Что понимают под низшей и высшей теплотой сгорания

Теплота сгорания

Теплота́ сгора́ния — это количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания (дж или кал на 1 кг, м³ или моль).

Для её измерения пользуются методами калориметрии. Теплота сгорания определяется химическим составом горючего вещества. Содержащиеся в горючем веществе химические элементы обозначаются принятыми символами С, Н, О, N, S, а зола и вода — символами А и W соответственно.

Содержание

Виды теплоты сгорания

Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе горючего вещества , то есть к горючему веществу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе вещества ; к горючей массе вещества , то есть к горючему веществу, не содержащему влаги и золы.

Различают высшую () и низшую () теплоту сгорания.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.

Низшая и высшая теплота сгорания связаны соотношением: ,

где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

Расчёт теплоты сгорания

Таким образом, высшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах высшая теплота сгорания принимается как 100 %. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11 %.

На практике, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в веществе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Низшая теплота сгорания определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):

(для твердого вещества)

(для жидкого вещества), где:

• 2514 — теплота парообразования при температуре 0 °C и атмосферном давлении, кДж/кг;

• и — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;

• 9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.

Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчётным способом в соответствии с формулой Д. И. Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:

, где:

, , , , — содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).

Для сравнительных расчётов используется так называемое Топливо условное, имеющее удельную теплоту сгорания, равную 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

В России тепловые расчёты (например, расчёт тепловой нагрузки для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности [1] ) обычно ведут по низшей теплоте сгорания, в США, Великобритании, Франции — по высшей. В Великобритании и США до внедрения метрической системы мер удельная теплота сгорания измерялась в британских тепловых единицах (BTU) на фунт (lb) (1Btu/lb = 2,326 кДж/кг).

Вещества и материалы	Низшая теплота сгорания , МДж/кг
Бензин	41,87
Керосин	43,54
Бумага: книги, журналы	13,4
Древесина (бруски W = 14 %)	13,8
Каучук натуральный	44,73
Линолеум поливинилхлоридный	14,31
Резина	33,52
Волокно штапельное	13,8
Полиэтилен	47,14
Пенополистирол	41,6
Хлопок разрыхленный	15,7
Пластмасса	41,87

Самые высокие значения теплоты сгорания природных газов из различных источников

Необходимое количество топлива для работы лампочки мощностью 100 Вт в течение года (876 кВт·ч )

(Количество топлива, указанное ниже, рассчитано при 100 % эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую. Так как большинство электрогенерирующих установок и распределительных систем достигают эффективности (КПД) порядка 30 % — 35 %, фактическое количество топлива, используемого для питания лампочки мощностью 100 Вт, будет приблизительно в три раза больше указанного количества).

Источник

В чем физический смысл различия между высшей и низшей теплотой сгорания топлива? Методы определения теплоты сгорания топлива?

Что такое балласт топлива? Дайте краткую характеристику составных частей балласта твердого и газообразного топлива. Назовите горючие компоненты различных видов топлива.

Балласт топлива

Негорючие минеральные примеси и влага являются внешним балластом твердого топлива. Своим присутствием минеральные примеси и влага уменьшают содержание горючей массы в единице массы рабочего топлива; кроме того, при сжигании топлива на испарение влаги затрачивается определенное количество тепла. Поэтому с увеличением зольности и влажности уменьшается теплота сгорания топлива, увеличивается его расход у потребителя, соответственно увеличиваются расходы на добычу и перевозку.

По происхождению различают три вида минеральных примесей.

Первичные примеси в составе материнского вещества перешли в топливо из углеобразователей. Эти примеси связаны с органической массой топлива. По количеству их обычно немного, они равномерно распределены по всей массе топлива и не могут быть удалены из него.

Некоторое количество примесей внесено в топливо в процессе углеобразования как наносы ветром и водой. Эти примеси, называемые вторичными, распределены в топливе менее равномерно, иногда встречаются в виде тонких прослоек. Первичные и вторичные минеральные примеси являются внутренними примесями топлива.

Третичные примеси попадают в топливо в виде породы при его добыче от внешнего минерального окружения вырабатываемого пласта и распределены в топливе неравномерно, сравнительно легко отделяются и являются внешними

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую некоторое количество примесей. К горючим газам относятся углеводороды, водород и оксид углерода. Негорючие компоненты – это азот, оксид (II) углерода и кислород. Они составляют балласт газообразного топлива. К примесям относят водные пары, сероводород, пыль. Искусственные газы могут содержать аммиак, цианистые соединения, смолу и пр. Газообразное топливо очищают от вредных примесей.

Состав топлива. Топливо в том виде, в котором оно добыто, включает в себя органическую массу и балласт. Органической массой топлива считают ту часть, которая произошла из органических веществ: углерода, водорода, кислорода и азота; в балласт включают серу, минеральные примеси — золу и влагу топлива:

В чем физический смысл различия между высшей и низшей теплотой сгорания топлива? Методы определения теплоты сгорания топлива?

Различают высшую и низшую Т. с. топлива. Высшая Т. с. определяется с учётом теплоты фазовых превращений продуктов сгорания при их охлаждении до 20(°)С, низшая — без учёта этой теплоты. Низшая теплота сгорания топлива Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (объема) топлива, при условии, что вода, образующаяся при сгорании, будет находиться в парообразном состоянии

Высшая теплота сгорания топлива Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (объема) топлива, при условии, что вода, образующаяся при сгорании, будет находиться в жидком состоянии

Источник

Низшая, высшая и удельная теплота сгорания

Теплота сгорания это количеством выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Различают высшую (Q_B p ) и низшую (Q_H p ) теплоту сгорания.
Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.
Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.
Таким образом, низшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах низшая теплота сгорания принимается как 100%. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11%.
На практике, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (Q_H p ), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в топливе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Для твердого и жидкого топлива низшая теплота сгорания определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):

Q_H P = Q_B P — 2514•(9H P + W P /100)
или
Q_H P = Q_B P — 600•(9H P + W P /100)
где:
— 2514 — теплота парообразования при температуре 0°С и атмосферном давлении, кДж/кг;
— H P и W P — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %; 9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.
Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.
Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчетным способом в соответствии с формулой Д.И. Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:
Q_H P = 339 C P + 1256 H P — 109 (O P — S_L P ) — 25,14 (9H P + W P )
или

Q_H P = 81 C P + 246 H P — 26 (O P — S_L P ) — 6 W P
Удельная теплота сгорания — изменение энтальпии, которое сопровождает изотермически и изобарно протекающую реакцию сгорания единицы массы технологической среды с эквивалентным количеством кислорода.
Ниже, в таблице, приведена для примера низшая теплота сгорания некоторых веществ.

Источник

Низшая теплота сгорания

Теплота́ сгора́ния — это количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания (дж или кал на 1 кг или м³).

Для её измерения пользуются методами калориметрии. Теплота сгорания определяется химическим составом горючего вещества. Содержащиеся в горючем веществе химические элементы обозначаются принятыми символами С, Н, О, N, S, а зола и вода — символами А и W соответственно.

Содержание

Виды теплоты сгорания

Различают высшую ( Q_B ) и низшую ( Q_H ) теплоту сгорания.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.

где k — коэффициент, равный 25 кдж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

Расчёт теплоты сгорания

Таким образом, низшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах низшая теплота сгорания принимается как 100 %. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11 %.

На практике, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в веществе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Низшая теплота сгорания определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):

(для твердого вещества)

(для жидкого вещества), где:

• 2514 — теплота парообразования при температуре 0 °C и атмосферном давлении, кДж/кг;

• H P и W P — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;

• 9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.

Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчётным способом в соответствии с формулой Д. И. Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:

, где:

Для сравнительных расчётов используется так называемое Топливо условное, имеющее удельную теплоту сгорания, равную 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

В России тепловые расчёты (например, расчёт тепловой нагрузки для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности [1] ) обычно ведут по низшей теплоте сгорания, в США, Великобритании, Франции — по высшей. В Великобритании и США до внедрения метрической системы мер удельная теплота сгорания измерялась в британских тепловых единицах (BTU) на фунт (lb) (1Btu/lb = 2,326 кдж/кг).

Вещества и материалы	Низшая теплота сгорания , МДж/кг
Бензин	41,87
Керосин	43,54
Бумага: книги, журналы	13,4
Древесина (бруски W = 14 %)	13,8
Каучук натуральный	44,73
Линолеум поливинилхлоридный	14,31
Резина	33,52
Волокно штапельное	13,8
Полиэтилен	47,14
Хлопок разрыхленный	15,7

Самые высокие значения теплоты сгорания природных газов из различных источников

Необходимое количество топлива для работы лампочки мощностью 100 Вт в течение года

(Количество топлива указанное ниже 100 % эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую. Так как большинство электрогенераторов и распределительных систем достигают эффективности (КПД) порядка 30 % — 35 %, фактическое количество топлива, используемого для питания лампочки мощностью 100 Вт, будет приблизительно в три раза больше указанного количества).

Примечания

Литература

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Низшая теплота сгорания» в других словарях:

низшая теплота сгорания — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN lower heating valueLHV … Справочник технического переводчика

низшая теплота сгорания — 2.2 низшая теплота сгорания (inferior calorific value): Количество теплоты, которое может выделиться при полном сгорании в воздухе определенного количества газа таким образом, что давление p1, при котором протекает реакция, остается постоянным,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

низшая теплота сгорания топлива — Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (объема) топлива, при условии, что вода, образующаяся при сгорании, будет находиться в парообразном состоянии. Примечание Низшая объемная теплота сгорания топлива относится к… … Справочник технического переводчика

низшая теплота сгорания газа; Н_н — низшая теплота сгорания газа; Нн: Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (объема) сухого газа, без учета теплоты конденсации водяных паров. Теплоту сгорания газа при условиях испытаний пересчитывают на стандартные… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

низшая теплота сгорания газа — 3.11 низшая теплота сгорания газа QH: Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (объема) сухого газа, без учета теплоты конденсации водяных паров. Источник: ГОСТ Р 51847 2001: Аппараты водонагревательные проточные газовые… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

низшая теплота сгорания топлива — 3.24 низшая теплота сгорания топлива : По ГОСТ 17356. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

низшая теплота сгорания (низшая теплота сгорания при постоянном давлении), Q_н — 3.1.6 низшая теплота сгорания (низшая теплота сгорания при постоянном давлении), Qн [net calorific value (net heat of combustion at constant pressure), Qp]: Количество теплоты, выделяемое при сгорании объемной или массовой единицы твердого или… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Низшая теплота сгорания при постоянном давлении — 4.3 Низшая теплота сгорания при постоянном давлении количество тепла, выделившееся при полном сгорании единицы массы твердого топлива в среде кислорода при постоянном давлении. При этом остаточными веществами являются кислород, диоксид углерода,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Низшая теплота сгорания при постоянном объеме — 4.2 Низшая теплота сгорания при постоянном объеме количество тепла, выделившееся при полном сгорании единицы массы твердого топлива в среде кислорода при постоянном объеме. При этом остаточными веществами являются кислород, диоксид углерода, азот … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Низшая теплота сгорания угля — 94. Низшая теплота сгорания угля Ндп. Низшая теплотворная способность угля Калорийность топлива D. Unterer Heizwert Е. Net calorific value F. Pouvoir calorifique interieur Количество тепла, равное высшей теплоте сгорания за вычетом теплоты… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Теплота сгорания топлива

Наиболее важной характеристикой топлива является теплота сгорания, которой называют количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м 3 газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг): 1 ккал = 4,1868, или 4,19, кДж.

Как указывалось ранее, к горючим элементам в топливе относят углерод С, водород Н и летучую горючую серу S_Л. Элементарно их горение может быть представлено следующими уравнениями:

В процессе горения горючих элементов выделяется следующее количество тепла при сжигании 1 кг:

Углерода – 33,65 МДж (8031 ккал/кг),

Серы – 9 МДж (2172 ккал/кг),

Водорода – 141,5 МДж (33 770 ккал/кг).

Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшей теплотой сгораниятоплива называют все количество тепла, выделенное при сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива, или 1 м 3 газообразного (при нормальных условиях) и превращении водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, в жидкость.

На практике, однако, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания, которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в топливе, так и образовавшихся при его сжигании.

Уравнение связи между высшей и низшей теплотами сгорания твердого и жидкого топлива:

Q_в р – высшая теплота сгорания, кДж/кг;

25 – теплота парообразования при температуре 0°С и атмосферном давлении, кДж/кг;

9 – коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

Если известен элементарный состав топлива, то низшая теплота сгорания твердого и жидкого топлива, кДж/кг или ккал/кг, может быть определена по эмпирической формуле, предложенной Д. И. Менделеевым:

Q_н р = 339 · С р + 1256 · H р – 109 · (O р – S_л р ) – 25,14 · (9·Н р + W Р ). (1.14)

Сама по себе теплота сгорания топлива не влияет на экономичность процесса горения, однако величина теплоты сгорания в значительной степени зависит от содержания в топливе балласта (влаги, золы), влияние которого было рассмотрено выше. По этим причинам теплота сгорания топлива и рассматривается как один из факторов, определяющих экономичность горения.

Путем смешивания топлив разных марок можно значительно повысить экономичность процесса горения.

1.4.Условное топливо. Температура горения топлива

Расход топлива зависит от его теплоты сгорания, которая для различных топлив изменяется в больших пределах. Для сравнения по энергетической ценности и эффективности использования различных сортов топлив введено понятие об условном топливе, которому присваивается теплота сгорания, равная Q_ycл =29,33 МДж/кг (7000 ккал/кг).

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, воспринимается продуктами сго-рания, которые нагреваются до определенной температуры, называемой температурой горения. Различают калориметрическую, теоретическую и действительную температуры сгорания топлива.

Чтобы выявить потенциальные возможности топлива, вводят понятие горения без подогрева топлива и воздуха при идеальном адиабатическом процессе, т. е. горения с теоретическим количеством воздуха, без потерь теплоты и без теплообмена в топочном агрегате и с окружающей средой. Полученная в этих условиях температура продуктов сгорания называется теоретической.

Калориметрическая температураотражает влияние подогрева топлива и воздуха и коэффициента избытка расхода воздуха на температуру адиабатического горения. Повышение температуры подогрева топлива и воздуха увеличивает приход теплоты в зону горения и повышает температуру горения, а увеличение коэффициента избытка воздуха вызывает увеличение объема продуктов сгорания, что понижает температуру горения. Поэтому в зависимости от влияния этих факторов калориметрическая температура может быть выше или ниже теоретической.

Отношение действительной температуры горения топлива к теоретической называется пирометрическим коэффициентом.

Контрольные вопросы

1 Что такое топливо?

2 По каким критериям классифицируется топливо?

3 Каков состав различных видов топлива?

4 Что подразумевают под горячей и негорючей частью топлива?

5 Как зольность и влажность влияют на теплотехнические свойства топлива?

6 Чем отличается высшая теплота сгорания топлива от низшей?

7 Что такое условное топливо?

8 Что понимают под температурой горения топлива?

9 Чем отличается теоретическая от калориметрической температуры горения?

10 Что понимают под пирометрическим коэффициентом?

Источник