Когда определенное количество топлива сгорает, выделяется измеримое количество теплоты. Согласно Международной системе единиц величина выражается в Джоулях на кг или м3. Но параметры могут быть рассчитаны и в кКал или кВт. Если значение соотносится с единицей измерения топлива, оно называется удельным.
На что влияет теплотворность различного топлива? Каково значение показателя для жидких, твердых и газообразных веществ? Ответы на обозначенные вопросы подробно изложены в статье. Кроме того, мы подготовили таблицу с отображением удельной теплоты сгорания материалов — эта информация пригодится при выборе высокоэнергетического типа топлива.
Общая информация о теплотворности
Выделение энергии при горении должно характеризоваться двумя параметрами: высоким КПД и отсутствием выработки вредных веществ.
Искусственное топливо получается в процессе переработки естественного — биологического топлива. Вне зависимости от агрегатного состояния вещества в своем химическом составе имеют горючую и негорючую часть. Первая — это углерод и водород. Вторая состоит из воды, минеральных солей, азота, кислорода, металлов.
По агрегатному состоянию топливо делится на жидкое, твердое и газ. Каждая группа дополнительно разветвляется на естественную и искусственную подгруппу (+)
При сгорании 1 кг такой «смеси» выделяется разное количество энергии. Сколько именно этой энергии выделится, зависит от пропорций указанных элементов — горючей части, влажности, зольности и других компонентов.
Теплота сгорания топлива (ТСТ) формируется из двух уровней — высшего и низшего. Первый показатель получается из-за конденсации воды, во втором этот фактор не учитывается.
Низшая ТСТ нужна для расчетов потребности в горючем и его стоимости, с помощью таких показателей составляются тепловые балансы и определяется КПД работающих на топливе установок.
Вычислить ТСТ можно аналитически или экспериментально. Если химический состав горючего известен, применяется формула Менделеева. Экспериментальные методики основаны на фактическом измерении теплоты при сгорании топлива.
В этих случаях применяют специальную бомбу для сжигания — калориметрическую вместе с калориметром и термостатом.
Особенности расчетов индивидуальны для каждого вида топлива. Пример: ТСТ в двигателях внутреннего сгорания рассчитывается от низшего значения, потому что в цилиндрах жидкость не конденсируется.
ТСТ устанавливается с помощью калориметрической бомбы. Сжатый кислород насыщают водяным паром. В такую среду помещают навеску топлива и определяют результаты
Каждый тип веществ имеет свою ТСТ из-за особенностей химического состава. Значения существенно разнятся, диапазон колебаний — 1 000–10 000 кКал/кг.
Сравнивая разные виды материалов, используется понятие условного топлива, оно характеризуется низшей ТСТ в 29 МДж/кг.
Порядок расчета необходимого для отопления расхода пеллет
</>
Пеллеты, предназначенные для использования в твердотопливных котлах, поступают в продажу в фасованных мешках, на каждом из которых указан вес имеющегося внутри топлива. Следовательно, рассчитать расход пеллет, необходимых для генерации 1 кВт тепловой энергии или обогрева 1м² помещения, не составит особого труда.
Упрощенный расчет расхода пеллет выглядит так. Качественно изготовленные гранулы при сгорании выделяют значительное количество тепла, 1 кг пеллет генерирует около 5 кВт тепловой энергии. Это означает, что для получения 1 кВт теплоты потребуется сжечь 200 грамм топлива. Как известно, для обогрева 1м² площади необходима тепловая энергия в количестве 100 Вт. Произведя нехитрые арифметические действия, можно подсчитать, что при сжигании 20 грамм топлива будет получено нужные 100 Вт тепловой энергии. Необходимо отметить, что данный расчет справедлив для помещений, высота потолков которых находится в пределах от 2,8 до 3 метров. Более точный расчет отличается от упрощенного. Дело в том, что полученное значение расхода пеллет для обогрева 1м² помещения было бы справедливым в том случае, если бы котел обладал коэффициентом полезного действия, величина которого равнялась бы 1 или 100%. К сожалению или к счастью, в природе не существует устройств, имеющих 100% КПД, пеллетный котел исключением не является. Поэтому, при расчете расхода пеллет необходимо учитывать коэффициент полезного действия котла, численное значение которого составляет 85% или 0,85. Следовательно, при сгорании в топке 1 кг гранул выделится не 5 кВт тепловой энергии, а 5000 Вт х 0,85 = 4250 Вт или 4,25 к Вт. Выполняя расчеты далее, получаем, что для генерации 1 кВт тепла потребуется 1000/4,25 = 135 грамм топлива. Второй недостаток упрощенного расчета заключается в том, что соотношение, регламентирующее затраты 100 Вт тепловой энергии на 1м², справедливо только для той ситуации, когда в помещении отмечается самая низкая температура на протяжении 5 дней. В реальности, на протяжении отопительного сезона для обогрева 1м² площади любого помещения частного дома необходимо всего лишь 50 Вт тепла. Если производить расчет расхода пеллет, требуемых для обогрева 1м² площади в течение 1 часа, то получится очень маленькая и неудобная для дальнейших вычислений цифра. Поэтому, лучше подсчитать количество топлива, позволяющее обогреть 1м² на протяжении одних суток. Итак, для обогрева 1м² площади на протяжении суток необходимо, чтобы котел генерировал 50 Вт х 24 часа = 1200 Вт или 1,2 кВт. Для того чтобы выделилось указанное количество тепловой энергии, котел должен сжигать 1200 Вт / 4,25 кВт/кг = 0,28 кг или 280 г.
Рассчитав удельный расход топлива, нетрудно вычислить необходимые для финансовых расчетов значения. Владелец дома площадью 100 м² будет расходовать:
- на протяжении одних суток – 0,28 х 100 = 28 кг гранул;
- в течение одного месяца – 28 х 30 = 840 кг.
Необходимо отметить, что полученное значение может изменяться в ту или иную сторону, так как количество расходуемого топлива находится в прямой зависимости от качества утепления стен дома. По отзывам владельцев, месячное потребление пеллет в хорошо утепленном доме площадью 100 м² не превышает 550 кг. Итак, зная удельный расход гранул для твердотопливного котла, использующего для генерации теплоты пеллеты, нетрудно рассчитать необходимое количество топлива для домов различной площади:
- 100 м² — при слабом утеплении расход составит 840 кг, при качественном – 550 кг;
- 150 м² — при недостаточном утеплении – 1260 кг, при хорошем – 825 кг;
- 200 м² — 1680 кг и 1100 кг соответственно.
Также, следует обратить внимание частных домовладельцев на то, что в настоящее время многие модели пеллетных котлов оснащены специальными контролерами – электронными устройствами, подсчитывающими в автоматическом режиме расход топлива в течение заданного периода. Рассчитанная информация предоставляется пользователю в удобном для него виде на дисплее устройства.
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:
- Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
- Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
- Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
- Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
- Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
- Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
- Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
- Липа с тополем быстро прогорают.
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 систем пеллетного отопления
Для того чтобы оценить эффективность пеллетного отопления, необходимо знать о той разнице, которая существует между обыкновенными дровами и пеллетами. В ходе изготовления гранул используют отходы деревообрабатывающего производства. Сырье для производства пеллет или обычные опилки сначала тщательно просушивают, затем обрабатывают паром, в результате чего образуется вязкая масса, из которой под давлением 300 атмосфер формируют цилиндрические гранулы длиной около 70 мм и диаметром от 6 до 8 мм. Котлы, поставляемые на рынок производителями пеллетного оборудования, от своих аналогов, использующих в качестве топлива обычные дрова, отличаются более высокой степенью теплоотдачи. Количественные показатели теплоты сгорания различных видов твердого топлива указаны в таблице.
| Разновидность топлива | Теплота сгорания (кВт/кг) |
| Дрова | 2,84 |
| Топливные брикеты | 4,7 |
| Пеллеты | 4,99 |
Кроме высокой теплоотдачи, пеллетные котлы имеют еще одно преимущество – их камера сгорания загружается в автоматическом режиме. Автоматическая подача топлива реализована следующим образом:
- В специальном бункере, изготовленном из нержавеющей стали, хранится определенный запас пеллет. Наличие бункера значительного объема позволяет заправлять его топливом с периодичностью один раз в несколько дней.
- Топливо поступает в котел через гибкий кабель и расположенный внутри него шнек. Гранулы собственным весом приводят шнек во вращение, что обеспечивает их подачу в камеру распределения котла в необходимом количестве.
- Далее, из камеры распределения пеллеты поступают в зону воздушной горелки, где происходит их неполное сгорание, сопровождающееся выделением древесного газа.
- Основным источником высокой теплоотдачи является древесный газ, который полностью сгорает в камере дожига.
Подобная конструкция котла позволяет его владельцу, при непрерывной работе оборудования, всего лишь один раз в 3-4 дня наполнять бункер топливом и удалять твердые продукты горения, т.е. золу.
Параметры жидких веществ
Жидкие материалы, как и твердые, раскладываются на следующие составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот. Процентное соотношение выражается по массе.
Из кислорода и азота образуется внутренний органический балласт топлива, эти компоненты не горят и включены в состав условно. Внешний балласт формируется из влаги и золы.
Высокая удельная теплота сгорания наблюдается у бензина. В зависимости от марки она составляет 43-44 МДж.
Похожие показатели удельной теплоты сгорания определяются и у авиационного керосина — 42,9 МДж. В категорию лидеров по значению теплотворной способности попадает и дизельное топливо — 43,4-43,6 МДж.
Т. к. у бензина больше ТСТ, чем у дизтоплива, то у него должен быть выше и расход, и КПД. Но ДТ экономичнее бензина на 30-40%
Относительно низкими значениями ТСТ характеризуются жидкое ракетное горючее, этиленгликоль. Минимальной удельной теплотой сгорания отличаются спирт и ацетон. Их показатели существенно ниже, чем у традиционного моторного топлива.
Свойства газообразного топлива
Газообразное топливо складывается из оксида углерода, водорода, метана, этана, пропана, бутана, этилена, бензола, сероводорода и других компонентов. Эти показатели выражаются в процентах по объему.
Наибольшей теплотой сгорания отличается водород. Сгорая, килограмм вещества выделяет 119,83 МДж тепла. Но оно отличается повышенной степенью взрывоопасности
Высокие показатели теплотворной способности наблюдаются и у природного газа.
Они равны 41-49 МДж на кг. Но, например, у чистого метана теплота сгорания больше — 50 МДж на кг.
Технические требования для пеллет:
| Наименование показателя | Фактические | Соответствует |
| Общая влага на рабочую основу | 6,89% | ISO 589, DIN 52183 |
| Зола на сухую базу | 0,58% | ISO 1171, DIN 51719 |
| Зола на сухую базу | 0,54% | |
| Летучие вещества на сухую базу | 84,33% | ISO 562, DIN 51720 |
| Летучие вещества на рабочую основу | 78,52% | |
| Теплотворная способность на сухую базу | 4874 Ккал/кг | ISO 1928, DIN 51900 |
| Теплотворная способность на рабочую основу | 4538 Ккал/кг | ISO 1928, DIN 51900 |
| Рабочая теплотворная способность на рабочую основу | 4205 Ккал/кг | ISO 1928, DIN 51900 |
| Сера на сухую базу | меньше, чем 0,01% | ISO 19579, DIN 51724 |
| Сера на рабочую основу | меньше, чем 0,01% | |
| Водород на сухую базу | 6,44% | ISO 12902, DIN CEN/ TS 1510 |
| Водород на рабочую основу | 6,00% | |
| Прочность | 97,2% | EN 15210-1 |
| Истираемость | 2,8% | |
| Содержание пыли | +3,15 мм: 98,4% -3,15 мм: 1,6% | CEN/TS 15149-1 |
Классифицирование по сорту
«светлые» (лучшего сорта)
«серые» (среднего качества)
«темные» (низшего качества)
Сравнительная таблица показателей
В таблице представлены значения массовой удельной теплоты сгорания жидких, твердых, газообразных разновидностей топлива.
| Вид топлива | Ед. изм. | Удельная теплота сгорания | ||
| МДж | кВт | кКал | ||
| Дрова: дуб, береза, ясень, бук, граб | кг | 15 | 4,2 | 2500 |
| Дрова: лиственница, сосна, ель | кг | 15,5 | 4,3 | 2500 |
| Уголь бурый | кг | 12,98 | 3,6 | 3100 |
| Уголь каменный | кг | 27,00 | 7,5 | 6450 |
| Уголь древесный | кг | 27,26 | 7,5 | 6510 |
| Антрацит | кг | 28,05 | 7,8 | 6700 |
| Пеллета древесная | кг | 17,17 | 4,7 | 4110 |
| Пеллета соломенная | кг | 14,51 | 4,0 | 3465 |
| Пеллета из подсолнуха | кг | 18,09 | 5,0 | 4320 |
| Опилки | кг | 8,37 | 2,3 | 2000 |
| Бумага | кг | 16,62 | 4,6 | 3970 |
| Виноградная лоза | кг | 14,00 | 3,9 | 3345 |
| Природный газ | м3 | 33,5 | 9,3 | 8000 |
| Сжиженный газ | кг | 45,20 | 12,5 | 10800 |
| Бензин | кг | 44,00 | 12,2 | 10500 |
| Диз. топливо | кг | 43,12 | 11,9 | 10300 |
| Метан | м3 | 50,03 | 13,8 | 11950 |
| Водород | м3 | 120 | 33,2 | 28700 |
| Керосин | кг | 43.50 | 12 | 10400 |
| Мазут | кг | 40,61 | 11,2 | 9700 |
| Нефть | кг | 44,00 | 12,2 | 10500 |
| Пропан | м3 | 45,57 | 12,6 | 10885 |
| Этилен | м3 | 48,02 | 13,3 | 11470 |
Из таблицы видно, что наибольшие показатели ТСТ из всех веществ, а не только из газообразных, имеет водород. Он относится к высокоэнергетическим видам топлива.
Продукт сгорания водорода — обычная вода. В процессе не выделяется топочные шлаки, зола, угарный и углекислый газ, что делает вещество экологически чистым горючим. Но оно взрывоопасно и отличается низкой плотностью, поэтому такое топливо сложно сжижается и транспортируется.
Европейские и немецкие стандарты качества пеллет
| Нормы качества пеллет | Единицы измерения | DIN Plus | EN plus-A1 | EB plus-A2 | EN-B | DIN 51731 | ONorm M 7135 |
| Диаметр пеллет | мм | 4-10 | 6(±1) | 6(±1) | 6(±1) | 4-10 | 4-10 |
| Длинна пеллет | мм | ≤5хD | 3,15≤I≤40 | 3,15≤I≤40 | 3,15≤I≤40 | 5 x D1 | <50 |
| Насыпная масса пеллет | кг/м3 | — | ≥600 | ≥600 | ≥600 | — | — |
| Теплота сгорания пеллет | МДж/кг | ≥18 | ≥16,5 | ≥16,5 | ≥16,0 | ≥18 | 17,5-19,5 |
| Влажность пеллет | % | ≤10 | ≤10 | ≤12 | |||
| Истирание/пыль | % | ≤ 1 | — | — | |||
| Твёрдость пеллет | % | ≥ 97,7 | ≥ 97,5 | — | — | ||
| Зольность | % | ≤ 0,5 | ≤ 0,7 | ≤ 1,0 | ≤ 3,0 | — | — |
| Температура плавления золы | °С | — | ≥1200 | ≥1100 | ≥1100 | — | — |
| Хлор | мг/кг | ≤ 0,02 | ≤ 0,02 | ≤ 0,03 | ≤ 0,03 | — | — |
| Сера | мг/кг | ≤ 0,04 | ≤ 0,05 | ≤ 0,05 | ≤ 0,05 | ≤ 0,04 | ≤ 0,08 |
| Азот | мг/кг | ≤ 0,3 | ≤ 0,3 | ≤ 0,5 | ≤ 1,0 | ≤ 0,3 | ≤ 0,3 |
| Свинец | мг/кг | — | ≤ 10 | ≤ 10 | ≤ 10 | — | — |
| Хром | мг/кг | — | ≤ 10 | ≤ 10 | ≤ 10 | — | — |
| Мышьяк | мг/кг | — | ≤ 1 | ≤ 1 | ≤ 1 | — | — |
| Кадмий | мг/кг | — | ≤ 10 | ≤ 10 | ≤ 10 | — | — |
| Ртуть | мг/кг | — | ≤ 0,1 | ≤ 0,1 | ≤ 0,1 | — | — |
| Медь | мг/кг | — | ≤ 10 | ≤ 10 | ≤ 10 | — | — |
| Никель | мг/кг | — | ≤ 10 | ≤ 10 | ≤ 10 | — | — |
| Цинк | мг/кг | — | ≤ 100 | ≤ 100 | ≤ 100 | — | — |
Мы производим и продаем пеллеты уже более 5 лет. Наши пеллеты обладают высокой теплотворностью и низкой зольностью, Высокое качество, низкие цены!!!
Выводы и полезное видео по теме
О теплотворности разных пород дерева. Сравнение показателей в расчете на м3 и кг.
ТСТ — важнейшая тепловая и эксплуатационная характеристика горючего. Этот показатель используется в различных сферах человеческой деятельности: тепловых двигателях, электростанциях, промышленности, при обогреве жилья и приготовлении пищи.
Значения теплотворности помогают сравнить различные виды топлива по степени выделяемой энергии, рассчитать необходимую массу горючего, сэкономить на расходах.
Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме теплотворности разных видов топлива? Можете оставлять комментарии к публикации и участвовать в обсуждениях — форма для связи находится в нижнем блоке.
