Det er kendt, at den energikilde, der bruges i industri, transport, landbrug, i hverdagen, er brændstof. Disse er kul, olie, tørv, brænde, naturgas osv. Når brændstof brænder, frigives energi. Lad os prøve at finde ud af, hvordan energi frigives i dette tilfælde.

Lad os huske strukturen af ​​vandmolekylet (fig. 16, a). Den består af et oxygenatom og to hydrogenatomer. Hvis et vandmolekyle er opdelt i atomer, så er det nødvendigt at overvinde tiltrækningskræfterne mellem atomerne, det vil sige, at der skal arbejdes, og derfor skal der bruges energi. Omvendt, hvis atomer kombineres for at danne et molekyle, frigives energi.

Brugen af ​​brændstof er netop baseret på fænomenet energifrigivelse, når atomer samles. For eksempel kombinerer carbonatomerne indeholdt i brændstoffet to oxygenatomer under forbrænding (fig. 16, b). I dette tilfælde dannes et kuliltemolekyle - carbondioxid- og energi frigives.

Ris. 16. Struktur af molekyler:
a - vand; b - kombinationen af ​​et kulstofatom og to oxygenatomer til et kuldioxidmolekyle

Ved beregning af motorer skal ingeniøren vide præcis, hvor meget varme det brændte brændstof kan frigive. For at gøre dette er det nødvendigt at eksperimentelt bestemme, hvor meget varme der frigives under fuldstændig forbrænding af den samme brændstofmasse. forskellige typer.

En fysisk størrelse, der viser, hvor meget varme der frigives under den fuldstændige forbrænding af brændstof, der vejer 1 kg, kaldes brændstoffets specifikke forbrændingsvarme.

Den specifikke forbrændingsvarme er angivet med bogstavet q. Enhed specifik varme forbrænding er 1 J/kg.

Den specifikke forbrændingsvarme bestemmes eksperimentelt ved hjælp af ret komplekse instrumenter.

Resultaterne af de eksperimentelle data er vist i tabel 2.

tabel 2

Fra denne tabel kan det ses, at den specifikke forbrændingsvarme, for eksempel af benzin, er 4,6 10 7 J / kg.

Det betyder, at den fuldstændige forbrænding af benzin, der vejer 1 kg, frigiver 4,6 10 7 J energi.

Den samlede mængde varme Q, der frigives under forbrændingen af ​​m kg brændstof, beregnes med formlen

Spørgsmål

1. Hvad er den specifikke forbrændingsvarme af brændstof?
2. I hvilke enheder måles brændstoffets specifikke forbrændingsvarme?
3. Hvad betyder udtrykket "specifik forbrændingsvarme af brændstof svarende til 1,4 10 7 J / kg"? Hvordan beregnes mængden af ​​frigivet varme under brændstofforbrænding?

Øvelse 9

1. Hvor meget varme frigives der ved fuldstændig forbrænding? trækul vejer 15 kg; alkohol, der vejer 200 g?
2. Hvor meget varme frigives under den fuldstændige forbrænding af olie, hvis masse er 2,5 tons; petroleum, hvis volumen er 2 liter og massefylden er 800 kg / m 3?
3. Når tørt træ var fuldstændig brændt, blev der frigivet 50.000 kJ energi. Hvilken træmasse brændte?

Dyrke motion

Konstruer ved hjælp af tabel 2 et søjlediagram for den specifikke forbrændingsvarme af brænde, alkohol, olie, brint, og vælg skalaen som følger: Bredden af ​​rektanglet er 1 celle, højden på 2 mm svarer til 10 J.

Ganske ofte tages brændværdien af ​​brændstof i betragtning, når du vælger varmeanordninger til huse og hytter, og når du vælger varmesystemer til en lejlighed. Denne parameter er også vigtig, når du vælger brændstofsystemer til biler (ved flytning fra flydende brændstof for gas eller elektricitet).

Det er værd at bemærke, at på dette øjeblik mange videnskabelige organisationer, forskningsinstitutter, laboratorier og endda specialiserede virksomheder er ved at udvikle systemer, der kan øge denne parameter og gøre det muligt mere optimalt at udnytte den energi, der frigives under forbrændingen. Dette opnås normalt ved at øge koefficienten nyttig handling installationer.

Tilstedeværelsen af ​​en sådan parameter skyldes det faktum, at forskellige typer tildele forskellige mængder varme (energi) under forbrændingsprocessen, hvilket er særligt vigtigt for industrielle installationer og kedelhuse, da valget optimal type ville spare betydeligt beløbøkonomiske ressourcer til drift af industrianlæg.

Nedenfor vil vi give en definition af brændstofs brændværdi, diskutere hvad den specifikke forbrændingsvarme af brændsel er og give værdierne af nogle energiressourcer (specifik forbrændingsvarme af brænde, kul, olieprodukter).

Under brændværdi forskellige typer energiressourcer forstår, hvor meget termisk energi (kilokalorier) der vil blive produceret, når en enhed brændselsmateriale forbrændes. For at bestemme denne parameter, brug speciel enhed, som kaldes et kalorimeter. Der er en anden enhed - en kalorimetrisk bombe.

I måleinstrumenter opvarmer en enhed brændstofmateriale vand, hvilket resulterer i vanddamp. Dernæst kondenserer dampen og bliver helt til flydende tilstand, som kaldes kondensering. I dette tilfælde overfører dampen fuldstændig termisk energi til måleapparatet. Men ulempen ved en sådan måleinstrumenter er det termisk energi, som kommer ud under brændstofforbrænding, er ikke alle målt. Dette skyldes det faktum, at mængden af ​​termisk energi under fordampning er større end under kondensering. Dette gør det umuligt at måle al den frigivne energi. Ulemperne ved enhederne omfatter den mindre end ideelle varmeledningsevne af de materialer, de er lavet af, hvilket også reducerer den faktiske forbrændingshastighed. Disse kriterier er ret vigtige for laboratorieforskning, men de negligeres ved måling til praktiske formål. Ved drift af industrianlæg øges disse tab på grund af effektivitet (ikke 100%).

I dette tilfælde kaldes indikatorerne opnået i en kalorimetrisk bombe (hvor måleprocessen er mere nøjagtig end i et kalorimeter) den højeste brændværdi af brændstofmaterialet.

Kalorimeterindikatorerne er den laveste brændværdi af brændstof, som adskiller sig fra den højeste værdi 600x(9H+W)/100, hvor H og W er mængden af ​​brint og fugt indeholdt i en enhed af et specifikt brændstofmateriale. Det skal huskes, at ifølge amerikanske standarder bruges den højeste værdi til beregninger, og for lande med det metriske system bruges den laveste værdi. I øjeblikket er der et spørgsmål om overgangen meter systemet til den højeste indikator, da den er anerkendt af en række videnskabsmænd som mere optimal.

Værdier for forskellige typer brændstofmateriale

Ofte er mange mennesker interesserede i værdien af ​​den specifikke forbrændingsvarme af brændsel for en bestemt type energibærer, og ganske ofte er folk interesserede i brændeværdien af ​​brænde. Dette er blevet særligt vigtigt i På det sidste da moden for klassiske brændeovne i hjemmet begyndte. Brændeværdien af ​​brænde er forskellige racer træ varierer, er gennemsnitsværdien ofte angivet. Nedenfor er værdierne for følgende typer brændstofmateriale:

1. Brændeværdien af ​​brænde (birk, nåletræ) er i gennemsnit 14,5-15,5 MJ/kg. Brunkul har samme varmeoverførselshastighed.
2. Varmeoverførslen af ​​kul er 22 MJ/kg.
3. Denne værdi for tørv varierer fra 8-15 MJ/kg.
4. Betydning for brændstofbriketter er i området 18,5-21 MJ/kg.
5. Den gas, der leveres til beboelsesejendomme, har en indikator på 45,5 MJ/kg.
6. For flaskegas (propan-butan) er tallet 36 MJ/kg.
7. Dieselbrændstof har en indikator på 42,8 MJ/kg.
8. Til forskellige mærker benzinværdien varierer fra 42-45 MJ/kg.

Specifikke værdier

For en række brændselsmaterialer beregnet specifikke værdier forbrænding. Det her fysiske mængder, som viser mængden af ​​termisk energi, der genereres ved forbrænding af en enhed. Normalt målt i joule pr. kilogram (eller kubikmeter). I USA er værdierne angivet i kalorier pr. kilogram. Disse koefficienter er varmeoverførsel. De måles i et laboratorium, hvorefter dataene indtastes i særlige tabeller, der er offentligt tilgængelige. Jo højere varmeoverførslen af ​​en energiressource (den varme, der produceres ved brændstofforbrænding), jo mere effektivt betragtes brændstoffet. Det vil sige, at i samme installation med samme virkningsgrad vil forbruget være lavere for det brændstof, der har mere høj værdi varmeoverførsel.

Den specifikke forbrændingsvarme af brændstof bruges næsten altid i designberegninger (ved design af forskelligt udstyr) samt til bestemmelse af varmesystemer og udstyr til bolig, lejlighed, sommerhus mv.

Omkostningsberegninger for 1 kW*time:

• Dieselbrændstof. Specifik forbrændingsvarme af dieselbrændstof er 43 mJ/kg; eller under hensyntagen til en densitet på 35 mJ/liter; Under hensyntagen til effektiviteten af ​​en dieselfyr (89%), finder vi, at der ved afbrænding af 1 liter genereres 31 mJ energi eller i mere konventionelle enheder 8,6 kWh.
  • Prisen på 1 liter diesel er 20 rubler.
  • Omkostningerne ved 1 kWh dieselbrændstofforbrændingsenergi er 2,33 rubler.

• Propan-butan blanding SPBT(Flydende gas LPG). Den specifikke forbrændingsvarme af LPG er 45,2 mJ/kg eller, under hensyntagen til massefylden, 27 mJ/liter, under hensyntagen til effektiviteten gasfyr 95 %, får vi, at der ved afbrænding af 1 liter genereres 25,65 mJ energi, eller i mere konventionelle enheder - 7,125 kWh.
  • Prisen på 1 liter LPG er 11,8 rubler.
  • Omkostningerne ved 1 kWh energi er 1,66 rubler.

Forskellen i prisen på 1 kW varme opnået ved forbrænding af diesel og LPG var 29 %. De angivne tal viser, at af de anførte varmekilder er flydende gas den mere økonomiske. For at få en mere præcis beregning skal du sætte aktuelle energipriser.

Funktioner ved brugen af ​​flydende gas og dieselbrændstof

DIESELBRÆNDSTOF. Der er flere varianter, der adskiller sig i svovlindhold. Men for kedlen er dette ikke særlig vigtigt. Men opdelingen i vinter- og sommerdiesel er vigtig. Standarden etablerer tre hovedkvaliteter af dieselbrændstof. Den mest almindelige er sommer (L), anvendelsesområdet er fra O°C og derover. Vinterdieselbrændstof (3) bruges ved lufttemperaturer under nul (op til -30°C). Med mere lave temperaturer Arctic (A) dieselbrændstof bør anvendes. Særpræg dieselbrændstof er dets skypunkt. Faktisk er dette den temperatur, ved hvilken paraffinerne indeholdt i dieselbrændstof begynder at krystallisere. Det bliver virkelig overskyet, og med et yderligere fald i temperaturen bliver det som gelé eller stivnet fed suppe. De mindste krystaller af paraffin tilstopper porerne i brændstoffiltre og sikkerhedsnet, sætter sig i rørledningskanaler og lammer arbejdet. For sommerbrændstof er uklarhedspunktet -5°C, og for vinterbrændstof er det -25°C. Vigtig indikator, skal angives i passet for dieselbrændstof, temperaturen af ​​den maksimale filtrerbarhed. Overskyet diesel kan bruges op til filtrerbarhedstemperaturen, hvorefter filteret bliver tilstoppet, og brændstoftilførslen stopper. Vinterdiesel adskiller sig ikke fra sommerdiesel, hverken i farve eller lugt. Så det viser sig, at kun Gud (og tankstationsbetjenten) ved, hvad der egentlig er oversvømmet. Nogle håndværkere blander sommerdieselbrændstof med BGS (gasbenzin) og andre ting, hvilket opnår et fald i filtrerbarhedstemperaturen, hvilket risikerer enten pumpesvigt eller blot en eksplosion på grund af det faktum, at dette helvedes flammepunkt falder. I stedet for diesel kan der også leveres let fyringsolie; den adskiller sig ikke i udseende, men den indeholder flere urenheder, og dem, der slet ikke er til stede i diesel. Hvilket er fyldt med forurening af brændstofudstyr og dyr rengøring. Ud fra ovenstående kan vi konkludere, at hvis du køber diesel til en lav pris, fra private eller ikke-verificerede organisationer, kan du ende med at få behov for reparationer, eller varmesystemet kan blive afrimet. Prisen på dieselbrændstof, leveret til dit hjem, svinger med en rubel fra priserne på tankstationer, både ned og op afhængigt af din hyttes afsides beliggenhed og mængden af ​​transporteret brændstof, alt billigere bør advare dig, medmindre du er en ekstrem sportsentusiast. , og er ikke bange for at overnatte i et kølehus i 30 graders frost.

FLYDENDE GAS. Ligesom dieselbrændstof er der flere kvaliteter af SPBT, der adskiller sig i sammensætningen af ​​blandingen af ​​propan og butan. Vinterblanding, sommer og arktisk. Vinterblandingen består af 65 % propan, 30 % butan og 5 % gasurenheder. Sommerblandingen består af 45% propan, 50% butan, 5% gasurenheder. Arktisk blanding - 95% propan og 5% urenheder. Der kan tilføres en blanding af 95% butan og 5% urenheder, denne blanding kaldes husholdning. En meget lille mængde af et svovlholdigt stof, et lugtstof, tilsættes til hver blanding for at skabe en "gaslugt". Fra forbrændingssynspunktet og effekten på udstyret har blandingens sammensætning praktisk talt ingen effekt. Butan, selvom det er meget billigere, er lidt bedre til opvarmning end propan - det har flere kalorier, men det har en meget stor ulempe, der gør det svært at bruge under russiske forhold - butan holder op med at fordampe og forbliver flydende ved nul grader. Hvis du har en importeret tank med lav hals eller lodret (dybden af ​​fordampningsoverfladen er mindre end 1,5 meter) eller er placeret i en plastisk sarkofag, der forværrer varmeoverførslen, kan tanken under længere frost holde op med at fordampe butan, ikke kun på grund af frost, men også fra -på grund af utilstrækkelig varmeoverførsel (under fordampning afkøler gassen sig selv). Ved temperaturer under 3 grader Celsius holder importerede beholdere lavet til forholdene i Tyskland, Tjekkiet, Italien, Polen, med intens fordampning, med at producere gas, efter at al propanen er fordampet, og kun butan er tilbage.

Lad os nu sammenligne forbrugeregenskaberne for LPG og dieselbrændstof

At bruge LPG er 29 % billigere end diesel. Kvaliteten af ​​LPG påvirker ikke dets forbrugeregenskaber ved brug af AvtonomGaz-tanke; desuden, jo højere butanindholdet i blandingen er, jo bedre virker det gasudstyr. Dieselbrændstof af lav kvalitet kan forårsage alvorlig skade varmeudstyr. Brug af flydende gas vil fjerne lugten af ​​diesel i dit hjem. I flydende gas mindre indhold giftige svovlforbindelser og som følge heraf er der ingen luftforurening i din personlig plot. Ikke kun kan din kedel køre på flydende gas, men også gaskomfur, samt en gas pejs og en gas elektrisk generator.

Ud over hovedkomponenterne indeholder kul forskellige ikke-brændbare askedannende tilsætningsstoffer, "sten". Aske forurener miljø og sintres til slagger på ristene, hvilket gør det svært at brænde kul. Derudover reducerer tilstedeværelsen af ​​sten den specifikke varme ved forbrænding af kul. Afhængigt af typen og minedriftsforholdene varierer mængden af ​​mineraler meget; askeindholdet i stenkul er omkring 15% (10-20%).
En anden skadelig komponent i kul er svovl. Ved forbrændingen af ​​svovl dannes der oxider, som omdannes til svovlsyre i atmosfæren. Svovlindholdet i det kul, som vi leverer til kunderne gennem et netværk af vores repræsentanter, er omkring 0,5%, dette er en meget lav værdi, hvilket betyder, at økologien i dit hjem vil blive bevaret.
Hovedindikatoren for ethvert brændstof er specifik forbrændingsvarme. For kul er dette tal:

Disse tal refererer til kulkoncentrat. Faktiske tal kan variere betydeligt. Så for almindeligt stenkul, som kan købes på kullagre, er den angivne værdi 5000-5500 kcal/kg. Vi bruger 5300 kcal/kg i vores beregninger.
Kuldensitet fra 1 til 1,7 ( kul- 1,3–1,4) g/cm 3 afhængig af type og indhold af mineraler. Inden for teknologien bruges også "bulk density", den er omkring 800-1.000 kg/m3.

Typer og kvaliteter af kul

Kul klassificeres efter mange parametre (produktionsgeografi, kemisk sammensætning), men fra et "husholdningsmæssigt" synspunkt, når man køber kul til brug i komfurer, er det nok at forstå mærkningen og muligheden for brug i ThermoRobot.

I henhold til graden af ​​koalificering skelnes der mellem tre typer kul: Brun, sten Og antracit. Brug følgende system kul betegnelser: Bred vifte = (mærke) + (størrelse).

Ud over de vigtigste kvaliteter, der er angivet i tabellen, skelnes der også mellem mellemkvaliteter af kul: DG (langflammet gas), GZH (gas fedt), KZH (koks fedt), PA (semi-antracit), brunkul er også inddelt i grupper.
Kokskvaliteter af kul (G, koks, Zh, K, OS) bruges praktisk talt ikke i termisk kraftteknik, da de er et knapt råmateriale til den kokskemiske industri.
I henhold til størrelsesklassen (størrelse af stykker, fraktioner) er sorteret kul opdelt i:

Foruden sorteret kul er der kombinerede fraktioner og sigter til salg (PK, KO, OM, MS, SSh, MSSh, OMSSh). Kulstørrelsen bestemmes ud fra den mindste værdi af den fineste fraktion og større værdi den største fraktion angivet i navnet på kulkvaliteten.
For eksempel er OM-fraktionen (M - 13-25, O - 25-50) 13-50 mm.

Ud over de ovennævnte kultyper kan du på udsalg finde kulbriketter, som presses af lavberiget kulgylle.

Hvordan kul brænder

Kul består af to brændbare komponenter: flygtige stoffer Og fast (koks)remanens.

Under det første trin af forbrændingen frigives flygtige stoffer; Når der er et overskud af ilt, brænder de hurtigt, hvilket giver en lang flamme, men lidt varme.

Herefter brænder koksresten ud; intensiteten af ​​dens forbrænding og antændelsestemperatur afhænger af graden af ​​koalificering, det vil sige af typen af ​​kul (brun, hård, antracit).
Jo højere forkulningsgrad (den højeste er for antracit), jo højere er antændelsestemperaturen og forbrændingsvarmen, men jo lavere er forbrændingsintensiteten.

Kul kvaliteter D, G

På grund af højt indhold flygtige stoffer, blusser sådanne kul hurtigt op og brænder hurtigt ud. Kul af disse kvaliteter er tilgængeligt og egnet til næsten alle typer kedler, dog skal dette kul til fuldstændig forbrænding tilføres i små portioner, så de frigivne flygtige stoffer når helt at kombineres med ilt i luften. Fuldstændig forbrænding af kul er karakteriseret ved en gul flamme og klare røggasser; ufuldstændig forbrænding af flygtige stoffer producerer en lilla flamme og sort røg.
For effektivt at brænde sådant kul skal processen konstant overvåges; denne driftstilstand er implementeret i Termorobots automatiske fyrrum.

Kul klasse A

Det er sværere at tænde, men det brænder i lang tid og producerer meget mere varme. Kul kan påfyldes i store partier, da de primært brænder koksrester, og der ikke er nogen massefrigivelse af flygtige stoffer. Blæsetilstanden er meget vigtig, da hvis der er mangel på luft, sker forbrændingen langsomt, den kan stoppe, eller tværtimod en overdreven temperaturstigning, hvilket fører til varmetab og udbrænding af kedlen.