Удельная теплота сгорания топлива: угля, дров, газа

Зольность пеллет

Данный показатель характеризует количество золы, которая остается после сжигания пеллет в котлах.

Зольность показывает соотношение массы золы к массе сожженного топливного материала. Топливные пеллеты превосходят другие виды топлива по этому пункту. Зольность пеллет высочайшего качества может быть меньше 0.5%. Увеличение параметра зольности топливных гранул говорит о некачественном сырье, которое использовалось для производства пеллет или нарушении технологии. Поэтому чем более качественное сырье вы используете, тем процент зольности готового продукта будет меньше.

Разновидности угля и их характеристики

Экономичность и эффективность эксплуатации твердотопливного котла напрямую зависит от вида используемого топлива. Кроме отходов из древесины, в качестве основного энергоносителя часто используется уголь разных видов. Именно поэтому те, кто использует его в качестве основного топлива, должны знать его удельную теплоту сгорания.

Прежде всего, уголь различают по происхождению. В его состав входят различные остатки древних растений и битумных масс, которые подверглись специфическим изменениям во время погружения под землю. Превращение всех этих веществ в эффективное топливо происходило при высоких температурах и в условиях нехватки кислорода. Специалисты отмечают, что к ископаемым видам топлива относятся каменные и бурые угли, а также антрацит.

В этом видео вы узнаете процесс горения бурого угля:

Природный каменный материал

Этот вид топлива возник гораздо раньше, нежели бурый уголь. Большие пласты материала расположены под землёй на глубине 3 километра. В его составе содержится до 97% чистого углерода, а вот количество летучих примесей находится в пределах 35%. Что касается влажности, то в каменном угле её не больше чем 15%. А это положительно влияет на теплоэффективность ископаемого.

В идеальных условиях удельная теплота сгорания каменного угля находится в пределах 2100°C. Но в обычной отопительной печи такой материал сжигается максимум при 1000°C.

Уровень теплоотдачи варьируется в пределах 7 тыс. ккал/кг. Стоит отметить, что этот вид топлива плохо поддаётся разжиганию, так как для этих целей нужно нагреть печь до 400°C.

Этот материал не подойдет для разжигания

Как показывает практика, именно каменный уголь чаще всего используется обычными гражданами для обогрева домов, дач и зданий иного назначения.

Универсальный бурый вид

Среди всех существующих ископаемых углей именно этот вид считается самым молодым. Своё название топливо получило благодаря специфическому бурому цвету. Среди основных его характеристик можно отметить то, что в нём содержится много летучих примесей и влаги — более 40%. Но несмотря на это, количество чистого углерода может достигать отметки 75%. Так как в буром угле содержится много влаги, у него низкая температура горения и небольшой процент теплоотдачи. Воспламеняться топливо начинает при 260 градусах, а вот температура горения может достигать 2000°C. Что касается теплоты сгорания, этот показатель составляет 3600 ккал/кг.

Это интересно: дрова ольховые свойства.
В таком материале содержится много влаги

Но большой популярностью пользуется брикетированная форма этого ископаемого, которая прошла специальную подготовку на крупном производстве. В искусственных условиях производители снижают его влажность, благодаря чему существенно возрастает энергоэффективность. Стоит отметить, что теплоотдача брикетированного бурого угля составляет целых 5 тыс. ккал/кг.

Это одно из самых древних полезных ископаемых, в составе которого практически нет летучих примесей и влаги. А вот количество углерода превышает отметку 95%. Исследования показали, что удельная теплота сгорания угля находится в пределах от 8500 до 9 тыс. ккал/кг — это самый высокий показатель среди всех существующих углей. В идеальных условиях такое топливо сгорает при температуре 2250°C, а вот воспламеняется при 600°C. Стоит отметить, что этот показатель характерен для самых низкокалорийных видов. Чтобы разжечь антрацит, нужно использовать сухие дрова, так как необходимо создать определённый нагрев котла или же печи.

Этот ископаемый материал относится к промышленной категории топлива. Использовать его в обычном котле или печи очень дорого и невыгодно. Несмотря на то, что антрацит выгодно отличается от своих собратьев малодымностью и низкой зольностью.

К тому же такой материал дорогой

Теплотворность твердых материалов

К этой категории относится древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основная составная часть твердого топлива — углерод.

Особенности разных пород дерева

Максимальная эффективность от использования дров достигается при условии соблюдения двух условий — сухости древесины и медленном процессе горения.


Куски дерева распиливают или рубят на отрезки длиной до 25-30 см, чтобы дрова удобно загружались в топку

Идеальными для дровяного печного отопления считаются дубовые, березовые, ясеневые бруски. Хорошими показателями характеризуется боярышник, лещина. А вот у хвойных пород теплотворность низкая, но высокая скорость горения.

Как горят разные породы:

  1. Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
  2. Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
  3. Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
  4. Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
  5. Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
  6. Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
  7. Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
  8. Липа с тополем быстро прогорают.

Рекомендуем: Промывка теплообменника газового котла: самая подробная инструкция по чистке своими руками, выбору жидкостей и прочих срдств для очистки от накипи, стоимость оборудования и услуг специалистов

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива и 200 м3 природного газа. Древесина и дрова относятся к категории с низкой энергоэффективностью.

Влияние возраста на свойства угля

Уголь является природным материалом растительного происхождения. Добывается он из осадочных пород. В этом топливе содержится углерод и другие химические элементы.

Кроме типа на теплоту сгорания угля оказывает влияние и возраст материала. Бурый относится к молодой категории, за ним следует каменный, а самым старшим считается антрацит.


По возрасту горючего определяется и влажность: чем моложе уголь, тем больше в нем содержание влаги. Которая также влияет на свойства этого типа топлива

Процесс горения угля сопровождается выделением веществ, загрязняющих окружающую среду, колосники котла при этом покрываются шлаком. Еще один неблагоприятный фактор для атмосферы — наличие серы в составе топлива. Этот элемент при соприкосновении с воздухом трансформируется в серную кислоту.

Производителям удается максимально снизить содержание серы в угле. В результате ТСТ отличается даже в пределах одного вида. Влияет на показатели и география добычи. Как твердое топливо может использоваться не только чистый уголь, но и брикетированный шлак.

Наибольшая топливная способность наблюдается у коксующегося угля. Хорошими характеристиками обладает и каменный, древесный, бурый уголь, антрацит.

Характеристики пеллет и брикетов

Это твердое топливо изготавливается промышленным способом из различного древесного и растительного мусора.

Измельченная стружка, кора, картон, солома пересушивается и с помощью специального оборудования превращается в гранулы. Чтобы масса приобрела определенную степень вязкости, в нее добавляют полимер — лигнин.


Пеллеты отличаются приемлемой стоимостью, на которую влияют высокий спрос и особенности процесса изготовления. Использоваться этот материал может только в предназначенных для такого вида топлива котлах

Брикеты отличаются только формой, их можно загружать в печи, котлы. Оба типа горючего делятся на виды по сырью: из кругляка, торфа, подсолнечника, соломы.

У пеллет и брикетов есть существенные преимущества перед прочими разновидностями топлива:

  • полная экологичность;
  • возможность хранения практически в любых условиях;
  • устойчивость к механическим воздействиям и грибку;
  • равномерное и длительное горение;
  • оптимальный размер гранул для загрузки в отопительное устройство.

Экологичное топливо — хорошая альтернатива традиционным источникам тепла, которые не возобновляются и неблагоприятно действуют на окружающую среду. Но пеллеты и брикеты отличаются повышенной пожароопасностью, что стоит учитывать при организации места хранения.

При желании, можно наладить изготовление топливных брикетов собственноручно, подробнее – в этой статье.

Особенности сжигания углей

Когда потребитель знакомится с температурой горения того или иного угля, ему нужно учитывать, что производители указывают только те цифры, которые являются актуальными для идеальных условий. Конечно, в обычном бытовом котле или печи воссоздать необходимые параметры просто невозможно. Современные теплогенераторы из металла или кирпича просто не рассчитаны на столь высокие температуры, так как основной теплоноситель в системе может быстро закипеть. Именно поэтому параметры сгорания того или иного топлива определяются режимом его сжигания.

Иными словами, все зависит от интенсивности подачи воздуха. Как ископаемый, так и древесный уголь хорошо нагревает помещение, если уровень поступления кислорода достигает 100%. Чтобы ограничить воздушный поток, можно использовать специальную заслонку/задвижку. Такой подход позволяет создать наиболее благоприятные условия сгорания заправленного топлива (до 950˚С).

Если уголь используется в твердотопливном котле, тогда нельзя допустить вскипание теплоносителя. Основная опасность связана с тем, что предохранительный клапан может просто не сработать, а это чревато большим взрывом. К тому же смесь воды и горячего пара плохо воздействует на функциональные способности циркуляционного насоса. Специалистами были разработаны два наиболее эффективных способа, которые позволяют контролировать процесс горения:

  1. Дроблённое или порошковое топливо должно поступать в котёл исключительно в дозированном объёме (действует та же схема, что и в пиллетных устройствах).
  2. Основной энергоноситель загружается в топку, после чего регулируется интенсивность подачи воздуха.

Рассматривая, при какой температуре горит тот или иной вид топлива, следует учитывать, что приводятся цифры, достижимые только в идеальных условиях. В домашней печи или твердотопливном котле такие условия создать невозможно, да и не нужно. Кирпичный или металлический теплогенератор не рассчитан на такой уровень нагрева, а теплоноситель в контуре быстро закипит.

Рекомендуем: Общеобменная вентиляция: классификации способов воздухообмена, принципы приточного и вытяжного движения

Поэтому температура сгорания топлива определяется режимом его сжигания, то есть, от количества воздуха, подаваемого в топочную камеру. Ископаемый и древесный энергоноситель лучше всего горит, если подача воздуха достигает 100%. Для ограничения воздушного потока используется задвижка или заслонка, благодаря чему поддерживается оптимальная для печи температура сгорания топлива — около 800-900°С.

Сжигание углей в котле

При сжигании энергоносителя в котле нельзя допускать вскипание теплоносителя в водяной рубашке — если предохранительный клапан не сработает, произойдет взрыв. Кроме того, смесь пара и воды губительно действует на циркуляционный насос в системе отопления.

Чтобы контролировать процесс горения, используются следующие способы:

  • энергоноситель загружается в топку и регулируется подача воздуха;
  • угольная крошка или топливо кусочками подается дозировано (по той же схеме, что и в пеллетных котлах).

Температура в мангале

Идеальная температура топлива для жарки мяса — 600-700 градусов. В таком случае шашлык получится максимально сочным и прожаренным.

Профессионалы советуют определять температуру по виду теплоносителя. Оптимально, когда угольки начинают «седеть», то есть на них образуется белый пепел.

Важно не путать температуру горения угля и дров. Если в мангал поместить березовую древесину и зажечь ее, температура дойдет до отметки 1070-1570 градусов

Такой показатель не подойдет для жарки шашлыка. Мясо попросту сгорит.

Измерение показателей

Для того чтобы определить температуру в мангале, начинающие могут воспользоваться пирометром. Этот прибор стоит недорого и облегчит жизнь любителям дачного отдыха. Однако можно измерить показатель и без использования специальных средств. Для этого потребуется только рука. Ее необходимо поднять над мангалом на высоте 7-8 см от топлива.

В процессенеобходимо подсчитать, через какое время станет максимально горячо:

  • через 1 секунду — уровень температуры от 350 градусов и больше;
  • 2 секунды — около 280 градусов;
  • 3 секунды — 250 градусов;
  • 4 секунды — отметка в 200 градусов;
  • 5 секунд или больше — меньше 150 градусов.

Использование разнообразных видов топлива очень популярно. Уголь, торф и древесину применяют не только в быту, но и в промышленных целях. На современном рынке каждый найдет подходящий теплоноситель исходя из назначения и желаемых требований.

Плотность древесины и ее влияние на теплотворность

Кроме содержания влаги, на теплотворную способность дров влияет и другой фактор, а именно – плотность. Это обычная физическая величина, показывающая, какой вес вещества приходится на стандартный объем (обычно на один кубометр).

Чтобы оценить теплотворность, нужно использовать немного другую характеристику, а именно удельную теплотворность, представляющую собой величину, производную от плотности и теплотворности.

Экспериментальным путем были получены сведения об удельной теплотворности тех или иных пород древесины. Сведения даны для одинакового показателя влажности в 12 процентов. По результатам эксперимента была составлена вот такая таблица:

удельная теплотворность

Используя данные из этой таблицы вы легко сможете сравнить теплотворную способность различных пород древесины.

Кокс

Кокс – это твердый остаток, получаемый путем сухой перегонки каменного угля или лигнита при полном отсутствии доступа воздуха (карбонизация).

Различают каменноугольный, буроугольный и газовый кокс.

6.1 Кокс каменноугольный

Кокс каменноугольный (от нем. Koks и англ. coke) – это твѐрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путѐм коксования каменного угля при температурах 950-1100 °С без доступа воздуха. Кокс содержит 96-98 % С, остальное Н, S, N, O. Пористость 49-53 %, истинная плотность 1,80-1,95 г/см³, кажущаяся плотность ≈ 1 г/см³, насыпная масса 400-500 кг/м³, зольность 9-12 %, выход летучих веществ 1 %. Влажность при тушении водой и инертным газом соответственно 2-4 % и не более 0,5 %. Предел прочности при сжатии 15-25 МПа, при срезе (характеризует устойчивость к истиранию) 6-12 МПа, теплота сгорания 29-30 МДж/кг.

Рис. 15. Кокс каменноугольный

Для выплавки чугуна в основном применяют каменноугольный кокс как высококачественное бездымное топливо или по-другому доменный кокс, также его применяют как восстановитель железной руды и разрыхлитель шихтовых материалов. Также каменноугольный кокс используют как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса).

Доменный кокс выпускают с размером кусков не менее 25- 40 мм, наличие мелочи должно составлять не более 3% (куски до 25 мм и не более 2-3 % для кусков больше 80 мм.

Литейный кокс, если рассматривать его по размерам кусков, то окажется что он крупнее доменного. Он также более пригоден как продукт, в котором присутствуют куски менее 60-80 мм. Главное чем отличается литейный кокс от доменного является то, что в нем содержится очень мало серы, менее 1 % против 2 % в доменном коксе.

При производстве ферросплавов активно применяют кокс мелких фракций порядка 10-25 мм. Применяемые коксы обладают высокой степенью реакционной способности. Если говорить о прочности кокса то эти требования менее строгие, чем, например, к доменному или литейному коксу.

Рис. 16. Доменный процесс

Наиболее лучшим коксом для любого типа производства является прочный, малозольный кокс с низким содержанием серы и малым количеством мелких фракций.

В современном мире производство каменноугольного кокса составляет около 550-650 млн. т/год. Больше половины от этого объема производится в КНР (60-70 % мирового производства).

6.2 Газовый кокс

Газовый кокс – это побочный продукт переработки угля, используемого для производства искусственного газа на газовых заводах, и печной кокс, к которому относятся все другие виды кокса, получаемые из каменного угля.

6.3 Буроугольный кокс

Буроугольный кокс – это твердый продукт, получаемый путем карбонизации буроугольных брикетов.

Рис. 17. Частицы угля в буроугольном коксе

Сегодня основными потребителями буроугольных коксов являются черная и цветная металлургия. Здесь его используют в качестве восстановителя или технологического топлива для агломерации, и изготовления ферросплавов, в качестве отощающей добавки в производстве металлургического кокса и основного наполнителя при изготовлении коксобрикетов. Изготовленные коксоугольные брикеты применяют как бытовое топливо. Основные наполнители такого кокса это тяжелая или суммарная смола и полукокс. Полукоксы активно используются и для их газификации с получением горючего газа и в некоторых химических производствах.

Кокс

Кокс — топливо современных доменных печей — получают нагревом измельченных каменных углей до температур 1100— 1200° С без доступа воздуха. Угли перед коксованием измельчают и обогащают. Обогащение угля снижает его зольность в 2—3 раза, например: зольность обогащенных углей донецкого бассейна 6— 8%, необогащенных 12—16%. Угли обогащают в поршневых отсадочных машинах в тяжелых суспензиях и методом флотации. В результате обогащения получают:

  • концентрат, идущий на коксование;
  • промежуточный продукт с пониженным содержанием углерода, идущий на энергетические нужды;
  • хвосты, уходящие в отвал. Выход концентрата 66—73%. Выход кокса зависит от летучих и колеблется от 75 до 82%.

Качество кокса определяют по содержанию летучих, золы, вредных примесей (серы, фосфора) и влаги.

В нормальном коксе содержится от 0,9 до 1,25% летучих. Содержание летучих более 1,5% указывает на недококсованность угля, наличие «недопала». Куски «недопала» обладают малой прочностью, попадая в доменную печь, легко истираются и крошатся.

Зола — весьма нежелательная примесь, так как уменьшает содержание углерода в коксе, требует добавочного флюса для ошлакования, добавочного тепла на плавление и шлакование окислов Содержание золы колеблется от 8 до 12—14%, в редких случаях малозольные коксы содержат 5—6%. В разных сортах кокса содержится от 0,5 до 2,0% S , что имеет решающее значение в определении качества кокса. Содержание серы в коксе определяется ее количеством в углях. Сера может быть трех типов: пиритная, сульфатная и органическая. При обогащении и коксовании в той или иной степени удаляются пиритная и сульфатная сера и остается без изменения органическая.

В коксе содержится 0,01 % P, а в отдельных случаях до 0,05%.

Влаги в коксе содержится от 2 до 6%. Эта примесь не влияет на технологию плавки или качество металла, но создает затруднения в правильном навешивании топлива.

По анализу органической массы устанавливают степень и качество выжига кокса. В выжженном коксе находится 82— 90% С. Теплотворная способность горючей массы около 33075,7— 33494,4 кдж/кг (7900—8000 ккал/кг).

Под физико-химическими свойствами кокса понимают реакционную способность, температуру воспламенения и горючесть.

Реакционная способность определяется способностью углерода кокса к восстановлению углекислоты по реакции CO2 + С = 2CO. Температура воспламенения кокса 600—750° С. Горючесть — это скорость горения.Физико-механические свойства кокса определяются:

  • механической прочностью;
  • термической стойкостью;
  • ситовым составом;
  • газопроницаемостью.

Механическая прочность кокса — свойство, в значительной степени определяющее процесс доменной плавки. Чем менее прочен кокс, тем больше он образует мелочи, тем хуже будет работать доменная печь. Усилие для раздавливания кокса составляет 981— 1471,5 н/см2 (100—150 кГ/см2). Обычно прочность кокса определяют сбрасыванием и барабанной пробой. Испытание прочности в барабане более полноценно. Барабан Сундгрена имеет боковую поверхность из железных прутьев диаметром 25 мм, длиной 800 мм, с просветами 25 мм. В барабан загружают 410 кг кокса и вращают 15 мин со скоростью 10 об/мин. Масса остатка в барабане является показателем качества. По современным техническим условиям металлургический кокс должен давать остаток не менее 315 кг. Термическую стойкость оценивают сохранением механической прочности при высоких температурах.Ситовый анализ кокса, выданного из коксовых печей, следующий:

  • мелочь 0—15 мм, выход от валового кокса 1—3%;
  • орешек крупностью 15—25 мм, выход 2—5%;
  • металлургический кокс крупностью более 25 мм. Выход металлургического кокса составляет 91—92%.

Газопроницаемость определяется соотношением между крупными и мелкими фракциями и пористостью кусков. Под пористостью понимают отношение объема всех пор куска к общему объему куска, выраженному в процентах. Пористость кокса колеблется от 49 до 53%. Более плотный кокс для доменных печей не пригоден и его применяют в вагранках (литейный кокс).

Кокс из донецких углей отличен от кокса кузнецкого; кокс из английского угля отличается от кокса, полученного из силезского угля и т. д.

Таблица теплотворности

Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива

Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л)

Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива. Зная эти показатели, нужно учитывать их при проектирование котельной на твёрдом топливе. Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит от его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.), а также от его влажности и зольности.

Вид топлива Ед. изм. Удельная теплота сгорания Эквивалент
кКал кВт МДж Природный газ, м3 Диз. топливо, л Мазут, л
Электроэнергия 1 кВт/ч 864 1,0 3,62 0,108 0,084 0,089
Дизельное топливо (солярка) 1 л 10300 11,9 43,12 1,288 1,062
Мазут 1 л 9700 11,2 40,61 1,213 0,942
Керосин 1 л 10400 12,0 43,50 1,300 1,010 1,072
Нефть 1 л 10500 12,2 44,00 1,313 1,019 1,082
Бензин 1 л 10500 12,2 44,00 1,313 1,019 1,082
Газ природный 1 м 3 8000 9,3 33,50 0,777 0,825
Газ сжиженный 1 кг 10800 12,5 45,20 1,350 1,049 1,113
Метан 1 м 3 11950 13,8 50,03 1,494 1,160 1,232
Пропан 1 м 3 10885 12,6 45,57 1,361 1,057 1,122
Этилен 1 м 3 11470 13,3 48,02 1,434 1,114 1,182
Водород 1 м 3 28700 33,2 120,00 3,588 2,786 2,959
Уголь каменный (W=10%) 1 кг 6450 7,5 27,00 0,806 0,626 0,665
Уголь бурый (W=30…40%) 1 кг 3100 3,6 12,98 0,388 0,301 0,320
Уголь-антрацит 1 кг 6700 7,8 28,05 0,838 0,650 0,691
Уголь древесный 1 кг 6510 7,5 27,26 0,814 0,632 0,671
Торф (W=40%) 1 кг 2900 3,6 12,10 0,363 0,282 0,299
Торф брикеты (W=15%) 1 кг 4200 4,9 17,58 0,525 0,408 0,433
Торф крошка 1 кг 2590 3,0 10,84 0,324 0,251 0,267
Пеллета древесная 1 кг 4100 4,7 17,17 0,513 0,398 0,423
Пеллета из соломы 1 кг 3465 4,0 14,51 0,433 0,336 0,357
Пеллета из лузги подсолнуха 1 кг 4320 5,0 18,09 0,540 0,419 0,445
Свежесрубленная древесина (W=50…60%) 1 кг 1940 2,2 8,12 0,243 0,188 0,200
Высушенная древесина (W=20%) 1 кг 3400 3,9 14,24 0,425 0,330 0,351
Щепа 1 кг 2610 3,0 10,93 0,326 0,253 0,269
Опилки 1 кг 2000 2,3 8,37 0,250 0,194 0,206
Бумага 1 кг 3970 4,6 16,62 0,496 0,385 0,409
Лузга подсолнуха, сои 1 кг 4060 4,7 17,00 0,508 0,394 0,419
Лузга рисовая 1 кг 3180 3,7 13,31 0,398 0,309 0,328
Костра льняная 1 кг 3805 4,4 15,93 0,477 0,369 0,392
Кукуруза-початок (W>10%) 1 кг 3500 4,0 14,65 0,438 0,340 0,361
Солома 1 кг 3750 4,3 15,70 0,469 0,364 0,387
Хлопчатник-стебли 1 кг 3470 4,0 14,53 0,434 0,337 0,358
Виноградная лоза (W=20%) 1 кг 3345 3,9 14,00 0,418 0,325 0,345

Источник : Neftegaz.RU

Оцените статью
alpha-house.ru
Добавить комментарий