A különböző típusú (szilárd, folyékony és gáznemű) tüzelőanyagokat általános és specifikus tulajdonságok jellemzik. NAK NEK általános tulajdonságok a tüzelőanyagok közé tartozik a fajlagos égéshő és a páratartalom: hamutartalom, kéntartalom (kéntartalom), sűrűség, viszkozitás és egyéb tulajdonságok.
Fajlagos hő tüzelőanyag elégetése az a hőmennyiség, amely \(1\) kg szilárd vagy folyékony tüzelőanyag vagy \(1\) m³ gáznemű tüzelőanyag teljes elégetésekor szabadul fel.
Egy tüzelőanyag energiaértékét elsősorban a fajlagos égéshője határozza meg.
A fajlagos égéshőt \(q\) betűvel jelöljük. A fajlagos égéshő mértékegysége szilárd és folyékony tüzelőanyagok esetén \(1\) J/kg, gáznemű tüzelőanyag esetén \(1\) J/m³.
A fajlagos égéshőt kísérletileg, meglehetősen bonyolult módszerekkel határozzák meg.
2. táblázat: Egyes tüzelőanyagok fajlagos égéshője.
Szilárd tüzelőanyag
Anyag | Fajlagos égéshő, |
| Barnaszén | |
| Faszén | |
| Száraz tűzifa | |
| Fa ékek | |
Szén | |
Szén évfolyam A-II | |
| Koksz | |
| Por | |
| Tőzeg |
Folyékony üzemanyag
Gáznemű tüzelőanyag
(normál körülmények között)
Anyag | Fajlagos égéshő, |
| Hidrogén | |
| Termelői gáz | |
| Koksz gáz | |
| Földgáz | |
| Gáz |
Ebből a táblázatból jól látható, hogy a hidrogén fajlagos égéshője a legmagasabb, \(120\) MJ/m³. Ez azt jelenti, hogy \(1\) m³ térfogatú hidrogén teljes elégetésekor \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J energia szabadul fel.
A hidrogén a nagy energiájú üzemanyagok közé tartozik. Ezenkívül a hidrogén égésének terméke az tiszta víz, ellentétben más típusú üzemanyagokkal, ahol az égéstermékek a szén-dioxid és szén-monoxid, hamu és kemence salak. Ez teszi a hidrogént a leginkább környezetbarát üzemanyaggá.
A hidrogéngáz azonban robbanásveszélyes. Ráadásul más, azonos hőmérsékletű és nyomású gázokhoz képest a legkisebb a sűrűsége, ami megnehezíti a hidrogén cseppfolyósítását és szállítását.
A \(m\) kg szilárd vagy folyékony tüzelőanyag teljes elégetése során felszabaduló teljes hőmennyiséget \(Q\) a következő képlettel számítjuk ki:
A \(V\) m³ gáznemű tüzelőanyag teljes elégetésekor felszabaduló teljes hőmennyiséget \(Q\) a következő képlettel számítjuk ki:
A tüzelőanyag páratartalma (nedvességtartalma) csökkenti a fűtőértékét, mivel nő a nedvesség elpárologtatásához szükséges hőfelhasználás és nő az égéstermékek térfogata (a vízgőz jelenléte miatt).
A hamutartalom a tüzelőanyagban lévő ásványi anyagok elégetésekor keletkező hamu mennyisége. Ásványok A tüzelőanyagban lévő fűtőanyag csökkenti a fűtőértékét, mivel csökken az éghető komponensek tartalma (fő ok), és nő az ásványi tömeg felmelegítéséhez és olvasztásához szükséges hőfogyasztás.
A kéntartalom (kéntartalom) a tüzelőanyag negatív tényezőjét jelenti, mivel az égés során keletkezik kén-dioxid, szennyezi a légkört és tönkreteszi a fémet. Ezenkívül a tüzelőanyagban lévő kén részben átjut az olvasztott fémbe és a hegesztett üvegolvadékba, rontva azok minőségét. Például kristály, optikai és egyéb üvegek olvasztásához nem használhat kéntartalmú üzemanyagot, mivel a kén jelentősen csökkenti az üveg optikai tulajdonságait és színét.
Mindenki tudja, hogy az üzemanyag-használat óriási szerepet játszik életünkben. Az üzemanyagot a modern ipar szinte minden ágában használják. Különösen gyakran használnak olajból származó üzemanyagot: benzint, kerozint, dízel üzemanyagot és másokat. Éghető gázokat (metán és mások) is használnak.
Ismeretes, hogy a molekulák atomokból állnak. Ahhoz, hogy bármely molekulát (például vízmolekulát) alkotó atomokra oszthassunk, energiát kell fordítani (az atomok vonzási erőinek leküzdésére). A kísérletek azt mutatják, hogy amikor az atomok molekulává egyesülnek (ez történik az üzemanyag elégetésekor), éppen ellenkezőleg, energia szabadul fel.
Tudniillik van nukleáris üzemanyag is, de erről itt nem fogunk beszélni.
Az üzemanyag elégetésekor energia szabadul fel. Leggyakrabban ez a hőenergia. A kísérletek azt mutatják, hogy a felszabaduló energia mennyisége egyenesen arányos az elégetett üzemanyag mennyiségével.
Ennek az energiafelhasználásnak a kiszámításához fizikai mennyiség, amelyet az üzemanyag fajlagos égéshőjének neveznek. A tüzelőanyag fajlagos égéshője azt mutatja meg, hogy mennyi energia szabadul fel egységnyi tömegű tüzelőanyag elégetése során.
Ki van jelölve latin betű q. Az SI rendszerben ennek a mennyiségnek a mértékegysége J/kg. Vegye figyelembe, hogy minden tüzelőanyagnak megvan a saját fajlagos égéshője. Ezt az értéket szinte minden tüzelőanyag-típusra mérték, és táblázatokból határozzák meg a problémák megoldása során.
Például a benzin fajlagos égéshője 46 000 000 J/kg, a keroziné ugyanannyi, etilalkohol 27 000 000 J/kg. Könnyen megérthető, hogy a tüzelőanyag elégetése során felszabaduló energia egyenlő az üzemanyag tömegének és az üzemanyag fajlagos égéshőjének szorzatával:
Nézzünk egy példát. 10 gramm etil-alkohol égett el egy alkohollámpában 10 perc alatt. Keresse meg az alkohollámpa erejét.
Megoldás. Határozzuk meg az alkohol égésekor felszabaduló hőmennyiséget:
Q = q*m; Q = 27 000 000 J/kg * 10 g = 27 000 000 J/kg * 0,01 kg = 270 000 J.
Nézzük meg az alkohollámpa erejét:
N = Q / t = 270 000 J / 10 perc = 270 000 J / 600 s = 450 W.
Nézzünk egy összetettebb példát. Egy m1 tömegű, vízzel megtöltött alumínium serpenyőt m2 tömegű vízzel töltött kerozintűzhely segítségével t1 hőmérsékletről t2 hőmérsékletre (00C) melegítettünk.< t1 < t2
Megoldás.
Nézzük meg az alumínium által kapott hőmennyiséget:
Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);
Határozzuk meg a víz által kapott hőmennyiséget:
Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);
Határozzuk meg, mennyi hőt kap egy serpenyő víz:
Határozzuk meg az elégetett benzin által leadott hőmennyiséget:
Q4 = Q3 / k * 100 = (Q1 + Q2) / k * 100 =
(c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100;
Ismeretes, hogy az iparban, a közlekedésben használt energiaforrás, mezőgazdaság, a mindennapi életben, az üzemanyag. Ezek szén, olaj, tőzeg, tűzifa, földgáz stb. Amikor az üzemanyag ég, energia szabadul fel. Próbáljuk meg kideríteni, hogy ebben az esetben hogyan szabadul fel az energia.
Emlékezzünk vissza a vízmolekula szerkezetére (16. ábra, a). Egy oxigénatomból és két hidrogénatomból áll. Ha egy vízmolekulát atomokra osztunk, akkor le kell győzni az atomok közötti vonzási erőket, vagyis munkát kell végezni, ezért energiát kell költeni. Ezzel szemben, ha az atomok egyesülve molekulát alkotnak, energia szabadul fel.
Az üzemanyag felhasználása pontosan az atomok összekapcsolódása során felszabaduló energia jelenségén alapul. Például az üzemanyagban lévő szénatomok két oxigénatommal egyesülnek az égés során (16. ábra, b). Ebben az esetben szén-monoxid-molekula - szén-dioxid - keletkezik, és energia szabadul fel.
Rizs. 16. Molekulák szerkezete:
egy víz; b - egy szénatom és két oxigénatom kombinációja szén-dioxid molekulává
A motorok kiszámításakor a mérnöknek pontosan tudnia kell, hogy az elégetett üzemanyag mennyi hőt képes felszabadítani. Ehhez kísérletileg meg kell határozni, hogy mennyi hő szabadul fel azonos tömegű, különböző típusú tüzelőanyag teljes elégetésekor.
Azt a fizikai mennyiséget, amely megmutatja, hogy az 1 kg tömegű tüzelőanyag teljes elégetése során mennyi hő szabadul fel, a tüzelőanyag fajlagos égéshőjének nevezzük.
A fajlagos égéshőt q betűvel jelöljük. A fajlagos égéshő mértékegysége 1 J/kg.
A fajlagos égéshőt kísérletileg, meglehetősen bonyolult műszerekkel határozzák meg.
A kísérleti adatok eredményeit a 2. táblázat tartalmazza.
2. táblázat
Ebből a táblázatból látható, hogy például a benzin fajlagos égéshője 4,6 10 7 J / kg.
Ez azt jelenti, hogy az 1 kg tömegű benzin teljes elégetésekor 4,6 10 7 J energia szabadul fel.
A m kg tüzelőanyag elégetésekor felszabaduló Q hőmennyiséget a képlet alapján számítjuk ki
A 2. táblázat segítségével készítsünk oszlopdiagramot a tűzifa, alkohol, olaj, hidrogén fajlagos égéshőjére, a következő skála kiválasztásával: a téglalap szélessége 1 cella, 2 mm magassága 10 J-nak felel meg.
A szén égési hőmérsékletét tekintik a fő kritériumnak, amely lehetővé teszi a hibák elkerülését az üzemanyag kiválasztásakor. A kazán teljesítménye és minőségi munkája közvetlenül ettől az értéktől függ.
Télen különösen fontos a lakóhelyiségek fűtésének kérdése. A hűtőfolyadékok költségének szisztematikus növekedése miatt az embereknek keresniük kell alternatív lehetőségek hőenergia termelés.
A probléma megoldásának legjobb módja a szilárd tüzelésű kazánok kiválasztása, amelyek optimális teljesítményjellemzőkkel rendelkeznek és jól tartják a hőt.
A szén fajlagos égéshője olyan fizikai mennyiség, amely megmutatja, hogy egy kilogramm tüzelőanyag teljes elégetése során mennyi hő szabadulhat fel. Hogy a kazán működjön hosszú idő, fontos a megfelelő üzemanyag kiválasztása hozzá. A szén fajlagos égéshője magas (22 MJ/kg), így ez a típus számára optimálisnak tartják az üzemanyagot hatékony munkavégzés kazán
Jelenleg a gáztüzelésen alapuló berendezésekről a szilárd tüzelésű háztartási fűtési rendszerekre való átállás tendenciája tapasztalható.
Nem mindenki tudja, hogy a kényelmes mikroklíma megteremtése a házban közvetlenül függ a választott üzemanyag minőségétől. Kiemeljük a fát, mint az ilyen fűtőkazánok hagyományos anyagát.
Kíméletlen éghajlati viszonyok között, amelyeket hosszú és hideg tél jellemez, meglehetősen nehéz fával fűteni egy otthont a teljes fűtési szezonban. Amikor a levegő hőmérséklete meredeken csökken, a kazán tulajdonosa kénytelen maximális képességeinek határáig használni.
A fa szilárd tüzelőanyagként történő kiválasztásakor problémák merülnek fel komoly problémákatés a kényelmetlenség. Először is megjegyezzük, hogy a szén égési hőmérséklete sokkal magasabb, mint a faé. A hátrányok közé tartozik a tűzifa magas égési sebessége, amely komoly nehézségeket okoz a fűtőkazán működtetésekor. Tulajdonosa kénytelen folyamatosan figyelni a tűzifa rendelkezésre állását a tűztérben, elég nagy mennyiségre lesz szükség a fűtési szezonban.
Az égési hőmérséklet sokkal magasabb, így ez a tüzelőanyag kiváló alternatívája a hagyományos tűzifának. Megjegyezzük továbbá a kiváló hőátadási sebességet, az égési folyamat időtartamát és az alacsony üzemanyag-fogyasztást. A bányászat sajátosságaihoz, valamint a föld belsejében való előfordulás mélységéhez kapcsolódóan többféle szén létezik: kemény, barna, antracit.
Ezen lehetőségek mindegyikének megvan a maga sajátja jellegzetes tulajdonságokés azok a jellemzők, amelyek lehetővé teszik a használatát szilárd tüzelésű kazánok. A szén égési hőmérséklete a kemencében minimális lesz barnaszén használatakor, mivel elegendő mennyiséget tartalmaz nagyszámú különféle szennyeződések. Ami a hőátadási mutatókat illeti, értékük hasonló a fához. Kémiai reakcióégés exoterm, a szén fűtőértéke magas.
A szén gyulladási hőmérséklete 400 fok. Ezenkívül az ilyen típusú szén fűtőértéke meglehetősen magas, ezért ezt a fajta tüzelőanyagot széles körben használják lakóhelyiségek fűtésére.
Az antracit maximális hatékonysággal rendelkezik. Az ilyen üzemanyag hátrányai közül kiemeljük magas költségét. Az ilyen típusú szén égési hőmérséklete eléri a 2250 fokot. A föld belsejéből kivont szilárd tüzelőanyagnak nincs ilyen mutatója.
Van egy hasonló készülék tervezési jellemzők, magában foglalja a szén pirolízis reakcióját. nem tartozik az ásványok közé, emberi tevékenység terméke lett.
A szén égési hőmérséklete 900 fok, amely megfelelő mennyiségű hőenergia felszabadulásával jár. Mi a technológia egy ilyen csodálatos termék létrehozásához? A lényeg a fa bizonyos feldolgozásában rejlik, amelynek következtében szerkezetében jelentős változás következik be, és felesleges nedvesség szabadul fel belőle. Hasonló eljárást speciális kemencékben hajtanak végre. Az ilyen eszközök működési elve a pirolízis folyamatán alapul. A szenes kemence négy alapvető összetevőből áll:
A kamrába való belépés után a tűzifa fokozatos parázslása következik be. Ez a folyamat annak köszönhető, hogy a tűztérben elegendő mennyiségű oxigéngáz van jelen, amely támogatja az égést. A parázslás során megfelelő mennyiségű hő szabadul fel, az átalakulás felesleges folyadék par.
A reakció során felszabaduló füst a másodlagos feldolgozó kamrába kerül, ahol teljesen leég és hő szabadul fel. számos fontos funkcionális feladatot lát el. Segítségével faszén képződik, és kényelmes hőmérsékletet tartanak fenn a szobában.
De az ilyen tüzelőanyag megszerzésének folyamata meglehetősen kényes, és a legkisebb késéssel a fa teljes égése lehetséges. Az elszenesedett darabokat egy bizonyos időpontban ki kell venni a sütőből.
A technológiai lánc követése esetén kiváló anyagot kapunk, amely a téli fűtési szezonban a lakóhelyiségek teljes fűtésére használható. Természetesen a szén égési hőmérséklete magasabb lesz, de az ilyen üzemanyag nem minden régióban megfizethető.
A szén égése 1250 fokos hőmérsékleten kezdődik. Például egy olvasztó kemence faszénnel működik. A kemencébe levegő bejutásakor keletkező láng könnyen megolvasztja a fémet.
Mert magas hőmérsékletű A kemence minden belső eleme speciális tűzálló téglából készül. Telepítésükhöz tűzálló agyagot használnak. Alkotás közben különleges körülmények Nagyon is lehetséges, hogy a sütőben 2000 fokot meghaladó hőmérsékletet érjünk el. Minden szénfajtának megvan a maga lobbanáspontja. Ennek a mutatónak az elérése után fontos a gyulladási hőmérsékletet folyamatos táplálással fenntartani felesleges mennyiség oxigén.
Ennek az eljárásnak a hátrányai közül kiemeljük a hőveszteséget, mert a felszabaduló energia egy része a csövön keresztül távozik. Ez a tűztér hőmérsékletének csökkenéséhez vezet. A kísérleti vizsgálatok során a tudósok meg tudták állapítani, hogy különféle típusoküzemanyag optimális felesleges oxigénmennyiség. A felesleges levegő kiválasztásának köszönhetően az üzemanyag teljes elégetésére számíthat. Ennek eredményeként minimális hőenergia-veszteséggel számolhat.
A tüzelőanyag összehasonlító értékét az alapján határozzák meg fűtőértéke kalóriában mérve. Különböző típusainak jellemzőit figyelembe véve megállapíthatjuk, hogy a kőszén az optimális szilárd anyag típusa. Sok saját fűtési rendszer tulajdonosa próbál vegyes tüzelésű kazánokat használni: szilárd, folyékony, gáznemű.
