В процессе горения из вещества выделяется энергия, которую можно измерить и выразить через принятые единицы. Теплотворная способность чаще измеряется в кВт или в Дж или кДж, деленных на килограмм или кубический метр. В данном материале я расскажу, что такое теплотворная способность веществ, на что оказывает влияние данная величина и какие показатели соответствуют разным по составу и агрегатному состоянию топлива.
Теплота сгорания: низшая и высшая
Теплотворной способностью вещества называют его готовность производить тепло. Топливо характеризуется тем, что выделяет энергию в процессе сгорания. При рассмотрении процесса горения обычно обращают внимание на 2 основные характеристики: выработка вредных и опасных веществ, и коэффициент полезного действия (КПД).
Топливо подразделяется на несколько видов по особенностям своего агрегатного состояния. Оно может быть в форме газа, жидкости или твердого вещества. Каждая разновидность обладает двумя составляющими, которые представлены компонентами, поддающимися и не поддающимися горению. Первая группа включает водород и углерод, а вторая – различные оксиды, металлы, соли и воду. Во время горения топлива, масса которого составляет 1 кг, выделяется разное количество энергии, так как теплотворность у различных веществ отличается. Это зависит от ряда специфических особенностей, в частности, состава, зольности и прочих критериев.
Теплота сгорания топлива (ТСТ) включает 2 уровня – низший и высший. Отличие этих показателей в том, что во втором случае учитывается такой фактор, как конденсация влаги. Для каждого вещества характерен свой показатель ТСТ. Практически для всех видов топлива значения располагаются в интервале от 1 тыс. до 10 тыс. ккал/кг.
Низшая ТСТ используется для расчетов количества горючего и его стоимости, что позволяет определить в первую очередь КПД установок, работающих на определенном виде топлива. Вычисляется показатель либо расчетным методом, либо опытным путем.
Высшая ТСТ представляет собой количество энергии, образуемое в процессе горения топлива. Она учитывает конденсат, представленный в виде паров воды, образованных при охлаждении вещества. Влага выделяется при его горении из-за того, что в горючих веществах есть органический водород, переходящий в состояние пара при повышенных температурах.
Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)
К разным видам топлива, представленного в твердом виде, относят:
- сланцы;
- кокс;
- различные породы древесины;
- торф;
- брикеты и пеллеты.
Наименьшее значение удельной ТСТ зафиксировано у пороха. Оно составляет 3,8 МДж/кг.
Низкоэффективными видами топлива считаются:
- сланцы;
- древесина;
- торф, подверженный обработке фрезой.
Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)
Компоненты данной категории топлива – водород, углерод, азот, сера и кислород.Их содержание у разных веществ варьируются. Топливо имеет в составе 2 балласта. Внешний балласт формируется за счет золы и влаги, а внутренний – благодаря азоту и кислороду, которые не подвергаются горению.
Наиболее эффективными по показателю выделения тепла в данной категории считаются бензин, керосин, используемый в авиации, нефть и топливо для дизельных двигателей. Лидером выступает первое топливо с показателем, равным 44 МДж/кг. Теплота сгорания дизельного топлива варьирует до 43,6 МДж/кг. Существенно более низкие значения наблюдаются у ацетона и спирта, а также у этиленгликоля и топлива, используемого для приведения в движение ракет. При этом удельная теплота сгорания магистрального газа составляет 25,11 Мдж/л.
Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов
У данного вида веществ в составе присутствуют метан, водород, пропан, сероводород, оксид углерода, бензол, этилен и ряд прочих компонентов. Наиболее высокие показатели характерны для метана и природного газа. Они составляют 50 МДж/кг и до 49 МДж/кг соответственно. Однако теплота сгорания выше у водорода. Так, удельная теплота сгорания водорода составляет 119,8 МДж/кг.
Полезное видео о теплотворной способности угля:
Коротко о главном
Теплотворность является одной из наиболее значимых характеристик топлива. Она отражает способность веществ производить тепло. Данный критерий рассматривается одним из первых при выборе топлива для эксплуатации. Показатель удельной ТСТ применяется в разных сферах деятельности человека, начиная от приготовления еды и обогрева дома, и заканчивая крупными промышленными электростанциями. Значения теплотворности позволяют сравнить разные виды топлива и выделить наиболее эффективные из них.
Как вы считаете, стоит ли опираться на теплотворность веществ при выборе топлива, или данная характеристика вовсе не позволяет сэкономить? Делитесь своим опытом в комментариях.
