Низшая теплота сгорания как найти

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 августа 2016 года; проверки требуют 24 правки.

Теплота́ сгора́ния — количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания. В системе СИ: Дж/кг. Также довольно часто используются внесистемные единицы измерения: кДж/кг, МДж/кг и ккал/кг.

Для её измерения пользуются методами калориметрии. Теплота сгорания определяется химическим составом горючего вещества. Содержащиеся в горючем веществе химические элементы обозначаются принятыми символами С, Н, О, N, S, а зола и вода — символами А и W соответственно.

Виды теплоты сгорания[править | править код]

Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе горючего вещества , то есть к горючему веществу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе вещества ; к горючей массе вещества , то есть к горючему веществу, не содержащему влаги и золы.

Различают высшую () и низшую () теплоту сгорания.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

Расчёт теплоты сгорания[править | править код]

Таким образом, высшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах высшая теплота сгорания принимается как 100 %. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11 %.

На практике не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации, и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в веществе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Низшая теплота сгорания для жидкого и твердого вещества определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):

или

, где:
2514 — теплота парообразования при температуре 0 °C и атмосферном давлении, кДж/кг;
и — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;
9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.

Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчётным способом в соответствии с формулой Д. И. Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:

или

, где:

, , , , — содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).

Для сравнительных расчётов используется так называемое условное топливо, имеющее удельную теплоту сгорания, равную 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

В России тепловые расчёты (например, расчёт тепловой нагрузки для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности^[1]) обычно ведут по низшей теплоте сгорания; в США, Великобритании, Франции — по высшей. В Великобритании и США до внедрения метрической системы мер удельная теплота сгорания измерялась в британских тепловых единицах (BTU) на фунт (lb) (1Btu/lb = 2,326 кДж/кг).

Вещества и материалы	Низшая теплота сгорания при постоянном давлении , МДж/кг
Бензин	41,87[2]
Керосин	42,9—43,12[3]
Бумага(книги, журналы)	13,4[4]
Древесина (бруски W = 14%)	13,8[4]
Каучук натуральный	44,73—44,8[4]
Линолеум поливинилхлоридный	14,31[4]
Резина	33,52
Волокно штапельное	13,8
Полиэтилен	47,14[4]
Полистирол	39[4]
Хлопок разрыхленный	15,7[4]

Самые высокие значения теплоты сгорания природных газов из различных источников[править | править код]

Данные получены Международным энергетическим агентством^[5].

• Алжир: 42 000 кДж/м³
• Бангладеш: 36 000 кДж/м³
• Белоруссия: 33 000 кДж/м³
• Великобритания: 39 710 кДж/м³
• Вьетнам: 45 520 кДж/м³
• Канада: 38 200 кДж/м³
• Индонезия: 40 600 кДж/м³
• Нидерланды: 33 320 кДж/м³
• Норвегия: 39 877 кДж/м³
• Россия: 38 231 кДж/м³
• Саудовская Аравия: 38 000 кДж/м³
• США: 38 416 кДж/м³
• Узбекистан: 37 889 кДж/м³

Необходимое количество электроэнергии для работы лампочки мощностью 100 Вт в течение 1 года[править | править код]

Количество топлива, необходимого для получения указанной ниже электроэнергии, рассчитано при 100 % эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую. Так как большинство электрогенерирующих установок и распределительных систем достигают эффективности (КПД) порядка 30—35 %, фактическое количество топлива, используемого для питания лампочки мощностью 100 Вт, будет приблизительно в три раза больше указанного количества.

• 228,5 кг древесины (при 20 % влажности)
• 88,5 кг угля (антрацит малозольный)
• 72,1 кг керосина
• 79,2 м³ природного газа (используя усредненную величину 40000 кДж/м³)
• 63 кг метана
• 26 кг водорода
• 0,04 г урана (здесь имеется в виду энергия, выделяющаяся при цепной ядерной реакции)
• 1,75*10⁻⁵ г антивещества (здесь имеется в виду энергия, выделяющаяся при аннигиляции).

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• Физический энциклопедический словарь
• Большая Советская энциклопедия
• Пособие по применению НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности»

См. также[править | править код]

• Внутренняя энергия
• Горение
• Пожар
• Экзотермическая реакция
• Удельная теплота сгорания

Теплота сгорания
топлива.
Теплотой сгорания топлива назы­вают
количество теплоты в кДж, выделяемой
при полном сгора­нии 1 кг твердого
(жидкого) или 1 м³
газообразного топлива.

Для твердого и
жидкого топлива различают теплоту
сгорания высшую
Q_в
(кДж/кг) и
низшую Q_н
(кДж/кг).

Величины высшей
и низшей теплоты сгорания рабочей,
горю­чей и сухой массы твердого
(жидкого) топлива связаны выраже­ниями:

Q=Q+225Н^р+25W^p; (1.9
)

Q=Q+225Н^г; (1.10)

Q=Q+225Н^с. (1.11)

Тепловые расчеты
котлов выполняют, пользуясь низшей
теп­лотой сгорания рабочей массы
топлива:

низшая теплота
сгорания (кДж/кг) рабочей массы твердого
и жидкого топлива

Q=338C^p+1025H^p-108,5(O^p-S)-25W^p, (1.12)

где С^р,
Н^р,
О^р,
S,
W^p
— содержание элементов в рабочей массе
топлива, %;

низшая теплота
сгорания (кДж/м³)
газообразного топлива

Q=108H₂
+ 126CO
+ 234H₂S
+ 358CH₄
+ 591C₂H₄
+ 638C₂H₆+860С₃Н₆
+ 913С₃Н₈
+
+ 1135С₄Н₈+1187С₄Н₁₀+1461С₅Н₁₂+
1403C₆H₆, (1.13)

где Н₂,
СО, H₂S,
СН₄,
С₂Н₄
и т. д. — объемное содержание газов,
входящих в состав газообразного топлива,
%.

При пересчете
низшей теплоты сгорания пользуются
следу­ющими формулами:

с горючей массы
на рабочую и обратно

(1.14)

(1.15)

с сухой массы на
рабочую и обратно

(1.16)

(1.17)

для горючих сланцев
— с горючей массы на рабочую и об­ратно

(1.18)

(1.19)

при изменении
влажности

(1.20)

Для смеси двух
твердых, жидких или газообразных топлив
низшая теплота сгорания определяется
по формуле

, (1.21)

где b₁
— массовая
доля одного из топлив в смеси;
— низшая
теплота сгорания первого вида топлива
в смеси, кДж/кг (кДж/м³);
—
низшая теплота сгорания второго вида
топлива, кДж/кг (кДж/м³).

Для сравнения
тепловой ценности различных видов
топлива пользуются понятием условного
топлива. Условным
топливом называют
такое топливо, теплота сгорания которого
равна 29 300 кДж/кг.

Пересчет расхода
натурального топлива на условное
осущест­вляется по формуле

В_у=ВЭ, (1.22)

где В_у
и
В —
соответственно расход условного и
натурального топлива, кг, кг/с; Э
— тепловой
эквивалент топлива, определя­емый по
формуле

Э=/29
300. (1.23)

Зольность,
влажность и
сернистость
топлива. При
рассмотре­нии условий работы котлов
на различных видах топлива пользу­ются
приведенными величинами зольности А_пр
влажности
W_np
и сернистости
S_пр,
топлива:

приведенная
зольность топлива, кг·%/МДж,

А_пр=А^р/; (1.24)

приведенная
влажность топлива, кг·%/МДж,

W_пр=W^р/; (1.25)

приведенная
сернистость топлива, кг·%/МДж,

S_пр=/; (1.26)

Задача 1.9.
Определить низшую и высшую теплоту
сгорания рабочей массы челябинского
угля марки БЗ состава: С^р=37,3%;
Н^р=2,8%;
=l,0%;
N^p=0,9%;
О^р=10,5%;
А^р=29,5%
и W^p=18,0%.

Ответ: =13997
кДж/кг; =15077
кДж/кг.

Задача 1.10.
Определить низшую и высшую теплоту
сгорания рабочей массы кузнецкого угля
марки Д, если состав его горючей массы:
C^г=78,5%;
Н^г=5,6%;с
S=0,4%;
N^г=2,5%;
О^г=13,0%.
Зольность сухой массы А^с=15,0%
и влажность рабочая W^р=12,0%.

Решение:
Пользуясь коэффициентами пересчета
(табл. 1.1), определяем зольность рабочей
массы топлива

и состав рабочей
массы:

Низшая теплота
сгорания рабочей массы топлива, по
фор­муле (1.12),

Q
=
338C^p+1025H^p-108,5(O^p-S)-25W^p=338·58,7+1025·4,2-108,5(9,7-0,3)-25·12=
=22
825 кДж/кг.

Высшая теплота
сгорания, по формуле (1.9),

Q=Q+225Н^р+25W^p=22825+225·4,2+25·12,0=24
070 кДж/кг.

Задача 1.11.
Определить
низшую теплоту сгорания рабочей и сухой
массы донецкого угля марки Г, если
известны его низшая теплота сгорания
горючей массы Q=33170
кДж/кг, зольность сухой массы А^с=25,0%
и влажность
рабочая W^p=
8,0%.

Ответ: Q=22024
кДж/кг; Q=24157
кДж/кг.

Задача 1.12.
Определить
низшую теплоту сгорания горючей и сухой
массы кузнецкого угля марки Т, если
известны его низшая теплота сгорания
рабочей массы Q=26180
кДж/кг, зо­льность сухой массы А^c=
18,0% и влажность
рабочая W^p
= 6,5%.

Ответ:
Q=34345
кДж/кг; Q=28174
кДж/кг.

Задача 1.13.
Определить
высшую теплоту сгорания горючей и сухой
массы кизеловского угля марки Г, если
известны следу­ющие величины: Q=l9680
кДж/кг; Н^р=3,6%;
A^р=31,0%;
W^p=6,0%.

Ответ: Q=21
961 кДж/кг; Q=32635кДж/кг.

Задача 1.14.
Определить
низшую и высшую теплоту сгорания рабочей
массы ленинградских сланцев, если
известны следующие величины: Q=36848
кДж/кг; Н^р=2,7%;
A^р=46,0%;
W^p=11,5%
и (СО₂)=16,4%.

Ответ: Q=
9337 кДж/кг; Q=10
232 кДж/кг.

Задача 1.15.
Определить
низшую и высшую теплоту сгорания горючей
массы высокосернистого мазута, если
известны следующие величины: Q=38772
кДж/кг; Н^р=10,4%;
А^р=0,1%
W^p=3,0%.

Решение:
Содержание водорода в горючей массе
определяем, пользуясь коэффициентом
пересчета (табл. 1.1):

Низшая теплота
сгорания горючей массы топлива, по
формуле (1.15),

кДж/кг.

Высшая теплота
сгорания, по формуле (1.10),

Q=Q+225Н^г=40090+225·10,7
= 42497 кДж/кг.

Задача
1.16. Определить
низшую теплоту сгорания сухо природного
газа Саратовского месторождения состава:
СО₂=0,8%;
СН₄=84,5%;
С₂Н₆=3,8%;
С₃Н₈=1,9%;
С₄Н₁₀=0,9%;
С₅Н₁₂=0,3%;
N₂=7,8%.

Ответ: Q=35799
кДж/м³.

Задача 1.17.
Определить низшую теплоту сгорания
рабочей массы челябинского угля марки
БЗ состава: С^р=37,3%;
Н^р=2,8%;
S=1,O%;
N^p=0,9%;
О^р=10,5%;
A^р=29,5%;
W^p=18%,
— при увеличении его влажности до
W^p=20%.

Ответ:
Q=13542
кДж/кг.

Задача 1.18.
В топке котла сжигается смесь, состоящая
из 3·10³
кг кузнецкого угля марки Д и 7·10³
кг кузнецкого угля марки Т. Определить
низшую теплоту сгорания смеси, если
известно, что низшая теплота сгорания
угля марки Д составляет Q=22825
кДж/кг, а угля марки Т — Q=26180
кДж/кг. .

Ответ: Q=25174
кДж/кг.

Задача 1.19.
Определить высшую теплоту сгорания
рабочей массы, приведенную влажность,
приведенную зольность, приве­денную
сернистость и тепловой эквивалент
подмосковного угля марки Б2 состава:
С^р=28,7%;
Н^р=2,2%;
S=2,7%;
N^p=0,6%;
О^p=8,6%;
A^p=25,2%;
W^p=32%.

Решение:
Низшая теплота сгорания рабочей массы
топлива, по формуле (1.12),

Q=338C^p+1025Н^р-108,5
(O^p-S)-25W^p=338·28,7+1025·2,2-108,5(8,6-2,7)-25·32=
=10516
кДж/кг.

Высшая теплота
сгорания рабочей массы топлива, по
фор­муле (1.9),

Q=Q+225H^p+25W^p=10516
+ 225·2,2+25·32=11811
кДж/кг.

Приведенная
влажность топлива, по формуле (1.25),

W_np=W^p/Q=
32/10,516 = 3,04 кг·
%/МДж.

Приведенная
зольность топлива, по формуле (1.24),

A_пр=A^р/Q=25,2/10,516
= 2,39 кг·%/МДж.

Приведенная
сернистость топлива, по формуле (1.26),

S_np=S^p/Q=2,7/10,516
= 0,257 кг·%/МДж.

Тепловой эквивалент
топлива, по формуле (1.23),

Э=Q/29300=10516/29300=0,36.

Задача 1.20.
Определить
высшую теплоту сгорания рабочей массы,
приведенную влажность, приведенную
зольность, приве­денную сернистость
и тепловой эквивалент донецкого угля
марки А, если известны следующие величины:
Q=22625
кДж/кг; Н^р=1,2%;
S=l,7%;
А^р=22,9%;
W^p=8,5%.

Ответ: Q=23107,5
кДж/кг; W_np=0,375
кг·%/МДж;
A_np=1,01
кг·%/МДж;
S_np=0,075
кг·%/МДж;
Э
= 0,77.

Задача 1.21.
Определить
приведенную влажность, приведен­ную
зольность и приведенную сернистость
донецкого угля марки Т состава: С^p=62,7%;
Н^р=3,1%;
S=2,8%;
N^p=0,9%;
O^p=l,7%;
A^р=23,8%;
W^p=5%.

Ответ: W_np=0,203
кг·%/МДж;
A_np=0,966
кг·%/МДж;
S_np=0,114
кг·%/МДж.

Задача 1.22.
Определить
приведенную влажность, приведенную
зольность и тепловой эквивалент
челябинского угля марки БЗ, если
известен, состав его горючей массы:
С^г=71,1%;
H^г=5,3%;
S=l,9%;
N^г=l,7%;
О^г=20,0%;
зольность сухой мас­сы А^с=36%
и влажность рабочая W^р=18%.

Ответ: W_nр=1,286
кг·%/МДж;
А^р=2,107
кг·%/МДж;
Э=0,48.

Задача 1.23. На
складе котельной имеется 60·10³
кг ангренского угля марки Б2, состав
которого по горючей массе: C^г=76,0%;
H^г=3,8%;
S=2,5%;
N^г=0,4%;
О^г=17,3%;
зольность сухой массы А^с=20,0%
и влажность рабочая W^р=34,5%.
Опреде­лить запас угля на складе в кг
условного топлива.

Ответ: В_у=28315
кг.

Задача 1.24. Для
котельной, в которой установлены котлы
с различными топками, подвезено 50·10³
кг донецкого угля мар­ки Т состава:
С^р=
62,7%; Н^р=3,1%;
S=2,8%;
N^p=0,9%;
O^p=1,7%;
А^р=23,8%;
W^р=5,0%,
и 60·10³
кг донецкого угля марки А состава:
С^р=63,8%;
Н^р=1,2%;
S=l,7%;
N^p=0,6%;
O^p=l,3%;
А^р=22,9%;
W^p=8,5%.
Определить время работы топок, если
известно, что топки, работающие на угле
марки Т, расходуют 2·10³
кг/ч условного топлива, а топки, работающие
на угле марки А, — 2,3·10³
кг/ч условного топлива.

Решение:
Низшая теплота сгорания рабочей массы
донец­кого угля марки Т, по формуле
(1.12),

Q=338C^p+1025H^p-108,5(O^p-S)-25W^p=338·62,7+1025·3,1-108,5(1,7-2,8)-25·5,0=
=24365
кДж/кг.

Масса условного
топлива, соответствующая 50·10³
кг донец­кого угля марки Т, по формуле
(1.22);

B_y1=B₁Э=В₁Q/29300=50·10³-24365/29300=41,6·10³
кг.

Определяем время
работы топок на донецком угле марки Т:
τ₁=В_у1/(2·10³)=41,6103/(2·10³)
=20,8 ч.

Низшая теплота
сгорания рабочей массы донецкого угля
мар­ки А, по формуле (1.12),

Q=338С^р+1025Н^р-108,5(O^p-S)-25W^p=338·63,8+1025·1,2-108,5(1,3-1,7)-25·8,5=
=22625
кДж/кг.

Масса условного
топлива, соответствующая 60·10³
кг донец­кого угля марки А, по формуле
(1.22),

B_y2=B₂Q/29300=60·10³-22625/29300=46,3·10³
кг.

Находим время
работы топок на донецком угле марки А:

τ₂=B_у2/(2,3·10³)=46,3·10³/(2,3·10³)=20,1
ч.

Задача 1.25.
Две котельные установки одинаковой
произво­дительности работают на
различных видах топлива. Первая из них
сжигает 10·10³
кг/ч кузнецкого угля марки Т состава:
С^р=68,6%;
Н^р=3,1%;
S=0,4%;
N^p=l,5%;
О^р=3,1%;
A^р=16,8%;
W^p=6,5%.
Вторая расходует 6·10³
кг/ч кузнецкого угля марки Д состава:
C^p=58,7%;
Н^р=4,2%;
S=0,3%;
N^p=l,9%;
О^р=9,7%;
A^p=13,2%;
W^p=12,0%.
Определить, какому количест­ву
условного топлива эквивалентен часовой
расход топлива в установках.

Ответ: B_y1=9000
кг/ч; В_у2=4674
кг/ч.

Задача 1.26.
В котельной за 10 ч сжигается 10⁶
кг донецкого угля марки Г состава:
С^p=55,2%;
Н^р=3,8%;
S=3,2%;
N^p=1,0%;
О^р=5,8%;
А^р=23,0%;
W^p=8,0%.
Определить часовую потребность котельной
в условном топливе.

Ответ: В_у=15170
кг/ч.

Соседние файлы в папке задачи по турбинам

• #
• #
• #
• #
• #
• #

Значение низшей теплоты сгорания вещества один из важнейших параметров для расчета категорий помещений по взрывопожароопасности.

Низшая теплота сгорания – величина справочная, определяется экспериментально методами калориметрии. Однако, существуют и расчетные методы.

Определение данного пожароопасного свойства расчетными методами законно и может использоваться при категорировании, так как в соответствии с пунктом 4.3 СП 12.13130.2009 определение пожароопасных свойств веществ и материалов производится на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давления, температуры и т. д.).

Для расчета низшей теплоты сгорания органических веществ с определенным элементным составом в работе «Физико-химические и огнеопасные свойства органических химических соединений : (справочник : [в 2 кн.]) / Г. Т. Земский. – Москва : ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009» рекомендована преобразованная формула Менделеева, имеющая вид:

Q_н=418⋅(81⋅C⋅n_C+246⋅H⋅n_H +
+ 26⋅(
N⋅n_N+
S⋅n_S+
P⋅n_P+
Se⋅n_Se+
Te⋅n_Te+
Si⋅n_Si+
B⋅n_B – 
O⋅n_O
)) / M

где:

Q_н – низшая теплота сгорания, кДж/кг

C, H, N, S, P, Se, Te Si, B, O – атомные массы соответственно углерода, водорода, азота, серы, фосфора, селена, теллура, кремния, бора, кислорода

n_C,
n_H,
n_N,
n_S,
n_P,
n_Se,
n_Te,
n_Si,
n_B,
n_O

– количество атомов соответственно углерода, водорода, азота, серы, фосфора, селена, теллура, кремния, бора, кислорода в молекуле вещества (именно эти составляющие являются исходными данными для расчета)

M – молекулярная масса

Именно эта преобразованная формула и положена в основу данного калькулятора, краткое руководство по работе с которым приведено ниже.

       Здравствуйте, друзья! Рассчитаем низшую теплоту сгорания топлива для конкретного вида топлива. В качестве исходного топлива примем: Богородицкий Б2 – марки Б, второй группы Богородицкого месторождения. Состав (%): Сг=65,1; Hг=5,2; Oг=22,3; Nг=1,0; Sлг=6,4; зольность на сухое вещество Ас=37,0; влажность Wр=35,0. Б – означает бурый уголь, а 2 – содержание влаги от 30 до 40 %, для данного топлива содержание влаги Wр = 35%. Влага присутствует в рабочем составе топлива. Исключая из рабочего состава влагу, получаем характеристики сухого состава, Ас = 37%. Исключая из сухого состава золу, получаем состав топлива по горючей массе, что позволяет более точно выявить структуру топлива того или иного месторождения, исключив воздействие внешних условий,а именно: метеорологических факторов и способов добычи.

       В данном топливе, горючей массе содержание горючих элементов, которые определяют теплоту сгорания, составляет 76,7%, содержание внутреннего балласта – азота и кислорода – 23,3%, поэтому следует ожидать низкое значение теплоты сгорания топлива, тем более, что велико содержание внешнего балласта – золы и влаги. Как и все бурые угли, данное топливо характеризуется высоким выходом летучих (Vг > 40%), неспекшимся коксовым остатком.

      Далее определяем состав рабочей массы топлива. Рабочая масса топлива характеризуется следующим равенством:

        (1)

где Ср, Hр, Sр – горючие элементы топлива: углерод, водород, летучая горючая сера (органическая и колчеданная),

Oр, Nр – внутренний балласт топлива: кислород, азот,

Aр,Wр –внешний балласт топлива, зола, влага.

Сухой состав топлива характеризуется равенством:

Сс + Hс + Oс + Nс + Sс + Ас = 100%                                     (2)

Получим формулу пересчета зольности сухого вещества на рабочее топливо.

Ср + Hр + Oр + Nр + Sр + Ар = 100% — Wр                     (1.1.)

Сс + Hс + Oс + Nс + Sс + Ас = 100%

Сравнивая формулы (1.1) и (2) получаем

Ар*100 = Ас (100 – Wр), откуда

Ар = Ас*(100 – Wр)/100 = 37*(100-35)/100 = 24,05%.

Подсчитываем внешний балласт топлива:

Б = Ар + Wр = 24,05 + 35 = 59,05 %

Пользуясь формулой пересчета горючей массы топлива на рабочую массу получаем:

Ср = Сг*(100 – (Ар + Wр))/100 = 65,1*(100 – (24,05 + 35))/100 = 65,1*0,4098 = 26,658 %.

Замечаем, что коэффициент пересчета равен 0,4095.

Hр = 5,2*0,4095 = 2,129 %

Oр = 22,3*0,4095 = 9,132 %

Nр = 1,0*0,4095 = 0,410 %

Sр = 6,4*0,4095 = 2,621 %

Используя формулу (1) проверяем материальный баланс.

26,658 + 2,129 + 9,132 + 0,420 + 2,621 + 24,05 + 35 = 100 %.

100 % = 100 %, следовательно, расчеты выполнены правильно.

      Далее рассчитываем низшую теплоту сгорания. Количество тепла, получаемое при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1нм3 газообразного топлива, называется теплотой сгорания топлива. Как известно, к горючим элементам относятся: углерод С, водород H, летучая горючая сера Sл. Значение теплоты сгорания по высшему пределу для жидкого и твердого топлива получают в калориметрической бомбе, где выделяется дополнительное количество тепла за счет охлаждения и конденсации водяных паров, образовавшихся в процессе горения.

     В практических условиях пользуются теплотой сгорания по низшему пределу, так называемой низшей теплотой сгорания топлива, так как водяные пары не конденсируются и выбрасываются вместе с другими компонентами в атмосферу. Для расчета низшей теплоты сгорания твердого и жидкого топлива Qн.р, МДж/кг, пользуются формулой Менделева:

Qн.р = 0,339*Cр + 1,03*Hр – 0,109*(Oр – Sр ор+к) – 0,0251*Wр.

Qн.р = 0,339*26,658 + 1,03*2,129 – 0,109*(9,132-2,621) – 0,0251*35 = 9,642 МДж/кг

Qн.р = 9,642 МДж/кг = 9642 КДж/кг делим на 4,187 = 2303 ккал/кг.

Таким образом, низшая теплота сгорания будет равна 2303 ккал/кг.

Теплота́ сгора́ния — это количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания (дж или кал на 1 кг или м³).

Для её измерения пользуются методами калориметрии. Теплота сгорания определяется химическим составом горючего вещества. Содержащиеся в горючем веществе химические элементы обозначаются принятыми символами С, Н, О, N, S, а зола и вода — символами А и W соответственно.

Виды теплоты сгорания

Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе горючего вещества Q^P, то есть к горючему веществу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе вещества Q^C; к горючей массе вещества Q^Γ, то есть к горючему веществу, не содержащему влаги и золы.

Различают высшую (Q_B) и низшую (Q_H) теплоту сгорания.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.

Низшая и высшая теплота сгорания связаны соотношением: Q_B = Q_H + k(W + 9H),

где k — коэффициент, равный 25 кдж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

Расчёт теплоты сгорания

Таким образом, низшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах низшая теплота сгорания принимается как 100 %. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11 %.

На практике, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в веществе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Низшая теплота сгорания определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):

(для твердого вещества)

или

(для жидкого вещества), где:

 • 2514 — теплота парообразования при температуре 0 °C и атмосферном давлении, кДж/кг;

 • H^P и W^P — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;

 • 9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.

Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчётным способом в соответствии с формулой Д. И. Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:

или

, где:

C_P, H_P, O_P, , W_P — содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).

Для сравнительных расчётов используется так называемое Топливо условное, имеющее удельную теплоту сгорания, равную 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

В России тепловые расчёты (например, расчёт тепловой нагрузки для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности^[1]) обычно ведут по низшей теплоте сгорания, в США, Великобритании, Франции — по высшей. В Великобритании и США до внедрения метрической системы мер удельная теплота сгорания измерялась в британских тепловых единицах (BTU) на фунт (lb) (1Btu/lb = 2,326 кдж/кг).

Вещества и материалы	Низшая теплота сгорания , МДж/кг
Бензин	41,87
Керосин	43,54
Бумага: книги, журналы	13,4
Древесина (бруски W = 14 %)	13,8
Каучук натуральный	44,73
Линолеум поливинилхлоридный	14,31
Резина	33,52
Волокно штапельное	13,8
Полиэтилен	47,14
Хлопок разрыхленный	15,7

Самые высокие значения теплоты сгорания природных газов из различных источников

Эти данные были получены от Международного энергетического агентства.^[2]

• Алжир: 42 000 кДж/м³
• Бангладеш: 36 000 кДж/м³
• Канада: 38 200 кДж/м³
• Индонезия: 40 600 кДж/м³
• Нидерланды: 33 320 кДж/м³
• Норвегия: 39 877 кДж/м³
• Россия: 38 231 кДж/м³
• Саудовская Аравия: 38 000 кДж/м³
• Великобритания: 39 710 кДж/м³
• Соединенные Штаты: 38 416 кДж/м³
• Узбекистан: 37 889 кДж/м³

Необходимое количество топлива для работы лампочки мощностью 100 Вт в течение года

(Количество топлива указанное ниже 100 % эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую. Так как большинство электрогенераторов и распределительных систем достигают эффективности (КПД) порядка 30 % — 35 %, фактическое количество топлива, используемого для питания лампочки мощностью 100 Вт, будет приблизительно в три раза больше указанного количества).

• 166 кг древесины
• 117—210 кг угля
• 73,34 кг керосина
• 78,8 m³ природного газа (используя усредненную величину 40000 кДж/м³)
• 58 кг метана
• 0,006 кг урана
• 17,5 мкг антивещества

Примечания

Литература

• Физический энциклопедический словарь
• Большая Советская энциклопедия
• Пособие к НПБ 105-03

См. также

• Внутренняя энергия
• Горение
• Пожар
• Экзотермическая реакция