Wartość opałowa różnych rodzajów paliw: porównanie paliw pod względem ciepła spalania + tabela wartości opałowej

Kiedy określona ilość paliwa spala się, wydziela się mierzalna ilość ciepła. Zgodnie z Międzynarodowym Układem Jednostek wartość wyrażana jest w dżulach na kg lub m³. Jednak parametry mogą być również obliczane w kcal lub kW. Jeśli wartość odnosi się do jednostki miary paliwa, nazywa się ją jednostkową.

Na co wpływa wartość opałowa różnych paliw? Jaka jest wartość tego wskaźnika dla substancji ciekłych, stałych i gazowych? Odpowiedzi na te pytania zostały szczegółowo przedstawione w artykule. Ponadto przygotowaliśmy tabelę przedstawiającą jednostkowe ciepło spalania materiałów – ta informacja przyda się przy wyborze wysokokalorycznego rodzaju paliwa.

Ogólne informacje o wartości opałowej

Uwalnianie energii podczas spalania powinno charakteryzować się dwoma parametrami: wysoką sprawnością i brakiem wytwarzania szkodliwych substancji.

Paliwo sztuczne powstaje w procesie przeróbki naturalnego – paliwa biologicznego. Niezależnie od stanu skupienia, substancje w swoim składzie chemicznym mają część palną i niepalną. Pierwsza to węgiel i wodór. Druga składa się z wody, soli mineralnych, azotu, tlenu, metali.

Ze względu na stan skupienia paliwo dzieli się na ciekłe, stałe i gazowe. Każda grupa dodatkowo rozgałęzia się na podgrupę naturalną i sztuczną (+).

Podczas spalania 1 kg takiej „mieszanki” wydziela się różna ilość energii. Ile dokładnie tej energii zostanie uwolnione, zależy od proporcji wymienionych elementów – części palnej, wilgotności, zawartości popiołu i innych składników.

Ciepło spalania paliwa (CSP) składa się z dwóch poziomów – wyższego i niższego. Pierwszy wskaźnik wynika z kondensacji wody, w drugim ten czynnik nie jest uwzględniany.

Niższa wartość opałowa potrzebna jest do obliczeń zapotrzebowania na paliwo i jego kosztów, za pomocą takich wskaźników sporządza się bilanse cieplne i określa sprawność instalacji pracujących na paliwie.

Obliczyć wartość opałową można analitycznie lub eksperymentalnie. Jeśli znany jest skład chemiczny paliwa, stosuje się wzór Mendelejewa. Metody eksperymentalne opierają się na rzeczywistym pomiarze ciepła podczas spalania paliwa.

W takich przypadkach stosuje się specjalną bombę do spalania – kalorymetryczną wraz z kalorymetrem i termostatem.

Cechy obliczeń są indywidualne dla każdego rodzaju paliwa. Przykład: Wartość opałowa w silnikach spalinowych oblicza się od wartości dolnej, ponieważ w cylindrach ciecz nie kondensuje.

Wartość opałowa jest ustalana za pomocą bomby kalorymetrycznej. Sprężony tlen nasyca się parą wodną. W takie środowisko umieszcza się naważkę paliwa i określa wyniki.

Każdy rodzaj substancji ma swoją wartość opałową ze względu na właściwości składu chemicznego. Wartości znacznie się różnią, zakres wahań — 1 000–10 000 kcal/kg.

Porównując różne rodzaje materiałów, używa się pojęcia paliwa umownego, charakteryzuje się ono dolną wartością opałową 29 MJ/kg.

Wartość opałowa materiałów stałych

Do tej kategorii zalicza się drewno, torf, koks, łupki palne, paliwo brykietowe i pyliste. Głównym składnikiem paliwa stałego jest węgiel.

Cechy różnych gatunków drewna

Maksymalną efektywność z używania drewna opałowego uzyskuje się pod warunkiem spełnienia dwóch warunków — suchości drewna i powolnego procesu spalania.

Kawałki drewna są cięte lub rąbane na odcinki o długości do 25-30 cm, aby drewno opałowe wygodnie ładowało się do paleniska.

Idealne do ogrzewania piecowego drewnem są dębowe, brzozowe, jesionowe klocki. Dobrymi parametrami charakteryzuje się głóg, leszczyna. Natomiast u gatunków iglastych wartość opałowa jest niska, ale duża szybkość spalania.

Jak palą się różne gatunki:

1. Buk, brzozę, jesion, leszczynę trudno rozpalić, ale są w stanie palić się surowymi ze względu na niską wilgotność.
2. Olcha z osiką nie tworzą sadzy i „potrafią” ją usuwać z komina.
3. Brzoza wymaga wystarczającej ilości powietrza w palenisku, w przeciwnym razie będzie dymić i osadzać się smołą na ściankach rury.
4. Sosna zawiera więcej żywicy niż świerk, dlatego iskrzy i pali się goręcej.
5. Grusza i jabłoń łatwiej się rozłupują i doskonale palą.
6. Cedr stopniowo zamienia się w tlący się węgiel.
7. Wiśnia i wiąz dymią, a platan trudno rozłupać.
8. Lipa z topolą szybko się wypalają.

Wskaźniki wartości opałowej różnych gatunków silnie zależą od gęstości poszczególnych gatunków. 1 metr sześcienny drewna opałowego jest równoważny około 200 litrom paliwa ciekłego i 200 m³ gazu ziemnego. Drewno i drewno opałowe należą do kategorii o niskiej efektywności energetycznej.

Wpływ wieku na właściwości węgla

Węgiel jest naturalnym materiałem pochodzenia roślinnego. Wydobywa się go ze skał osadowych. W tym paliwie zawarty jest węgiel i inne pierwiastki chemiczne.

Oprócz rodzaju, na wartość opałową węgla wpływa również wiek materiału. Węgiel brunatny należy do młodszej kategorii, za nim następuje węgiel kamienny, a najstarszym uznawany jest antracyt.

Po wieku paliwa określa się również wilgotność: im młodszy węgiel, tym większa zawartość wilgoci, która również wpływa na właściwości tego rodzaju paliwa.

Proces spalania węgla wiąże się z emisją substancji zanieczyszczających środowisko, a ruszt kotła pokrywa się żużlem. Kolejnym niekorzystnym czynnikiem dla atmosfery jest obecność siarki w paliwie. Pierwiastek ten w kontakcie z powietrzem przekształca się w kwas siarkowy.

Producentom udaje się maksymalnie obniżyć zawartość siarki w węglu. W rezultacie wartość opałowa różni się nawet w obrębie jednego rodzaju. Na parametry wpływa również geografia wydobycia. Jako paliwo stałe może być używany nie tylko czysty węgiel, ale także brykietowany żużel.

Największą wartość opałową ma węgiel koksujący. Dobre właściwości mają również węgiel kamienny, drzewny, brunatny oraz antracyt.

Charakterystyka peletów i brykietów

To paliwo stałe jest wytwarzane przemysłowo z różnych odpadów drzewnych i roślinnych.

Rozdrobnione wióry, kora, tektura, słoma są suszone, a za pomocą specjalnego sprzętu przekształcane w granulki. Aby masa uzyskała odpowiednią lepkość, dodaje się do niej polimer – ligninę.

Pellety charakteryzują się przystępną ceną, na którą wpływają wysoki popyt i specyfika procesu produkcyjnego. Materiał ten może być stosowany wyłącznie w kotłach przeznaczonych do tego rodzaju paliwa.

Brykiety różnią się tylko kształtem; można je ładować do pieców i kotłów. Oba rodzaje paliwa dzielą się na typy ze względu na surowiec: z drewna okrągłego, torfu, słonecznika, słomy.

Pellety i brykiety mają znaczące zalety w porównaniu z innymi rodzajami paliwa:

• pełna ekologiczność;
• możliwość przechowywania praktycznie w każdych warunkach;
• odporność na oddziaływania mechaniczne i grzyby;
• równomierne i długotrwałe spalanie;
• optymalny rozmiar granulek do załadunku do urządzenia grzewczego.

Ekologiczne paliwo to dobra alternatywa dla tradycyjnych źródeł ciepła, które nie są odnawialne i niekorzystnie wpływają na środowisko. Jednak pellety i brykiety cechują się podwyższonym zagrożeniem pożarowym, co należy uwzględnić przy organizacji miejsca przechowywania.

W razie chęci można samodzielnie zorganizować produkcję brykietów opałowych; więcej informacji – w tym artykule.

Parametry substancji ciekłych

Substancje ciekłe, podobnie jak stałe, dzielą się na następujące składniki: węgiel, wodór, siarkę, tlen, azot. Procentowy udział wyrażany jest w masie.

Z tlenu i azotu tworzy się wewnętrzny organiczny balast paliwa, składniki te nie spalają się i są włączone do składu warunkowo. Zewnętrzny balast tworzy się z wilgoci i popiołu.

Wysokie ciepło właściwe spalania obserwuje się w benzynie. W zależności od marki wynosi ono 43-44 MJ.

Podobne wartości ciepła właściwego spalania określa się również dla nafty lotniczej – 42,9 MJ. Do kategorii liderów pod względem wartości opałowej zalicza się również olej napędowy – 43,4-43,6 MJ.

Ponieważ benzyna ma wyższe ciepło właściwe spalania niż olej napędowy, powinna mieć również wyższe zużycie i sprawność. Ale olej napędowy jest bardziej ekonomiczny od benzyny o 30-40%.

Stosunkowo niskimi wartościami ciepła właściwego spalania charakteryzują się płynne paliwo rakietowe, glikol etylenowy. Minimalnym ciepłem właściwym spalania wyróżniają się alkohol i aceton. Ich wartości są znacznie niższe niż w przypadku tradycyjnego paliwa silnikowego.

Właściwości paliwa gazowego

Paliwo gazowe składa się z tlenku węgla, wodoru, metanu, etanu, propanu, butanu, etylenu, benzenu, siarkowodoru i innych składników. Te wartości są wyrażane w procentach objętościowych.

Największym ciepłem spalania wyróżnia się wodór. Spalając się, kilogram substancji wydziela 119,83 MJ ciepła. Ale charakteryzuje się on podwyższonym stopniem wybuchowości.

Wysokie wartości opałowe obserwuje się również w przypadku gazu ziemnego.

Wynoszą one 41-49 MJ na kg. Ale na przykład w przypadku czystego metanu ciepło spalania jest większe – 50 MJ na kg.

Tabela porównawcza wskaźników

W tabeli przedstawiono wartości masowego ciepła właściwego spalania ciekłych, stałych i gazowych rodzajów paliw.

Z tabeli widać, że najwyższe wartości ciepła właściwego spalania ze wszystkich substancji, nie tylko gazowych, ma wodór. Należy on do wysokoenergetycznych rodzajów paliw.

Produktem spalania wodoru jest zwykła woda. W procesie nie wydzielają się żużle paleniskowe, popiół, tlenek węgla i dwutlenek węgla, co czyni substancję ekologicznie czystym paliwem. Ale jest on wybuchowy i charakteryzuje się niską gęstością, dlatego takie paliwo trudno skroplić i transportować.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

O wartości opałowej różnych gatunków drewna. Porównanie wartości w przeliczeniu na m³ i kg.

Ciepło właściwe spalania – najważniejsza charakterystyka cieplna i eksploatacyjna paliwa. Ten wskaźnik jest używany w różnych dziedzinach działalności człowieka: w silnikach cieplnych, elektrowniach, przemyśle, przy ogrzewaniu mieszkań i przygotowywaniu posiłków.

Wartości opałowe pomagają porównać różne rodzaje paliw pod względem wydzielanej energii, obliczyć niezbędną masę paliwa, zaoszczędzić na kosztach.

Czy macie Państwo coś do dodania, lub pojawiły się pytania dotyczące wartości opałowej różnych rodzajów paliw? Można zostawiać komentarze do publikacji i uczestniczyć w dyskusjach – formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.