett) | 20,2 |
| Pruunsüsi (tolm) | 25 |
| Donetski kivisüsi | 19,7…24 |
| Süsi | 31,5…34,4 |
| Kivisüsi | 27 |
| Koksisüsi | 36,3 |
| Kuznetski kivisüsi | 22,8…25,1 |
| Tšeljabinski kivisüsi | 12,8 |
| Ekibastuzi kivisüsi | 16,7 |
| freztorf | 8,1 |
| Räbu | 27,5 |
Vedelkütuse (alkohol, bensiin, petrooleum, õli) eripõlemissoojus
Toodud on vedelkütuse ja mõne muu orgaanilise vedeliku eripõlemissoojuse tabel. Tuleb märkida, et selliseid kütuseid nagu bensiin, diislikütus ja õli iseloomustab põlemisel suur soojuseraldus.
Alkoholi ja atsetooni eripõlemissoojus on oluliselt madalam kui traditsioonilistel mootorikütustel. Lisaks on vedelal raketikütusel suhteliselt madal kütteväärtus ja 1 kg nende süsivesinike täielikul põlemisel eraldub soojushulk vastavalt 9,2 ja 13,3 MJ.
| Kütus | Eripõlemissoojus, MJ/kg |
|---|---|
| Atsetoon | 31,4 |
| Bensiin A-72 (GOST 2084-67) | 44,2 |
| Lennukibensiin B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| Bensiin AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| Benseen | 40,6 |
| Talvine diislikütus (GOST 305-73) | 43,6 |
| Suvine diislikütus (GOST 305-73) | 43,4 |
| Vedel raketikütus (petrooleum + vedel hapnik) | 9,2 |
| Lennuki petrooleum | 42,9 |
| Valgustuspetrooleum (GOST 4753-68) | 43,7 |
| ksüleen | 43,2 |
| Kõrge väävlisisaldusega kütteõli | 39 |
| Madala väävlisisaldusega kütteõli | 40,5 |
| Madala väävlisisaldusega kütteõli | 41,7 |
| Väävlisisaldusega kütteõli | 39,6 |
| Metüülalkohol (metanool) | 21,1 |
| n-butüülalkohol | 36,8 |
| Õli | 43,5…46 |
| Õli metaan | 21,5 |
| Tolueen | 40,9 |
| Lakkibensiin (GOST 313452) | 44 |
| etüleenglükool | 13,3 |
| Etüülalkohol (etanool) | 30,6 |
Gaaskütuse ja põlevate gaaside eripõlemissoojus
Esitatakse gaaskütuse ja mõnede teiste põlevate gaaside eripõlemissoojuse tabel mõõtmetes MJ/kg. Vaadeldavatest gaasidest erineb suurima massi eripõlemissoojus. Ühe kilogrammi selle gaasi täielikul põlemisel vabaneb 119,83 MJ soojust. Samuti on sellisel kütusel nagu maagaas kõrge kütteväärtus - maagaasi eripõlemissoojus on 41 ... 49 MJ / kg (puhta 50 MJ / kg puhul).
| Kütus | Eripõlemissoojus, MJ/kg |
|---|---|
| 1-buteen | 45,3 |
| Ammoniaak | 18,6 |
| Atsetüleen | 48,3 |
| Vesinik | 119,83 |
| Vesinik, segu metaaniga (50% H2 ja 50% CH4 massi järgi) | 85 |
| Vesinik, segu metaani ja süsinikmonooksiidiga (33-33-33 massiprotsenti) | 60 |
| Vesinik, segu süsinikmonooksiidiga (50% H2 50% CO 2 massi järgi) | 65 |
| Kõrgahjugaas | 3 |
| koksiahju gaas | 38,5 |
| LPG veeldatud süsivesinikgaas (propaan-butaan) | 43,8 |
| Isobutaan | 45,6 |
| metaan | 50 |
| n-butaan | 45,7 |
| n-heksaan | 45,1 |
| n-pentaan | 45,4 |
| Seotud gaas | 40,6…43 |
| Maagaas | 41…49 |
| Propadien | 46,3 |
| Propaan | 46,3 |
| Propüleen | 45,8 |
| Propüleen, segu vesiniku ja süsinikmonooksiidiga (90%-9%-1% massist) | 52 |
| Etaan | 47,5 |
| Etüleen | 47,2 |
Mõnede põlevate materjalide eripõlemissoojus
Tabel on toodud mõne põleva materjali (puit, paber, plastik, põhk, kumm jne) eripõlemissoojuse kohta. Tuleb märkida materjalid, millel on põlemisel kõrge soojuseraldus. Selliste materjalide hulka kuuluvad: erinevat tüüpi kumm, vahtpolüstüreen (polüstüreen), polüpropüleen ja polüetüleen.
| Kütus | Eripõlemissoojus, MJ/kg |
|---|---|
| Paber | 17,6 |
| Kunstnahk | 21,5 |
| Puit (kangid niiskusesisaldusega 14%) | 13,8 |
| Puit virnades | 16,6 |
| Tamme puit | 19,9 |
| Kuusepuit | 20,3 |
| puidust roheline | 6,3 |
| Männipuit | 20,9 |
| Kapron | 31,1 |
| Karboliidi tooted | 26,9 |
| Papp | 16,5 |
| Stüreen-butadieenkumm SKS-30AR | 43,9 |
| Looduslik kumm | 44,8 |
| Sünteetiline kumm | 40,2 |
| Kummist SCS | 43,9 |
| Kloropreenkumm | 28 |
| Polüvinüülkloriidist linoleum | 14,3 |
| Kahekihiline polüvinüülkloriidist linoleum | 17,9 |
| Linoleum polüvinüülkloriid vildi baasil | 16,6 |
| Linoleum polüvinüülkloriid soojal alusel | 17,6 |
| Linoleum polüvinüülkloriid kanga baasil | 20,3 |
| Linoleumi kumm (relin) | 27,2 |
| Tahke parafiin | 11,2 |
| Polüfoam PVC-1 | 19,5 |
| Polüfoam FS-7 | 24,4 |
| Polüfoam FF | 31,4 |
| Vahtpolüstüreen PSB-S | 41,6 |
| polüuretaanvaht | 24,3 |
| puitkiudplaat | 20,9 |
| Polüvinüülkloriid (PVC) | 20,7 |
| Polükarbonaat | 31 |
| Polüpropüleen | 45,7 |
| Polüstüreen | 39 |
| Kõrge tihedusega polüetüleen | 47 |
| Madala rõhuga polüetüleen | 46,7 |
| Kumm | 33,5 |
| Ruberoid | 29,5 |
| Tahma kanal | 28,3 |
| Hein | 16,7 |
| Põhk | 17 |
| Orgaaniline klaas (pleksiklaas) | 27,7 |
| Tekstoliit | 20,9 |
| Tol | 16 |
| TNT | 15 |
| Puuvill | 17,5 |
| Tselluloos | 16,4 |
| Vill ja villakiud | 23,1 |
Allikad:
- GOST 147-2013 Tahke mineraalkütus. Kõrgema kütteväärtuse määramine ja madalama kütteväärtuse arvutamine.
- GOST 21261-91 Naftatooted. Kõrgema kütteväärtuse määramise ja alumise kütteväärtuse arvutamise meetod.
- GOST 22667-82 Põlevad maagaasid. Arvutusmeetod kütteväärtuse, suhtelise tiheduse ja Wobbe'i arvu määramiseks.
- GOST 31369-2008 Maagaas. Kütteväärtuse, tiheduse, suhtelise tiheduse ja Wobbe'i arvu arvutamine komponentide koostise põhjal.
- Zemsky G. T. Anorgaaniliste ja orgaaniliste materjalide tuleohtlikud omadused: teatmik M.: VNIIPO, 2016 - 970 lk.
5. PÕLEMISE TERMILINE TASAKAAL
Kaaluge meetodeid gaasiliste, vedelate ja tahkete kütuste põlemisprotsessi soojusbilansi arvutamiseks. Arvutamine on taandatud järgmiste ülesannete lahendamisele.
· Kütuse põlemissoojuse (kütteväärtuse) määramine.
· Teoreetilise põlemistemperatuuri määramine.
5.1. PÕLEMISKUUMUS
Keemiliste reaktsioonidega kaasneb soojuse eraldumine või neeldumine. Soojuse vabanemisel nimetatakse reaktsiooni eksotermiliseks ja kui see neeldub, siis endotermiliseks. Kõik põlemisreaktsioonid on eksotermilised ja põlemissaadused on eksotermilised ühendid.
Keemilise reaktsiooni käigus vabanevat (või neelduvat) soojust nimetatakse reaktsioonisoojuseks. Eksotermilistes reaktsioonides on see positiivne, endotermilistes reaktsioonides negatiivne. Põlemisreaktsiooniga kaasneb alati soojuse eraldumine. Põlemissoojus Q g(J / mol) on soojushulk, mis vabaneb ühe mooli aine täielikul põlemisel ja põleva aine muundamisel täieliku põlemisproduktideks. Mool on aine koguse SI põhiühik. Üks mool on selline kogus ainet, mis sisaldab sama palju osakesi (aatomeid, molekule jne), kui on aatomeid 12 g süsinik-12 isotoobis. Aine koguse mass, mis on võrdne 1 mooliga (molekul- või molaarmass), langeb arvuliselt kokku antud aine suhtelise molekulmassiga.
Näiteks hapniku (O 2 ) suhteline molekulmass on 32, süsinikdioksiid (CO 2 ) on 44 ja vastavad molekulmassid oleksid M=32 g/mol ja M=44 g/mol. Seega sisaldab üks mool hapnikku 32 grammi seda ainet ja üks mool CO 2 sisaldab 44 grammi süsinikdioksiidi.
Tehnilistes arvutustes ei kasutata sageli mitte põlemissoojust Q g ja kütuse kütteväärtus K(J / kg või J / m3). Aine kütteväärtus on soojushulk, mis eraldub 1 kg ehk 1 m 3 aine täielikul põlemisel. Vedelate ja tahkete ainete puhul tehakse arvutus 1 kg kohta ja gaasiliste ainete puhul 1 m 3 kohta.
Põlemissoojuse ja kütuse kütteväärtuse tundmine on vajalik põlemis- või plahvatustemperatuuri, plahvatusrõhu, leegi levimiskiiruse ja muude omaduste arvutamiseks. Kütuse kütteväärtus määratakse kas katseliselt või arvutuslikult. Kütteväärtuse katselisel määramisel põletatakse etteantud mass tahket või vedelat kütust kalorimeetrilises pommis, gaaskütuse puhul gaasikalorimeetris. Need seadmed mõõdavad kogu soojust K 0, mis vabaneb kütuse kaalumise proovi põletamisel m. Kütteväärtus Q g leitakse valemi järgi
Seos põlemissoojuse ja
kütuse kütteväärtus
Põlemissoojuse ja aine kütteväärtuse vahelise seose kindlakstegemiseks on vaja üles kirjutada põlemiskeemilise reaktsiooni võrrand.
Süsiniku täieliku põlemise saadus on süsinikdioksiid:
C + O 2 → CO 2.
Vesiniku täieliku põlemise saadus on vesi:
2H2 + O2 → 2H2O.
Väävli täieliku põlemise saadus on vääveldioksiid:
S + O 2 → SO 2.
Samal ajal eraldub vabal kujul lämmastik, halogeniidid ja muud mittesüttivad elemendid.
põlev gaas
Näitena arvutame metaani CH 4 kütteväärtuse, mille põlemissoojus on võrdne Q g=882.6 .
Määrake metaani molekulmass vastavalt selle keemilisele valemile (CH 4):
М=1∙12+4∙1=16 g/mol.
Määrake 1 kg metaani kütteväärtus:
Leiame 1 kg metaani ruumala, teades selle tihedust ρ=0,717 kg/m 3 normaaltingimustes:
.
Määrake 1 m 3 metaani kütteväärtus:
Kõigi põlevate gaaside kütteväärtus määratakse sarnaselt. Paljude tavaliste ainete kütteväärtusi ja kütteväärtusi on mõõdetud suure täpsusega ning need on toodud vastavas teatmekirjanduses. Anname mõne gaasilise aine kütteväärtuse väärtuste tabeli (tabel 5.1). Väärtus K selles tabelis on see antud MJ / m 3 ja kcal / m 3, kuna soojusühikuna kasutatakse sageli 1 kcal = 4,1868 kJ.
Tabel 5.1
Gaaskütuste kütteväärtus
|
Aine |
Atsetüleen |
|||||
|
K |
||||||
Põlev aine - vedel või tahke
Näitena arvutame etüülalkoholi C 2 H 5 OH kütteväärtuse, mille põlemissoojus Q g= 1373,3 kJ/mol.
Määrake etüülalkoholi molekulmass selle keemilise valemi (C 2 H 5 OH) järgi:
М = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1,1 = 46 g/mol.
Määrake 1 kg etüülalkoholi kütteväärtus:
Kõigi vedelate ja tahkete põlevainete kütteväärtus määratakse sarnaselt. Tabelis. 5.2 ja 5.3 näitavad kütteväärtusi K(MJ/kg ja kcal/kg) mõnede vedelate ja tahkete ainete puhul.
Tabel 5.2
Vedelkütuste kütteväärtus
|
Aine |
Metüülalkohol |
Etanool |
Kütteõli, õli |
||||
|
K |
|||||||
Tabel 5.3
Tahkekütuste kütteväärtus
|
Aine |
puit värske |
puit kuiv |
Pruun kivisüsi |
Turvas kuiv |
Antratsiit, koks |
||
|
K |
|||||||
Mendelejevi valem
Kui kütuse kütteväärtus pole teada, saab selle arvutada D.I. pakutud empiirilise valemi abil. Mendelejev. Selleks peate teadma kütuse elementaarset koostist (kütuse samaväärne valem), see tähendab järgmiste elementide protsenti selles:
hapnik (O);
Vesinik (H);
Süsinik (C);
Väävel (S);
tuhk (A);
Vesi (W).
Kütuste põlemissaadused sisaldavad alati veeauru, mis tekib nii kütuses sisalduva niiskuse tõttu kui ka vesiniku põlemisel. Põlemisjäätmed väljuvad tööstusettevõttest kastepunkti temperatuurist kõrgemal temperatuuril. Seetõttu ei saa veeauru kondenseerumisel eralduvat soojust otstarbekalt kasutada ja seda ei tohiks soojusarvutustes arvesse võtta.
Arvutamiseks kasutatakse tavaliselt madalat kütteväärtust. Q n kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelkütuste puhul väärtus Q n(MJ / kg) määratakse ligikaudu Mendelejevi valemiga:
Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
kus sulgudes on märgitud vastavate elementide protsentuaalne (massi%) sisaldus kütuse koostises.
See valem võtab arvesse süsiniku, vesiniku ja väävli eksotermiliste põlemisreaktsioonide soojust (plussmärgiga). Kütuse osaks olev hapnik asendab osaliselt õhus olevat hapnikku, mistõttu valemis (5.1) võetakse vastav termin miinusmärgiga. Niiskuse aurustumisel kulub soojust, seega võetakse miinusmärgiga ka vastav W-d sisaldav termin.
Erinevate kütuste (puit, turvas, kivisüsi, õli) kütteväärtuse arvutuslike ja katseandmete võrdlus näitas, et Mendelejevi valemi (5.1) järgi tehtud arvutus annab vea, mis ei ületa 10%.
Puhas kütteväärtus Q n(MJ / m 3) kuivade põlevate gaaside kohta saab piisava täpsusega arvutada üksikute komponentide kütteväärtuse ja nende protsendimäärana 1 m 3 gaaskütuses.
Q n= 0,108 [Н 2 ] + 0,126 [СО] + 0,358 [CH 4 ] + 0,5 [С 2 Н 2 ] + 0,234 [Н 2 S ]…, (5,2)
kus sulgudes on märgitud vastavate gaaside sisaldus (mahu%) segus.
Maagaasi keskmine kütteväärtus on ligikaudu 53,6 MJ/m 3 . Kunstlikult toodetud põlevates gaasides on CH 4 metaani sisaldus tühine. Peamised põlevad komponendid on vesinik H2 ja süsinikmonooksiid CO. Näiteks koksiahju gaasis ulatub H 2 sisaldus (55 ÷ 60)%ni ja sellise gaasi alakütteväärtus 17,6 MJ/m 3 . Generaatorigaasis on CO sisaldus ~ 30% ja H 2 ~ 15%, samas kui generaatorgaasi alumine kütteväärtus Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. Kõrgahjugaasis on CO ja H 2 sisaldus väiksem; suurusjärk Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.
Mõelge ainete kütteväärtuse arvutamise näidetele Mendelejevi valemi abil.
Määrame söe kütteväärtuse, mille elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.4.
Tabel 5.4
Söe elementaarne koostis
Asendame vahekaardil antud. 5.4 andmed Mendelejevi valemis (5.1) (lämmastik N ja tuhk A ei sisaldu selles valemis, kuna need on inertsed ained ega osale põlemisreaktsioonis):
Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.
Määrakem 50 liitri vee soojendamiseks 10 °C kuni 100 °C küttepuidu kogus, kui 5% põlemisel eralduvast soojusest kulub küttele, ja vee soojusmahtuvus Koos\u003d 1 kcal / (kg ∙ kraadi) või 4,1868 kJ / (kg ∙ kraadi). Küttepuude elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.5:
Tabel 5.5
Küttepuude elementaarne koostis
|
Leiame küttepuude kütteväärtuse Mendelejevi valemi (5.1) järgi: Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. Määrake 1 kg küttepuude põletamisel vee soojendamiseks kuluv soojushulk (võttes arvesse asjaolu, et 5% põlemisel eralduvast soojusest (a = 0,05) kulub selle soojendamisele): K 2=a Q n=0,05 17,12 = 0,86 MJ/kg. Määrake küttepuude kogus, mis on vajalik 50 liitri vee soojendamiseks 10°C kuni 100°C:
Seega kulub vee soojendamiseks umbes 22 kg küttepuid. |
kg.Kõik teavad, et kütusekulu mängib meie elus tohutut rolli. Kütust kasutatakse peaaegu igas kaasaegse tööstuse harus. Eriti sageli kasutatakse naftast saadud kütust: bensiin, petrooleum, diislikütus ja muud. Kasutatakse ka põlevaid gaase (metaan jt).
Kust tuleb kütusest saadav energia?
Teame, et molekulid koosnevad aatomitest. Mis tahes molekuli (näiteks veemolekuli) jagamiseks selle moodustavateks aatomiteks on vaja energiat kulutada (aatomite külgetõmbejõudude ületamiseks). Katsed näitavad, et kui aatomid ühinevad molekuliks (see juhtub kütuse põletamisel), siis energia, vastupidi, vabaneb.
Teatavasti on ka tuumakütust, aga sellest me siinkohal ei räägi.
Kütuse põletamisel vabaneb energia. Enamasti on see soojusenergia. Katsed näitavad, et vabanev energia hulk on otseselt võrdeline põletatud kütuse kogusega.
Eripõlemissoojus
Selle energia arvutamiseks kasutatakse füüsikalist suurust, mida nimetatakse kütuse eripõlemissoojuseks. Kütuse eripõlemissoojus näitab, kui palju energiat eraldub kütuse massiühiku põlemisel.
Seda tähistatakse ladina tähega q. SI-süsteemis on selle koguse mõõtühik J / kg. Pange tähele, et igal kütusel on oma spetsiifiline põlemissoojus. Seda väärtust on mõõdetud peaaegu kõikide kütuseliikide puhul ja see määratakse probleemide lahendamisel tabelitest.
Näiteks bensiini eripõlemissoojus on 46 000 000 J/kg, petrooleumil sama ja etüülalkoholil 27 000 000 J/kg. On lihtne mõista, et kütuse põlemisel vabanev energia võrdub selle kütuse massi ja kütuse eripõlemissoojuse korrutisega:
Kaaluge näiteid
Kaaluge näidet. Piirituslambis põles 10 minutiga 10 grammi etüülalkoholi. Leidke alkoholilambi võimsus.
Lahendus. Leia alkoholi põlemisel eralduv soojushulk:
Q = q*m; Q \u003d 27 000 000 J / kg * 10 g = 27 000 000 J / kg * 0,01 kg = 270 000 J.
Leiame alkoholilambi võimsuse:
N = Q / t = 270 000 J / 10 min \u003d 270 000 J / 600 s = 450 W.
Vaatame keerukamat näidet. Alumiiniumpanni massiga m1, mis on täidetud veega massiga m2, kuumutatakse pliidiga temperatuurilt t1 temperatuurini t2 (0°C< t1 < t2
Lahendus.
Leidke alumiiniumi poolt vastuvõetud soojushulk:
Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);
leidke vee poolt vastuvõetud soojushulk:
Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);
leidke veepoti poolt vastuvõetud soojushulk:
leidke põlenud bensiini poolt eraldatud soojushulk:
Q4 = Q3 / k * 100 = (Q1 + Q2) / k * 100 =
(c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100;
Erinevat tüüpi kütust (tahke, vedel ja gaasiline) iseloomustavad üldised ja spetsiifilised omadused. Üldised kütuseomadused hõlmavad eripõlemissoojust ja -niiskust, spetsiifiliste omaduste hulka kuuluvad tuhasisaldus, väävlisisaldus (väävlisisaldus), tihedus, viskoossus ja muud omadused.
Kütuse eripõlemissoojus on soojushulk, mis eraldub \(1\) kg tahke või vedelkütuse või \(1\) m³ gaaskütuse täielikul põlemisel.
Kütuse energiaväärtuse määrab eelkõige selle eripõlemissoojus.
Eripõlemissoojust tähistatakse tähega \(q\). Eripõlemissoojuse ühik on tahkete ja vedelkütuste puhul \(1\) J/kg ja gaaskütuste puhul \(1\) J/m³.
Eripõlemissoojus määratakse katseliselt üsna keerukate meetoditega.
Tabel 2. Teatud tüüpi kütuse eripõlemissoojus.
tahke kütus
Aine | eripõlemissoojus, |
| Pruun kivisüsi | |
| Süsi | |
| Küttepuud kuivad | |
| puidust tõkiskingad | |
Kivisüsi | |
Kivisüsi klassid A-II | |
| Koks | |
| pulber | |
| Turvas |
Vedel kütus
gaasiline kütus
(tavalistes tingimustes)
Aine | eripõlemissoojus, |
| Vesinik | |
| generaatori gaas | |
| koksiahju gaas | |
| Maagaas | |
| Gaas |
Sellest tabelist on näha, et suurim on vesiniku eripõlemissoojus, see on \(120\) MJ / m³. See tähendab, et vesiniku täielikul põlemisel ruumalaga \(1\) m³ vabaneb \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J energiat.
Vesinik on üks suure energiatarbega kütustest. Lisaks on vesiniku põlemisproduktiks tavaline vesi, erinevalt teistest kütuseliikidest, mille põlemissaaduseks on süsihappegaas ja vingugaas, tuhk ja ahjuräbu. See muudab vesiniku kõige keskkonnasõbralikumaks kütuseks.
Gaasiline vesinik on aga plahvatusohtlik. Lisaks on sellel madalaim tihedus võrreldes teiste sama temperatuuri ja rõhuga gaasidega, mis raskendab vesiniku veeldamist ja transportimist.
Tahke või vedelkütuse täielikul põlemisel eraldunud soojuse koguhulk \(Q\) \(m\) kg tahke või vedelkütuse arvutatakse järgmise valemi abil:
Gaaskütuse täielikul põlemisel eralduv soojuse koguhulk \(Q\) \(V\) m³ arvutatakse järgmise valemi abil:
Kütuse niiskus (niiskussisaldus) vähendab selle kütteväärtust, kuna suureneb soojuse tarbimine niiskuse aurustamiseks ja põlemisproduktide maht suureneb (veeauru olemasolu tõttu).
Tuhasisaldus on kütuses sisalduvate mineraalainete põlemisel tekkiv tuha kogus. Kütuses sisalduvad mineraalained alandavad selle kütteväärtust, kuna väheneb põlevate komponentide sisaldus (peamine põhjus) ning suureneb soojuskulu mineraalmassi soojendamiseks ja sulatamiseks.
Väävlisisaldus (väävlisisaldus) viitab negatiivsele kütusetegurile, kuna selle põletamisel tekivad vääveldioksiidi gaasid, mis saastavad atmosfääri ja hävitavad metalli. Lisaks läheb kütuses sisalduv väävel osaliselt sulatatud metalli, keevitatud klaasi massi, vähendades nende kvaliteeti. Näiteks kristall-, optiliste ja muude klaaside sulatamiseks ei saa kasutada väävlit sisaldavat kütust, kuna väävel vähendab oluliselt klaasi optilisi omadusi ja värvi.
