Качественные показатели угля. Каменный. Бурый. Антрацит.

От чего зависит теплотворная способность дров?

Химический состав подавляющего большинства пород дерева практически одинаковый. Небольшие колебания химического состава различных пород и определяют различия в теплотворной способности различных пород дерева. Теплотворная способность измеряется в килокалориях – то есть вычисляется количество тепла, получаемое при сжигание одного килограмма дерева той или иной породы. Принципиальных различий между теплотворными способностями различных пород древесины нет. И для бытовых целей достаточно знать усредненные значения.

теплотворность различных пород

Различия между породами в теплотворной способности выглядят минимально. Стоит отметить, что исходя из таблицы может показаться, что выгоднее покупать дрова, заготовленные из древесины хвойных пород, ведь их теплотворность больше. Однако, на рынке дрова поставляются по объему, а не по массе, так что в одном кубометре дров, заготовленных из древесины лиственных пород дерева их будет просто больше.

Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива

Наибольшей энергоёмкостью из твёрдых видов топлива обладает каменный уголь — 27 МДж/кг (антрацит — 28 МДж/кг). Подобные показатели имеет древесный уголь (27 МДж/кг). Намного менее теплотворен бурый уголь — 13 Мдж/кг. Он к тому же содержит обычно много влаги (до 60 %), которая, испаряясь, снижает величину общей теплоты сгорания.

Торф сгорает с теплотой 14-17 Мдж/кг (зависит от его состояния — крошка, прессованый, брикет). Дрова, подсушенные до 20 % влажности, выделяют от 8 до 15 Мдж/кг. При этом количество энергии, получаемой от осины и от берёзы, может разниться практически вдвое. Примерно такие же показатели дают пеллеты из разных материалов — от 14 до 18 Мдж/кг.

Намного меньше, чем твёрдые, различаются величинами удельной теплоты сгорания жидкие виды топлива. Так, удельная теплота сгорания дизельного топлива — 43 МДж/л, бензина — 44 МДж/л, керосина — 43,5 МДж/л, мазута — 40,6 МДж/л.

Удельная теплота сгорания природного газа составляет 33,5 МДж/м³, пропана — 45 МДж/м³. Наиболее энергоёмким топливом из газообразных является газ водород (120 Мдж/м³). Он весьма перспективен для использования в качестве топлива, но на сегодняшний день пока не найдены оптимальные варианты его хранения и транспортировки.

Введение

Теплота сгорания является важнейшим показателем качества энергетического топлива и характеризует теплоценность углей. Кроме того, теплота сгорания является одним из классификационных параметров углей, которые подразделяют на виды по величине высшей теплоты сгорания на влажное беззольное состояние.

При определении теплоты сгорания в калориметрической бомбе получают величину высшей теплоты сгорания анализируемой пробы при постоянном объеме. Продукты сгорания находятся в газообразном состоянии, за исключением воды, образующейся при сгорании и конденсирующейся в жидкость.

Ранее в стандартах и научно-технической литературе применяли термины "высшая и низшая теплоты сгорания" (ГОСТ 17070) без уточнения – при постоянном объеме или давлении. При переходе от старых терминов к новым (см. раздел 3) и для правильной интерпретации полученных ранее результатов следует учитывать, что понятию о высшей теплоте сгорания соответствует термин "высшая теплота сгорания при постоянном объеме", а понятию о низшей теплоте сгорания – термин "низшая теплота сгорания при постоянном давлении".

В настоящем стандарте приведены общие принципы метода определения теплоты сгорания, процедуры проведения градуировки калориметров, особенности испытания разных видов твердого топлива и общие представления об особенностях отдельных типов калориметров.

В настоящий стандарт включены дополнительные по отношению к международному стандарту ISO 1928 требования, отражающие потребности экономики и/или особенности межгосударственной стандартизации, а именно:

– в области распространения конкретизированы виды твердого минерального топлива;

– из текста исключено описание калориметра, в котором сосуд, мешалка и вода заменены металлическим блоком, поскольку настоящий стандарт распространяется на жидкостные (водные) калориметры;

– исключены приложения А, В, С, D и F, в которых приведены рекомендации, необходимые для проектировщиков, изготовителей и поверителей калориметров. Из этих приложений в основной текст стандарта перенесены рекомендации по технике безопасной работы операторов и подробности работы, необходимые для получения результатов, прецизионность которых отвечает требованиям настоящего стандарта;

– из основного текста стандарта в новое приложение А перенесено описание процедуры градуировки изопериболического и адиабатического калориметров, т.е. изложены методики определения энергетических эквивалентов этих калориметров;

– добавлено приложение Б, в котором приведены обоснования и формулы для расчета высшей теплоты сгорания при постоянном давлении, низшей теплоты сгорания при постоянном объеме и постоянном давлении;

– добавлено приложение В, в котором собраны информационно-справочные материалы, необходимые для пользования стандартом;

– настоящий модифицированный стандарт не имеет технических отклонений, но текст стандарта ISO 1928 отредактирован, сокращен и изложен в соответствии с требованиями ГОСТ 1.5 и ГОСТ 1.3.

Регламенты, которые регулируют качество топлива

Стоит отметить, что на данный момент на территории России качество реализуемого топлива регламентируют сразу семь ГОСТов. В данном случае три из них имеют непосредственное отношение к бензину (P51105, P51866 и 32513), а четыре относятся к солярке (P52368, 32511, P55475 и 305). Здесь необходимо принимать во внимание тот факт, что текущее российское законодательство не обязывает компании строго следовать условиям ГОСТа, из-за чего можно придерживаться и некоторых иных нормативов. В частности, производители нередко принимают во внимание технические условия (ТУ) или соответствующий стандарт организации (СТО).

Читайте наc:

Разумеется, в данном случае лучше доверять горючей смеси, чье производство в полной мере соответствует нормам ГОСТ. При желании, каждый автолюбитель при посещении заправочной станции может ознакомиться с технологией производства и предусмотренным нормам. Сведения об этом всегда присутствуют в открытом порядке, а кроме того, необходимые документы вывешены на территории АЗС, чтобы каждый желающий заправиться автомобилист мог ознакомиться с условиями. Стоит отметить, что основные нормативы в данном случае излагаются в техническом регламенте таможенного союза.

Также автомобилистам стоит присматриваться к маркировке используемого топлива. Так, к примеру, стандартный 95-й бензин имеет обозначение, как АИ-95 К5. Это означает, что топливо соответствует 5 классу качества. Примечательно, что на территории с 2016 года действует запрет на использование горючих смесей, которые не соответствуют этому классу. Что касается отличия топлива АИ-92 и АИ-95, то речь идет про допустимое содержание определенных примесей, повышающих октановое число горючей смеси. Кроме того, автолюбители должны понимать, что присутствующий экологический стандарт Евро-5 никакого отношения к дизельному или бензиновому топливу не имеет, по той простой причине, что применяется к уровню выбросов CO2 автомобиля. По этой причине, не стоит вестись на надписи типа «Наш бензин полностью соответствует требованиям Евро-5». Таким образом заправочные станции проводят маркетинговый ход.

Водород

Ещё один путь внедрения водорода на автотранспорте – сжигание его в ДВС. Такой подход исповедуют BMW и Mazda. Японские и немецкие инженеры видят в этом свои преимущества.

BMW и Mazda предлагают сохранить в автомобиле возможность ездить на бензине (по аналогии с распространёнными ныне двух-топливными машинами "бензин/газ"). Кроме того, перевод на водород обычных ДВС (при соответствующих настройках) не только делает их чистыми, но и повышает термический КПД и улучшает гибкость работы.

Дело в том, что водород обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси. И сгорает водород полнее, даже вблизи стенок цилиндра, где в бензиновых двигателях обычно остаётся несгоревшая рабочая смесь.

Физические свойства водорода существенно отличаются от таковых у бензина. Над системами питания немцам и японцам пришлось поломать голову. Но результат того стоил. Показанные BMW и Mazda водородные автомобили сочетают привычную для владельцев обычных авто высокую динамику с нулевым выхлопом.

А главное – они куда лучше приспособлены к массовому производству, чем "ультраинновационные" машины на топливных элементах. Как и для авто на топливных элементах, которым предрекают скорый рассвет, создателям машин с водородным ДВС нужно было сперва решить, каким способом хранить водород в автомобиле.

Самый перспективный вариант – металл-гидриды – ёмкости со специальными сплавами, которые впитывают водород в свою кристаллическую решётку и отдают его при нагревании. Так достигается самая высокая безопасность хранения и самая высокая плотность упаковки топлива. Но это и самый хлопотный, и дальний по срокам массовой реализации вариант.

Ближе к серийному производству топливные системы с баками, в которых водород хранится в газообразном виде под высоким давлением (300-350 атмосфер), либо в жидком виде, при сравнительно невысоком давлении, но низкой (253 градуса Цельсия ниже нуля) температуре. Соответственно, в первом случае нам нужен баллон, рассчитанный на высокое давление, а во втором – мощнейшая теплоизоляция.

Первый вариант более опасен, но зато в таком баке водород может сохраняться долго. Во втором случае безопасность куда выше, но на неделю-другую водородный автомобиль на стоянку не поставишь. Точнее, поставишь, но водород хоть медленно, но будет нагреваться. Давление вырастет, и предохранительный клапан начнёт стравливать дорогое топливо в атмосферу. Mazda выбрала вариант с баком высокого давления, BMW – с жидким водородом.

Немцы понимают все недостатки своей схемы, но сейчас BMW уже экспериментирует с необычной системой хранения, которую будет ставить на следующие свои водородные машины. Пока автомобиль эксплуатируется, из окружающей атмосферы вырабатывается жидкий воздух и закачивается в промежуток между стенками водородного бака и внешней теплоизоляцией. В таком баке водород почти не нагревается, пока испаряется жидкий воздух во внешней "рубашке". С таким устройством, говорят в BMW, водород в бездействующей машине может сохраняться почти без потерь примерно 12 дней.

Итак, BMW и Mazda нанесли двойной удар по стану сторонников топливных элементов. Хотя стоимость последних постоянно снижается, а технологии совершенствуются, не исключено, что именно серийные ДВС на водороде откроют новую эру на дорогах планеты. Вот прогноз баварцев. В последующие три года водородные заправки (хоть по одной) построят во всех западноевропейских столицах, а также на самых крупных трансъевропейских магистралях. 

Измерение энергоемкости топлива

Удельная теплота сгорания топлива удобна для сравнения различных видов топлива. В большинстве случаев энергоемкость топлива определяют в жидкостном калориметре-интеграторе с изотермической оболочкой, в котором измерение выполняется при поддержании постоянного объема в так называемой «калориметрической бомбе», то есть толстостенном сосуде высокого давления. Теплота сгорания или энергоемкость определяется как количество теплоты, которое выделилось в сосуде при сгорании точно взвешенной массы образца топлива в кислородной среде. При этом объем сосуда, в котором сгорает топливо, не изменяется.

В таких калориметрах сосуд высокого давления, в котором происходит горение образца, заполняется чистым кислородом под давлением. Кислорода добавляют чуть больше, чем нужно для полного сгорания образца. Сосуд высокого давления калориметра должен выдерживать давление газов, образующихся при сгорании топлива. При сгорании весь углерод и водород реагируют с кислородом с образованием диоксида углерода и воды. Если сгорание происходит не полностью, например, при недостатке кислорода, образуется монооксид углерода (угарный газ СО) или топливо просто не сгорает, что приводит к неправильным, заниженным результатам.

Энергия, выделяющаяся при сгорании образца топлива в сосуде высокого давления, распределяется между сосудом высокого давления и поглощающей средой (обычно водой), окружающей сосуд высокого давления. Измеряется повышение температуры в результате реакции. Затем рассчитывается теплота сгорания топлива. Для этого используются результаты измерения температуры и калибровочных тестов, для чего в данном калориметре сжигают материал с известными характеристиками.

Любой жидкостный калориметр-интегратор состоит из следующих частей:

Жидкостный калориметр-интегратор

• толстостенный сосуд высокого давления («бомба»), в котором происходит химическая реакция горения (4);
• калориметрический сосуд с жидкостью, обычно имеющий тщательно отполированные наружные стенки для уменьшения теплопередачи; в этот сосуд с водой (5) помещается «бомба»;
• мешалка
• теплоизолированный кожух, который защищает калориметрический сосуд с сосудом высокого давления от внешних температурных воздействий (7);
• датчик температуры или термометр, измеряющий изменение температуры в калориметрическом сосуде (1)
• электрический запал с плавкой проволокой и электродами (6) для воспламенения топлива в чашке для образца (3), установленной в сосуде высокого давления (4); и
• трубка (2) для подачи кислорода O₂.

В связи с тем, что при реакции горения в среде кислорода в прочном сосуде создается высокое давление в течение короткого промежутка времени, измерения могут быть опасными и следует четко соблюдать правила безопасности. Калориметр, его клапаны безопасности и электроды зажигания должны поддерживаться в рабочем состоянии и чистоте. Вес образца не должен превышать максимально допустимый для данного калориметра.

Удельная теплота сгорания различных видов топлива

Удельный расход топлива на единицу тяги является мерой эффективности любого двигателя, в котором топливо сжигается для получения тяги. Именно такие двигатели установлены на многоразовом транспортном космическом корабле «Атлантис».

Эффективные котлы для обогрева помещений

Для каждого вида топлива существует оборудование, которое работает наилучшим образом.

Конденсационный газовый

Дешевое отопление при наличии газовой магистрали можно выполнить с применением котлов конденсационного типа.

Экономия топлива в таком котле составляет 30-35%. Это происходит за счет двойного отбора тепла в теплообменнике и конденсаторе.

Оборудование выпускается с немоделируемой и моделируемой горелками. Последние подстраиваются под разные режимы горения – в процессе работы постепенно меняют мощность.

Производят котлы следующих видов:

• настенные – для небольших площадей квартир, домов и коттеджей;
• напольные – обогревают многоквартирные дома, промышленные объекты, большие офисы;
• одноконтурные – только для обогрева;
• двухконтурные – обогрев и горячая вода.

Кроме всех достоинств, у установок имеются и недостатки:

1. Более высокая цена, по сравнению с оборудованием устаревших конструкций.
2. Требуется соединение котла с канализацией для отвода конденсата.
3. Устройство чувствительно к качеству воздуха.
4. Энергозависимость.

Пиролизный

Пиролизные теплогенераторы работают на твердом топливе. Это относительно экономичные котлы для частного дома.

Принцип их действия основан на процессе пиролиза – выделения из древесины газа при ее тлении. Теплоноситель нагревается за счет сгорания газа, который попадает в камеру из загрузочного отсека, и последующего дожига древесного угля.

Системы пиролизного типа делают с принудительной вентиляцией, работающей от электрической сети, или естественной, создаваемой высоким дымоходом.

Перед запуском такого котла его нужно предварительно разогреть до +500…+800˚С. После чего загружается топливо, запускается режим пиролиза, и включается дымосос.

Дольше всего в установке горит черный уголь – 10 часов, после него бурый – 8 часов, твердая древесина – 6, мягкая – 5 часов.

Наилучшим топливом для продления срока эксплуатации оборудования и выработки большого количества тепла являются дрова с влажностью 20-25%.

Твердотопливный

Кроме пиролизных систем, которые стоят в 2-3 раза дороже классических, не работают на отсыревшем топливе, имеют загрязненный золой дым, чтобы обогреть дом, применяют автоматизированные варианты стандартных твердотопливных котлов.

Для правильного выбора оборудования нужно определить, какой вид топлива наиболее доступен в регионе проживания.

Если существует ночные тарифы на электроэнергию, то можно использовать объединенные системы, например, на дровах и электричестве, угле и электричестве.

Считается, что необходимая мощность берется из расчета 1 кВт на 10 м² отапливаемого помещения.

Для получения горячей воды придется приобрести двухконтурный котел или использовать косвенный нагрев подключенного к одноконтурному оборудованию бойлера.

Электрокотел

Экономичное отопление частного дома без газа с наименьшими затратами можно сделать, используя котлы, работающие на электроэнергии.

Если мощность устройства до 9 кВт, то нет надобности в согласовании с поставщиками электричества.

Бюджетное оборудование, которое использует в качестве нагревательного элемента ТЭНы, занимает 90% рынка, но менее экономично и удобно в эксплуатации.

Современные котлы индукционного типа лишены ряда недостатков (нагревательный элемент не соприкасается с водой), но при этом они занимают много места и имеют высокую цену.

Сэкономить на электроэнергии получится, если:

• следить за состоянием теплоносителя;
• периодически проводить очистку нагревательных элементов;
• использовать ночные тарифы стоимости электричества;
• ставить котел с многоступенчатой регулировкой мощности, которая работает в зависимости от погодных условий.