Eri polttoainetyypeillä on erilaiset ominaisuudet. Tämä riippuu lämpöarvosta ja vapautuvan lämmön määrästä, kun polttoaine on täysin palanut. Esimerkiksi vedyn suhteellinen palamislämpö vaikuttaa sen kulutukseen. Lämpöarvo määritetään taulukoiden avulla. Ne tarjoavat vertailevia analyyseja eri energiaresurssien kulutuksesta.

Palavia aineita on valtava määrä. joista jokaisella on omat hyvät ja huonot puolensa

Vertailutaulukot

Vertailutaulukoiden avulla voidaan selittää, miksi eri energialähteillä on erilaiset lämpöarvot. Esimerkiksi kuten:

• sähkö;
• metaani;
• butaani;
• propaani-butaani;
• diesel polttoaine;
• polttopuut;
• turve;
• kivihiili;
• nesteytettyjen kaasujen seokset.

Propaani on yksi suosituimmista polttoainetyypeistä

Taulukoissa voidaan osoittaa paitsi esimerkiksi dieselpolttoaineen ominaispalolämpö. Vertailevissa analyysiraporteissa on mukana myös muita indikaattoreita: lämpöarvo, aineiden tilavuustiheydet, ehdollisen virransyötön yhden osan hinta, lämmitysjärjestelmien hyötysuhde, kilowatin hinta tunnissa.

Tässä videossa opit kuinka polttoaine toimii:

Polttoaineiden hinnat

Vertailevien analyysiraporttien ansiosta selvitetään metaanin tai dieselpolttoaineen käyttönäkymät. Kaasun hinta keskitetyssä kaasuputkessa pyrkii lisääntymään. Se voi olla jopa korkeampi kuin dieselpolttoaine. Siksi nestekaasun hinta ei juuri muutu, ja sen käyttö jää ainoaksi ratkaisuksi itsenäistä kaasutusjärjestelmää asennettaessa.

Polttoaineille ja voiteluaineille (polttoaineille ja voiteluaineille) on olemassa useita nimityksiä: kiinteät, nestemäiset, kaasumaiset ja jotkut muut syttyvät materiaalit, joissa polttoaineiden ja voiteluaineiden lämpöä tuottavan hapetusreaktion aikana sen kemiallinen lämpöenergia muuttuu lämpötilan säteilyä.

Vapautunutta lämpöenergiaa kutsutaan erityyppisten polttoaineiden lämpöarvoksi minkä tahansa palavan aineen täydellisen palamisen aikana. Sen riippuvuus kemiallisesta koostumuksesta ja kosteudesta on ravinnon pääindikaattori.

Lämpöherkkyys

Polttoaineen OTC:n määritys tehdään kokeellisesti tai analyyttisiä laskelmia käyttäen. Lämpöherkkyyden kokeellinen määritys suoritetaan kokeellisesti määrittämällä polttoaineen palamisen aikana vapautuvan lämmön tilavuus lämpövarastossa termostaatilla ja polttopommilla.

Tarvittaessa määritä polttoaineen ominaispalolämpö taulukosta Ensin laskelmat tehdään Mendelejevin kaavojen mukaan. OTC-polttoaineita on korkeampia ja pienempiä. Suurimmalla suhteellisella lämmöllä vapautuu suuri määrä lämpöä, kun mikä tahansa polttoaine palaa. Tässä otetaan huomioon polttoaineessa olevan veden haihduttamiseen kuluva lämpö.

Alimmalla palamisasteella TTC on pienempi kuin korkeimmalla, koska tällöin haihdutusta vapautuu vähemmän. Polttoaineen palaessa vedestä ja vedystä haihtuu. Teknisissä laskelmissa polttoaineen ominaisuuksien määrittämiseksi otetaan huomioon alempi suhteellinen lämpöarvo, joka on polttoaineen tärkeä parametri.

Kiinteiden polttoaineiden ominaispalamislämmön taulukoihin sisältyvät seuraavat komponentit: kivihiili, polttopuu, turve, koksi. Ne sisältävät kiinteän palavan materiaalin GTC-arvot. Polttoaineiden nimet merkitään taulukoihin aakkosjärjestyksessä. Kaikista kiinteistä polttoaineista ja voiteluaineista koksilla, kivihiilellä, ruskealla ja puuhiilellä sekä antrasiitilla on suurin lämmönsiirtokyky. Alhaisen tuottavuuden polttoaineita ovat:

• puu;
• polttopuut;
• jauhe;
• turve;
• palava liuske.

Alkoholin, bensiinin, kerosiinin ja öljyn indikaattorit on merkitty nestemäisten polttoaineiden ja voiteluaineiden luetteloon. Vedyn ja erilaisten polttoaineiden ominaispalamislämpö vapautuu kilon, kuutiometrin tai litran ehdottoman palamisen yhteydessä. Useimmiten tällaisia ​​fysikaalisia ominaisuuksia mitataan työ-, energia- ja vapautuvan lämmön yksiköissä.

Riippuen siitä, missä määrin polttoaineen ja voiteluaineiden OTC on korkea, tämä on sen kulutus. Tämä osaaminen on polttoaineen merkittävin parametri, ja se on otettava huomioon suunniteltaessa erityyppisiä polttoaineita käyttäviä kattilaasennuksia. Lämpöarvo riippuu kosteudesta ja tuhkapitoisuudesta sekä syttyvistä ainesosista, kuten hiilestä, vedystä, haihtuvasta palavasta rikistä.

Alkoholin ja asetonin palamisen SG (ominaislämpö) on paljon pienempi kuin perinteisillä moottoripolttoaineilla ja voiteluaineilla, ja se on 31,4 MJ/kg polttoöljyllä tämä luku vaihtelee välillä 39-41,7 MJ/kg. Maakaasun palamishyötysuhde on 41-49 MJ/kg. Yksi kcal (kilokalori) on 0,0041868 MJ. Erilaisten polttoaineiden kaloripitoisuus eroaa toisistaan ​​palamisen suhteen. Mitä enemmän lämpöä jokin aine luovuttaa, sitä suurempi on sen lämmönsiirto. Tätä prosessia kutsutaan myös lämmönsiirroksi. Nesteet, kaasut ja kovat hiukkaset osallistuvat lämmönsiirtoon.

Viime aikoina maakaasun hinnan säännöllisen nousun vuoksi on tullut ajankohtainen kysymys sekä lämmitysjärjestelmien asentamisesta että muuntamisesta/modernisoinnista vaihtoehtoisiin (uusiutuviin) energialähteisiin, kuten hiileen, polttopuuhun, pelleteihin, aurinko- ja tuulienergiaan. .

Tässä osiossa keskitymme kiinteän polttoaineen kattiloihin.

Polttoainetyypistä riippuen ne voidaan jakaa kiinteän polttoaineen kattiloihin (polttoaine - hiili, puu) ja pellettikattiloihin (polttoaine - pelletit). Kiinteän polttoaineen kattilat puolestaan ​​on valmistettu valuraudasta ja teräksestä. Jokainen niistä on suunniteltu polttamaan tietyntyyppistä polttoainetta.

Valurautakattiloissa pääpolttoainetyyppi on kivihiili. Siksi tällaisten kattiloiden nimellisteho passin mukaan ilmoitetaan yleensä valurautakattiloiden hiilen polton perusteella. Mutta hiilen lisäksi valurautakattilat voivat toimia puulla ja briketteillä. Mutta tässä tapauksessa sinun on ymmärrettävä, että bute-kattilan nimellisteho on jonkin verran pienempi kuin valmistajan passissa ilmoitettu.

Teräskattilat on suunniteltu ruskohiilen ja puun polttamiseen. Yleensä tällaisten kattiloiden nimellisteho ilmoitetaan ruskohiilen käytön perusteella polttoaineena. Puuta käytettäessä teräskattilan nimellisteho voi vaihdella hieman sen lämpöarvosta riippuen. Ruskea kivihiili polttoaineena on pääsääntöisesti laajalle levinnyt Euroopassa (Saksa, Puola jne.) johtuen sen melko suurista esiintymistä tällä alueella. Koska ruskohiilellä ei ole merkitystä Ukrainan kannalta, puu olisi otettava perustana.

Koska puhumme kiinteän polttoaineen lämpöarvosta, ehdotan harkitsemaan tätä käsitettä ja vertailemaan erityyppisiä polttoaineita niiden lämpöarvon mukaan.

Polttoaineen ominaislämpöarvo on fysikaalinen suure, joka osoittaa kuinka paljon lämpöä vapautuu 1 kg painavan tai tilavuudeltaan 1 m3 polttoaineen täydellisen palamisen aikana. Ominaispalamislämpö mitataan J/kg (J/m3) tai kalori/kg (kalori/m3). Tämän määrän kokeelliseen mittaamiseen käytetään kalorimetrisiä menetelmiä.

Mitä suurempi polttoaineen ominaispalolämpö on, sitä pienempi on polttoaineen ominaiskulutus samalla kattilan tehokertoimen (hyötysuhteen) arvolla.

Alla oleva taulukko näyttää tärkeimmät jokapäiväisessä elämässä käytetyt kattilapolttoaineen tyypit, jotka ovat yleisiä Ukrainassa.

Tämä taulukko antaa erottuvan kuvan tuon energian suurimmasta mahdollisesta tasosta, jota kutsutaan usein kuivien (kun siitä on järkevää puhua) polttoaineiden ominaispalamislämmöksi.

Taulukossa esitetyistä arvoista voit myös määrittää, kuinka paljon kattilan nimellisteho muuttuu käytetyn polttoaineen tyypin mukaan. Joten esimerkiksi jos käsittelemätöntä ruskohiiltä käyttävän kattilan nimellisteho on 20 kW, niin jos tammea käytetään polttoaineena, saman kattilan nimellisteho laskee 17,7 kW:iin.

Mikä tahansa polttoaine vapauttaa palaessaan lämpöä (energiaa), joka ilmaistaan ​​jouleina tai kaloreina (4,3 J = 1 cal). Käytännössä polttoaineen palamisen aikana vapautuvan lämmön mittaamiseksi he käyttävät kalorimetrejä - monimutkaisia ​​laboratoriolaitteita. Palamislämpöä kutsutaan myös lämpöarvoksi.

Polttoaineen polttamisesta saatava lämmön määrä ei riipu vain sen lämpöarvosta, vaan myös sen massasta.

Aineiden vertaamiseksi palamisen aikana vapautuvan energiamäärän mukaan ominaispalamislämmön arvo on kätevämpi. Se näyttää yhden kilogramman (massan ominaispalolämpö) tai yhden litran, kuutiometrin (tilavuusominaispalolämpö) polttoaineen palamisen aikana syntyvän lämmön määrän.

SI-järjestelmässä hyväksytyt polttoaineen ominaispalolämmön yksiköt ovat kcal/kg, MJ/kg, kcal/m³, MJ/m³ sekä niiden johdannaiset.

Polttoaineen energia-arvo määräytyy tarkalleen sen ominaispalolämmön arvon perusteella. Polttoaineen palamisen aikana syntyvän lämmön määrän, sen massan ja ominaispalamislämmön välinen suhde ilmaistaan ​​yksinkertaisella kaavalla:

Q = q m, jossa Q on lämmön määrä J, q on ominaispalolämpö J/kg, m on aineen massa kg.

Kaikentyyppisille polttoaineille ja useimmille palaville aineille ominaispalolämmön arvot on jo pitkään määritetty ja koottu taulukoihin, joita asiantuntijat käyttävät laskeessaan polttoaineen tai muiden materiaalien palamisen aikana vapautuvaa lämpöä. Eri taulukoissa voi olla pieniä eroja, jotka ilmeisesti selittyvät hieman erilaisilla mittaustekniikoilla tai erilaisilla eri kerrostumista erotetuilla samankaltaisten palavien materiaalien erilaisilla lämpöarvoilla.

Kiinteistä polttoaineista kivihiilen energiaintensiteetti on suurin - 27 MJ/kg (antrasiitti - 28 MJ/kg). Puuhiilellä on samanlaiset indikaattorit (27 MJ/kg). Ruskohiilen lämpöarvo on paljon pienempi - 13 MJ/kg. Se sisältää myös yleensä paljon kosteutta (jopa 60 %), joka haihdutettuna vähentää kokonaispalolämpöä.

Turve palaa lämmöllä 14-17 MJ/kg (kunnosta riippuen - murennettu, puristettu, briketti). 20 % kosteuteen kuivatusta polttopuusta vapautuu 8 - 15 MJ/kg. Samaan aikaan haavasta ja koivusta saatava energian määrä voi vaihdella lähes kaksinkertaisesti. Eri materiaaleista valmistetut pelletit antavat suunnilleen samat indikaattorit - 14 - 18 MJ/kg.

Nestemäiset polttoaineet eroavat ominaispalolämpötilaltaan paljon vähemmän kuin kiinteät polttoaineet. Näin ollen dieselpolttoaineen ominaispalolämpö on 43 MJ/l, bensiinin - 44 MJ/l, kerosiinin - 43,5 MJ/l, polttoöljyn - 40,6 MJ/l.

Maakaasun ominaispalolämpö on 33,5 MJ/m³, propaanin - 45 MJ/m³. Energiaintensiivisin kaasumainen polttoaine on vetykaasu (120 MJ/m³). Se on erittäin lupaava käytettäväksi polttoaineena, mutta toistaiseksi sen varastointiin ja kuljetukseen ei ole löydetty optimaalisia vaihtoehtoja.

Eri polttoainetyyppien energiaintensiteetin vertailu

Verrattaessa kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten polttoaineiden päätyyppien energia-arvoa voidaan todeta, että yksi litra bensiiniä tai dieselpolttoainetta vastaa 1,3 m³ maakaasua, yksi kilogramma hiiltä - 0,8 m³ kaasua, kiloa kaasua. polttopuut - 0,4 m³ kaasua.

Polttoaineen palamislämpö on tärkein tehokkuuden indikaattori, mutta sen jakautumisen laajuus ihmisen toiminnan alueilla riippuu teknisistä valmiuksista ja käytön taloudellisista indikaattoreista.

Eri polttoainetyypeille (kiinteille, nestemäisille ja kaasumaisille) on tunnusomaista yleiset ja erityiset ominaisuudet. Polttoaineen yleisiä ominaisuuksia ovat ominaispalolämpö ja kosteus, erityisominaisuuksia tuhkapitoisuus, rikkipitoisuus (rikkipitoisuus), tiheys, viskositeetti ja muut ominaisuudet.

Polttoaineen ominaispalolämpö on lämpömäärä, joka vapautuu palaessaan täydellisesti \(1\) kg kiinteää tai nestemäistä polttoainetta tai \(1\) m³ kaasumaista polttoainetta.

Polttoaineen energiaarvon määrää ensisijaisesti sen ominaispalolämpö.

Ominaispalamislämpö on merkitty kirjaimella \(q\). Ominaispalolämmön yksikkö on \(1\) J/kg kiinteillä ja nestemäisillä polttoaineilla ja \(1\) J/m³ kaasumaisilla polttoaineilla.

Ominaispalamislämpö määritetään kokeellisesti melko monimutkaisilla menetelmillä.

Taulukko 2. Joidenkin polttoainetyyppien ominaispalolämpö.

Kiinteä polttoaine

Nestemäinen polttoaine

Kaasumaista polttoainetta

(normaaliolosuhteissa)

Tästä taulukosta käy selvästi ilmi, että vedyn ominaispalamislämpö on suurin, se on \(120\) MJ/m³. Tämä tarkoittaa, että vedyn täydellisessä palamisessa tilavuudella \(1\) m³ vapautuu \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J energiaa.

Vety on yksi korkean energian polttoaineista. Lisäksi vedyn palamisen tuote on tavallista vettä, toisin kuin muut polttoainetyypit, joissa palamistuotteita ovat hiilidioksidi ja hiilimonoksidi, tuhka ja uunikuona. Tämä tekee vedystä ympäristöystävällisimmän polttoaineen.

Vetykaasu on kuitenkin räjähtävää. Lisäksi sillä on pienin tiheys verrattuna muihin kaasuihin samassa lämpötilassa ja paineessa, mikä vaikeuttaa vedyn nesteyttämistä ja sen kuljettamista.

\(m\) kg kiinteän tai nestemäisen polttoaineen täydellisen palamisen aikana vapautuvan lämmön kokonaismäärä \(Q\) lasketaan kaavalla:

\(V\) m³ kaasumaisen polttoaineen täydellisen palamisen aikana vapautuvan lämmön kokonaismäärä \(Q\) lasketaan kaavalla:

Polttoaineen kosteus (kosteuspitoisuus) alentaa sen lämpöarvoa, kun lämmönkulutus kosteuden haihduttamiseen kasvaa ja palamistuotteiden tilavuus kasvaa (vesihöyryn läsnäolon vuoksi).
Tuhkapitoisuus on tuhkamäärä, joka muodostuu polttoaineen sisältämien mineraalien palaessa. Polttoaineen sisältämät mineraaliaineet alentavat sen lämpöarvoa, koska palavien komponenttien pitoisuus laskee (pääasiallinen syy) ja lämmönkulutus mineraalimassan lämmittämiseen ja sulattamiseen kasvaa.
Rikkipitoisuus (rikkipitoisuus) viittaa polttoaineen negatiiviseen tekijään, koska sen palaessa syntyy rikkidioksidikaasuja, jotka saastuttavat ilmakehän ja tuhoavat metallin. Lisäksi polttoaineen sisältämä rikki siirtyy osittain sulatettuun metalli- ja hitsauslasisulaan heikentäen niiden laatua. Esimerkiksi kristalli-, optisten ja muiden lasien sulattamiseen ei voi käyttää rikkiä sisältävää polttoainetta, koska rikki heikentää merkittävästi lasin optisia ominaisuuksia ja väriä.

Orgaanista alkuperää olevia aineita ovat polttoaineet, jotka palaessaan vapauttavat tietyn määrän lämpöenergiaa. Lämmöntuotannon on oltava korkea hyötysuhde ja sivuvaikutusten, erityisesti ihmisten terveydelle ja ympäristölle haitallisten aineiden, puuttuminen.

Tulipesään lastaamisen helpottamiseksi puumateriaali leikataan yksittäisiksi elementeiksi, joiden pituus on enintään 30 cm. Niiden käytön tehostamiseksi polttopuun tulee olla mahdollisimman kuivaa ja palamisprosessin on oltava suhteellisen hidasta. Kiinteistöjen lämmitykseen soveltuvat monessa suhteessa lehtipuiden, kuten tammen ja koivun, pähkinän ja saarn sekä orapihlaja puu. Korkean hartsipitoisuuden, lisääntyneen palamisnopeuden ja alhaisen lämpöarvon vuoksi havupuut ovat tässä suhteessa huomattavasti huonompia.

On ymmärrettävä, että lämpöarvon arvoon vaikuttaa puun tiheys.

Se on kasviperäinen luonnonmateriaali, joka on uutettu sedimenttikivestä.

Tämäntyyppinen kiinteä polttoaine sisältää hiiltä ja muita kemiallisia alkuaineita. Aineisto on jaettu tyyppeihin sen iän mukaan. Ruskohiiltä pidetään nuorimpana, jota seuraa kivihiili, ja antrasiitti on vanhempia kuin kaikki muut tyypit. Palavan aineen ikä määrää myös sen kosteuspitoisuuden, jota on enemmän nuoressa materiaalissa.

Hiilen palamisen aikana syntyy ympäristön saastumista ja kattilaarinalle muodostuu kuonaa, joka muodostaa jossain määrin esteen normaalille palamiselle. Rikin esiintyminen materiaalissa on myös epäsuotuisa tekijä ilmakehässä, koska ilmatilassa tämä alkuaine muuttuu rikkihapoksi.

Kuluttajien ei kuitenkaan pitäisi pelätä terveytensä puolesta. Tämän materiaalin valmistajat, huolehtien yksityisistä asiakkaista, pyrkivät vähentämään sen rikkipitoisuutta. Hiilen lämpöarvo voi vaihdella jopa saman tyypin sisällä. Ero riippuu alalajin ominaisuuksista ja sen mineraalipitoisuudesta sekä tuotannon maantieteellisestä sijainnista. Kiinteänä polttoaineena ei löydy vain puhdasta hiiltä, ​​vaan myös vähän rikastettua hiilikuonaa, joka on puristettu briketteiksi.

Pelletit (polttoainerakeet) ovat kiinteitä polttoaineita, jotka on valmistettu teollisesti puu- ja kasvijätteistä: lastuista, kuoresta, pahvista, oljesta.

Pölyksi murskattu raaka-aine kuivataan ja kaadetaan rakeistimeen, josta se tulee ulos tietyn muotoisina rakeina. Viskositeetin lisäämiseksi massaan käytetään kasvipolymeeriä, ligniiniä. Tuotantoprosessin monimutkaisuus ja suuri kysyntä määräävät pellettien kustannukset. Materiaalia käytetään erityisesti varustetuissa kattiloissa.

Polttoainetyypit määritetään riippuen materiaalista, josta ne on valmistettu:

• minkä tahansa lajin puista pyöreä puu;
• olki;
• turve;
• auringonkukan kuori.

Polttoainepellettien etujen joukossa on syytä huomata seuraavat ominaisuudet:

• ympäristöystävällisyys;
• kyvyttömyys muotoutua ja vastustuskyky sieniä vastaan;
• helppo varastointi jopa ulkona;
• palamisen tasaisuus ja kesto;
• suhteellisen alhaiset kustannukset;
• Mahdollisuus käyttää erilaisia ​​lämmityslaitteita;
• sopiva rakekoko automaattiseen lataamiseen erikoisvarusteltuun kattilaan.

Briketit

Briketit ovat kiinteitä polttoaineita, jotka ovat monella tapaa samanlaisia ​​kuin pelletit. Niiden valmistukseen käytetään identtisiä materiaaleja: haketta, lastuja, turvetta, kuoria ja olkia. Valmistusprosessin aikana raaka-aineet murskataan ja puristetaan briketteiksi. Tämä materiaali on myös ympäristöystävällinen polttoaine. Se on kätevä säilyttää jopa ulkona. Tämän polttoaineen tasainen, tasainen ja hidas palaminen on havaittavissa sekä tulisijoissa ja uuneissa että lämmityskattiloissa.

Yllä mainitut ympäristöystävälliset kiinteät polttoaineet ovat hyvä vaihtoehto lämmön tuottamiseen. Verrattuna fossiilisiin lämpöenergian lähteisiin, joilla on kielteinen vaikutus ympäristöön poltettuna ja jotka ovat lisäksi uusiutumattomia, vaihtoehtoisilla polttoaineilla on selkeitä etuja ja suhteellisen alhaiset kustannukset, mikä on tärkeää tietyille kuluttajaryhmille.

Samaan aikaan tällaisten polttoaineiden palovaara on paljon suurempi. Siksi on tarpeen toteuttaa joitain turvatoimenpiteitä niiden varastoinnin ja palonkestävän materiaalin käytön suhteen seinissä.

Nestemäiset ja kaasumaiset polttoaineet

Nestemäisten ja kaasumaisten syttyvien aineiden osalta tilanne on seuraava.