Chaleur spécifique de combustion du gaz. Le gaz naturel et son pouvoir calorifique pour un usage domestique

Les tableaux montrent la masse chaleur spécifique combustion de combustible (liquide, solide et gazeux) et de certains autres matériaux combustibles. Les combustibles suivants ont été considérés : charbon, bois de chauffage, coke, tourbe, kérosène, pétrole, alcool, essence, gaz naturel, etc.

Liste des tableaux :

Lors de la réaction exothermique d'oxydation du carburant, son énergie chimique est convertie en énergie thermique avec dégagement d'une certaine quantité de chaleur. La résultante l'énérgie thermique est généralement appelée la chaleur de combustion du carburant. Cela dépend de sa composition chimique, de son humidité et c'est la principale. La chaleur de combustion du carburant pour 1 kg de masse ou 1 m 3 de volume forme la chaleur spécifique massique ou volumétrique de combustion.

La chaleur spécifique de combustion d'un combustible est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'une unité de masse ou de volume de solide, liquide ou combustible gazeux. DANS Système international unités, cette valeur est mesurée en J/kg ou J/m 3.

La chaleur spécifique de combustion d'un carburant peut être déterminée expérimentalement ou calculée analytiquement. Les méthodes expérimentales de détermination du pouvoir calorifique reposent sur la mesure pratique de la quantité de chaleur dégagée lorsqu'un combustible brûle, par exemple dans un calorimètre doté d'un thermostat et d'une bombe à combustion. Pour les carburants avec composition chimique La chaleur spécifique de combustion peut être déterminée à l'aide de la formule de Mendeleïev.

Il existe des chaleurs spécifiques de combustion plus élevées et plus faibles. Le pouvoir calorifique le plus élevé est nombre maximum la chaleur dégagée lors de la combustion complète du combustible, compte tenu de la chaleur dépensée pour l'évaporation de l'humidité contenue dans le combustible. Pouvoir calorifique net inférieur à la valeur plus élevé par la quantité de chaleur de condensation, qui se forme à partir de l'humidité du carburant et de l'hydrogène de la masse organique, qui se transforme en eau lors de la combustion.

Pour déterminer les indicateurs de qualité du carburant, ainsi que dans les calculs thermiques utilisent généralement une chaleur de combustion spécifique plus faible, qui est la caractéristique thermique et de performance la plus importante du carburant et est indiquée dans les tableaux ci-dessous.

Chaleur spécifique de combustion de combustibles solides (charbon, bois de chauffage, tourbe, coke)

Le tableau présente les valeurs de la chaleur spécifique de combustion du combustible solide sec dans la dimension MJ/kg. Les carburants dans le tableau sont classés par nom par ordre alphabétique.

Parmi les combustibles solides considérés, le charbon à coke a le pouvoir calorifique le plus élevé - sa chaleur spécifique de combustion est de 36,3 MJ/kg (ou en unités SI de 36,3·10 6 J/kg). De plus, une chaleur de combustion élevée est caractéristique charbon, anthracite, charbon de bois et lignite.

Les combustibles à faible efficacité énergétique comprennent le bois, le bois de chauffage, la poudre à canon, la tourbe de broyage et le schiste bitumineux. Par exemple, la chaleur spécifique de combustion du bois de chauffage est de 8,4 à 12,5, et celle de la poudre à canon n'est que de 3,8 MJ/kg.

Chaleur spécifique de combustion de combustibles solides (charbon, bois de chauffage, tourbe, coke)

Carburant
Anthracite	26,8…34,8
Granulés de bois (pellets)	18,5
Bois de chauffage sec	8,4…11
Bois de chauffage de bouleau sec	12,5
Coke de gaz	26,9
Coke explosive	30,4
Semi-coca	27,3
Poudre	3,8
Ardoise	4,6…9
Schistes bitumineux	5,9…15
Carburant solide pour fusée	4,2…10,5
Tourbe	16,3
Tourbe fibreuse	21,8
Tourbe moulue	8,1…10,5
Miettes de tourbe	10,8
charbon marron	13…25
Lignite (briquettes)	20,2
Lignite (poussière)	25
Charbon de Donetsk	19,7…24
charbon	31,5…34,4
Charbon	27
Charbon à coke	36,3
Charbon de Kouznetsk	22,8…25,1
Charbon de Tcheliabinsk	12,8
Charbon d'Ekibastouz	16,7
Frestorf	8,1
Scories	27,5

Chaleur spécifique de combustion des combustibles liquides (alcool, essence, kérosène, huile)

Un tableau est donné de la chaleur spécifique de combustion du combustible liquide et de certains autres liquides organiques. Il convient de noter que les carburants tels que l’essence, le carburant diesel et l’huile dégagent une chaleur élevée lors de la combustion.

La chaleur spécifique de combustion de l’alcool et de l’acétone est nettement inférieure à celle des carburants traditionnels. De plus, relativement faible valeur Le carburant liquide pour fusée a un pouvoir calorifique et - avec la combustion complète de 1 kg de ces hydrocarbures, une quantité de chaleur sera libérée égale à 9,2 et 13,3 MJ, respectivement.

Chaleur spécifique de combustion des combustibles liquides (alcool, essence, kérosène, huile)

Carburant	Chaleur spécifique de combustion, MJ/kg
Acétone	31,4
Essence A-72 (GOST 2084-67)	44,2
Essence d'aviation B-70 (GOST 1012-72)	44,1
Essence AI-93 (GOST 2084-67)	43,6
Benzène	40,6
Carburant diesel d'hiver (GOST 305-73)	43,6
Carburant diesel d'été (GOST 305-73)	43,4
Carburant liquide pour fusée (kérosène + oxygène liquide)	9,2
Kérosène aéronautique	42,9
Kérosène pour l'éclairage (GOST 4753-68)	43,7
Xylène	43,2
Fioul à haute teneur en soufre	39
Fioul à faible teneur en soufre	40,5
Fioul à faible teneur en soufre	41,7
Fioul sulfureux	39,6
Alcool méthylique (méthanol)	21,1
Alcool n-butylique	36,8
Huile	43,5…46
Huile de méthane	21,5
Toluène	40,9
Esprit blanc (GOST 313452)	44
Éthylène glycol	13,3
Alcool éthylique (éthanol)	30,6

Chaleur spécifique de combustion de combustibles gazeux et de gaz combustibles

Un tableau est présenté de la chaleur spécifique de combustion du combustible gazeux et de certains autres gaz combustibles dans la dimension MJ/kg. Parmi les gaz considérés, il possède la chaleur massique de combustion spécifique la plus élevée. La combustion complète d’un kilogramme de ce gaz dégagera 119,83 MJ de chaleur. De plus, les combustibles tels que le gaz naturel ont un pouvoir calorifique élevé : la chaleur spécifique de combustion du gaz naturel est de 41 à 49 MJ/kg (pour le gaz pur, elle est de 50 MJ/kg).

Chaleur spécifique de combustion de combustibles gazeux et de gaz combustibles (hydrogène, gaz naturel, méthane)

Carburant	Chaleur spécifique de combustion, MJ/kg
1-Butène	45,3
Ammoniac	18,6
Acétylène	48,3
Hydrogène	119,83
Hydrogène, mélange avec du méthane (50% H 2 et 50% CH 4 en poids)	85
Hydrogène, mélange avec du méthane et du monoxyde de carbone (33-33-33% en poids)	60
Hydrogène, mélange avec du monoxyde de carbone (50 % H 2 50 % CO 2 en poids)	65
Gaz de haut fourneau	3
Gaz de cokerie	38,5
Gaz d'hydrocarbures liquéfiés GPL (propane-butane)	43,8
Isobutane	45,6
Méthane	50
n-Butane	45,7
n-Hexane	45,1
n-Pentane	45,4
Gaz associé	40,6…43
Gaz naturel	41…49
Propadiène	46,3
Propane	46,3
Propylène	45,8
Propylène, mélange avec de l'hydrogène et du monoxyde de carbone (90%-9%-1% en poids)	52
Éthane	47,5
Éthylène	47,2

Chaleur spécifique de combustion de certains matériaux combustibles

Un tableau est fourni de la chaleur spécifique de combustion de certains matériaux combustibles (bois, papier, plastique, paille, caoutchouc, etc.). Il convient de noter les matériaux dégageant une chaleur élevée lors de la combustion. Ces matériaux comprennent : le caoutchouc de divers types, le polystyrène expansé (mousse), le polypropylène et le polyéthylène.

Chaleur spécifique de combustion de certains matériaux combustibles

Carburant	Chaleur spécifique de combustion, MJ/kg
Papier	17,6
Similicuir	21,5
Bois (barres avec 14% d'humidité)	13,8
Bois en tas	16,6
bois de chêne	19,9
Bois d'épicéa	20,3
Bois vert	6,3
Bois de pin	20,9
Capron	31,1
Produits carbolites	26,9
Papier carton	16,5
Caoutchouc styrène butadiène SKS-30AR	43,9
Caoutchouc naturel	44,8
Caoutchouc synthétique	40,2
Caoutchouc SKS	43,9
Caoutchouc chloroprène	28
Linoléum en polychlorure de vinyle	14,3
Linoléum en polychlorure de vinyle double couche	17,9
Linoléum en polychlorure de vinyle à base de feutre	16,6
Linoléum en polychlorure de vinyle à base chaude	17,6
Linoléum en polychlorure de vinyle à base de tissu	20,3
Linoléum en caoutchouc (Relin)	27,2
Paraffine paraffine	11,2
Mousse de polystyrène PVC-1	19,5
Mousse plastique FS-7	24,4
Mousse plastique FF	31,4
Polystyrène expansé PSB-S	41,6
Mousse de polyurethane	24,3
Panneaux de fibres de bois	20,9
Chlorure de polyvinyle (PVC)	20,7
Polycarbonate	31
Polypropylène	45,7
Polystyrène	39
Polyéthylène haute pression	47
Polyéthylène basse pression	46,7
Caoutchouc	33,5
Rubéroïde	29,5
Canaliser la suie	28,3
Foins	16,7
Paille	17
Verre organique (plexiglas)	27,7
Textolite	20,9
Tol	16
TNT	15
Coton	17,5
Cellulose	16,4
Laine et fibres de laine	23,1

Sources:

1. GOST 147-2013 Combustible minéral solide. Détermination du pouvoir calorifique supérieur et calcul du pouvoir calorifique inférieur.
2. GOST 21261-91 Produits pétroliers. Méthode de détermination du pouvoir calorifique supérieur et de calcul du pouvoir calorifique inférieur.
3. GOST 22667-82 Gaz naturels inflammables. Méthode de calcul pour déterminer le pouvoir calorifique, la densité relative et l'indice de Wobbe.
4. GOST 31369-2008 Gaz naturel. Calcul du pouvoir calorifique, de la densité, de la densité relative et de l'indice de Wobbe en fonction de la composition des composants.
5. Zemsky G.T. Propriétés inflammables des matériaux inorganiques et organiques : ouvrage de référence M. : VNIIPO, 2016 - 970 p.

Les substances d'origine organique comprennent les combustibles qui, lorsqu'ils sont brûlés, libèrent une certaine quantité d'énergie thermique. La production de chaleur doit être caractérisée par une efficacité élevée et l'absence d'effets secondaires, notamment de substances nocives pour la santé humaine et l'environnement.

Pour faciliter le chargement dans le foyer, le bois est coupé en éléments individuels jusqu'à 30 cm de long. Pour augmenter l'efficacité de leur utilisation, le bois de chauffage doit être aussi sec que possible et le processus de combustion doit être relativement lent. À bien des égards, le bois provenant de feuillus tels que le chêne et le bouleau, le noisetier, le frêne et l'aubépine conviennent au chauffage des locaux. En raison de la teneur élevée en résine, vitesse accrue combustion et faible pouvoir calorifique Arbres de conifèresà cet égard, ils sont nettement inférieurs.

Il faut comprendre que la valeur du pouvoir calorifique est affectée par la densité du bois.

C'est un matériau naturel d'origine végétale, extrait de roche sédimentaire.

Ce type de combustible solide contient du carbone et d'autres éléments chimiques. Il existe une division du matériau en types en fonction de son âge. Le lignite est considéré comme le plus jeune, suivi du houille, et l'anthracite est plus ancienne que tous les autres types. L’âge d’un combustible détermine également son taux d’humidité, plus présent dans les matériaux jeunes.

Lors de la combustion du charbon, une pollution de l'environnement se produit et des scories se forment sur les grilles de la chaudière, ce qui crée dans une certaine mesure un obstacle à une combustion normale. La présence de soufre dans le matériau est également un facteur défavorable pour l'atmosphère, puisque dans l'air cet élément se transforme en acide sulfurique.

Toutefois, les consommateurs ne doivent pas craindre pour leur santé. Les fabricants de ce matériau, prenant soin des clients privés, s'efforcent d'en réduire la teneur en soufre. Le pouvoir calorifique du charbon peut varier même au sein d’un même type. La différence dépend des caractéristiques de la sous-espèce et de sa teneur en minéraux, ainsi que de la géographie de production. Comme combustible solide, on trouve non seulement du charbon pur, mais aussi des scories de charbon faiblement enrichies, pressées en briquettes.

Les pellets (granulés combustibles) sont des combustibles solides créés industriellement à partir de déchets de bois et végétaux : copeaux, écorces, carton, paille.

La matière première, broyée en poussière, est séchée et versée dans un granulateur, d'où elle sort sous forme de granulés d'une certaine forme. Pour ajouter de la viscosité à la masse, un polymère végétal, la lignine, est utilisé. Complexité processus de production et la forte demande détermine le coût des pellets. Le matériau est utilisé dans des chaudières spécialement équipées.

Les types de carburant sont déterminés en fonction du matériau à partir duquel ils sont traités :

• bois rond d'arbres de toutes essences;
• paille;
• tourbe;
• coque de tournesol.

Parmi les avantages des pellets combustibles, il convient de noter les qualités suivantes :

• respect de l'environnement;
• incapacité à se déformer et résistance aux champignons;
• rangement facile même à l'extérieur ;
• uniformité et durée de combustion;
• coût relativement faible;
• Possibilité d'utilisation pour divers appareils de chauffage;
• granulométrie appropriée pour un chargement automatique dans une chaudière spécialement équipée.

Briquettes

Les briquettes sont des combustibles solides qui ressemblent à bien des égards aux pellets. Pour leur fabrication, des matériaux identiques sont utilisés : copeaux de bois, copeaux, tourbe, cosses et paille. Au cours du processus de production, les matières premières sont broyées et transformées en briquettes par compression. Ce matériau est également un carburant respectueux de l’environnement. Il est pratique de stocker même à l'extérieur. Une combustion douce, uniforme et lente de ce combustible peut être observée aussi bien dans les cheminées et poêles que dans les chaudières de chauffage.

Les types de combustibles solides respectueux de l’environnement évoqués ci-dessus constituent une bonne alternative pour générer de la chaleur. Par rapport aux sources fossiles d'énergie thermique, qui ont un effet défavorable sur la combustion environnement et, en outre, étant non renouvelables, les carburants alternatifs présentent des avantages évidents et un coût relativement faible, ce qui est important pour certaines catégories de consommateurs.

Dans le même temps, le risque d’incendie de ces combustibles est beaucoup plus élevé. Il est donc nécessaire de prendre certaines mesures de sécurité concernant leur stockage et l’utilisation de matériaux résistants au feu pour les murs.

Combustibles liquides et gazeux

Quant aux substances inflammables liquides et gazeuses, la situation est ici la suivante.

Chaque jour, en allumant le brûleur de la cuisinière, peu de gens pensent à l'époque où la production de gaz a commencé. Dans notre pays, son développement a commencé au XXe siècle. Avant cela, on le trouvait simplement lors de l’extraction de produits pétroliers. Le pouvoir calorifique du gaz naturel est si élevé qu'aujourd'hui cette matière première est tout simplement irremplaçable et ses analogues de haute qualité n'ont pas encore été développés.

Le tableau du pouvoir calorifique vous aidera à choisir le combustible pour chauffer votre maison

Caractéristiques des combustibles fossiles

Le gaz naturel est un combustible fossile important qui occupe une place prépondérante dans les bilans énergétiques et énergétiques de nombreux pays. Afin d'approvisionner en carburant les villes et diverses entreprises techniques, ils consomment divers gaz inflammables, le gaz naturel étant considéré comme dangereux.

Les écologistes estiment que le gaz est le combustible le plus propre ; lorsqu'il est brûlé, il émet beaucoup moins substances toxiques que le bois de chauffage, le charbon et le pétrole. Ce carburant est utilisé quotidiennement par l'homme et contient un additif tel qu'un odorisant ; il est ajouté dans les installations équipées à raison de 16 milligrammes pour 1 000 mètres cubes de gaz.

Un composant important de la substance est le méthane (environ 88 à 96 %), le reste est constitué d'autres produits chimiques :

• butane;
• sulfure d'hydrogène;
• propane;
• azote;
• oxygène.

Dans cette vidéo, nous examinerons le rôle du charbon :

La quantité de méthane dans combustible naturel dépend directement de son dépôt.

Le type de carburant décrit est constitué de composants hydrocarbonés et non-hydrocarbures. Les combustibles fossiles naturels sont principalement le méthane, qui comprend le butane et le propane. Outre les composants hydrocarbures, le combustible fossile décrit contient de l'azote, du soufre, de l'hélium et de l'argon. Des vapeurs liquides se trouvent également, mais uniquement dans les champs de gaz et de pétrole.

Types de dépôts

Il existe plusieurs types de gisements de gaz. Ils sont répartis dans les types suivants :

• gaz;
• huile.

Leur trait distinctif est la teneur en hydrocarbures. Les gisements de gaz contiennent environ 85 à 90 % de la substance actuelle, les champs de pétrole n'en contiennent pas plus de 50 %. Les pourcentages restants sont occupés par des substances telles que le butane, le propane et le pétrole.

Un énorme inconvénient de la production pétrolière est son élimination de divers additifs. Le soufre est utilisé comme impureté dans les entreprises techniques.

Consommation de gaz naturel

Le butane est consommé comme carburant dans les stations-service pour voitures, et matière organique, appelé « propane », est utilisé pour recharger les briquets. L'acétylène est une substance hautement inflammable et est utilisée dans le soudage et la découpe des métaux.

Les énergies fossiles sont utilisées dans la vie quotidienne :

• Colonnes;
• cuisinière à gaz;

Ce type de carburant est considéré comme le moins cher et le plus inoffensif, le seul inconvénient est le dégagement de dioxyde de carbone dans l'atmosphère lors de sa combustion. Les scientifiques du monde entier recherchent un substitut à l’énergie thermique.

Valeur calorifique

Le pouvoir calorifique du gaz naturel est la quantité de chaleur générée lorsqu’une unité de combustible est suffisamment brûlée. La quantité de chaleur dégagée lors de la combustion se réfère à un mètre cube prélevé dans des conditions naturelles.

La capacité thermique du gaz naturel est mesurée par les indicateurs suivants :

• kcal/nm 3 ;
• kcal/m3.

Il existe un pouvoir calorifique élevé et faible :

1. Haut. Prend en compte la chaleur de la vapeur d'eau générée lors de la combustion du carburant.
2. Faible. Il ne prend pas en compte la chaleur contenue dans la vapeur d'eau, car ces vapeurs ne peuvent pas être condensées, mais repartent avec les produits de combustion. En raison de l’accumulation de vapeur d’eau, il se forme une quantité de chaleur égale à 540 kcal/kg. De plus, lorsque le condensat refroidit, la chaleur dégagée varie de 80 à cent kcal/kg. En général, en raison de l'accumulation de vapeur d'eau, il se forme plus de 600 kcal/kg, c'est la caractéristique qui distingue une puissance calorifique élevée et faible.

Pour la grande majorité des gaz consommés dans le système de distribution de carburant urbain, la différence équivaut à 10 %. Pour approvisionner les villes en gaz, son pouvoir calorifique doit être supérieur à 3 500 kcal/nm 3 . Cela s'explique par le fait que la fourniture s'effectue par pipeline sur de longues distances. Si le pouvoir calorifique est faible, alors son apport augmente.

Si le pouvoir calorifique du gaz naturel est inférieur à 3 500 kcal/nm 3 , il est plus souvent utilisé dans l'industrie. Il n’est pas nécessaire de le transporter sur de longues distances et la combustion devient beaucoup plus facile. Des changements importants dans le pouvoir calorifique du gaz nécessitent des ajustements fréquents et parfois un remplacement grande quantité brûleurs standardisés de capteurs domestiques, ce qui entraîne des difficultés.

Cette situation entraîne une augmentation des diamètres des gazoducs, ainsi qu'une augmentation des coûts du métal, de l'installation et de l'exploitation du réseau. Un gros inconvénient des combustibles fossiles à faible teneur en calories est l'énorme teneur en monoxyde de carbone, qui augmente le niveau de menace lors de l'exploitation du combustible et de l'entretien des pipelines, ainsi que des équipements.

La chaleur dégagée lors de la combustion, ne dépassant pas 3 500 kcal/nm 3, est le plus souvent utilisée dans production industrielle, où il n'est pas nécessaire de le transférer sur une longue distance et de provoquer facilement une combustion.

5. BILAN THERMIQUE DE LA COMBUSTION

Considérons les méthodes de calcul bilan thermique processus de combustion de gaz, de liquides et combustibles solides. Le calcul revient à résoudre les problèmes suivants.

· Détermination de la chaleur de combustion (pouvoir calorifique) du carburant.

· Détermination de la température théorique de combustion.

5.1. CHALEUR DE COMBUSTION

Les réactions chimiques s'accompagnent d'un dégagement ou d'une absorption de chaleur. Lorsque de la chaleur est libérée, la réaction est dite exothermique et lorsque la chaleur est absorbée, elle est dite endothermique. Toutes les réactions de combustion sont exothermiques et les produits de combustion sont des composés exothermiques.

Libéré (ou absorbé) pendant l'écoulement réaction chimique la chaleur est appelée chaleur de réaction. Dans les réactions exothermiques, il est positif, dans les réactions endothermiques, il est négatif. La réaction de combustion s'accompagne toujours d'un dégagement de chaleur. Chaleur de combustion Q g(J/mol) est la quantité de chaleur libérée lors de la combustion complète d'une mole d'une substance et de la transformation d'une substance combustible en produits de combustion complète. La taupe est l’unité SI de base de quantité d’une substance. Une mole est la quantité de substance qui contient le même nombre de particules (atomes, molécules, etc.) qu’il y a d’atomes dans 12 g d’isotope du carbone 12. La masse d'une quantité d'une substance égale à 1 mole (masse moléculaire ou molaire) coïncide numériquement avec la masse moléculaire relative de cette substance.

Par exemple, le poids moléculaire relatif de l'oxygène (O 2) est de 32, celui du dioxyde de carbone (CO 2) est de 44 et les poids moléculaires correspondants seront M = 32 g/mol et M = 44 g/mol. Ainsi, une mole d'oxygène contient 32 grammes de cette substance et une mole de CO 2 contient 44 grammes de dioxyde de carbone.

Dans les calculs techniques, ce n’est pas la chaleur de combustion qui est le plus souvent utilisée. Q g, et le pouvoir calorifique du carburant Q(J/kg ou J/m 3). Le pouvoir calorifique d'une substance est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète de 1 kg ou 1 m 3 d'une substance. Pour les substances liquides et solides, le calcul est effectué pour 1 kg et pour les substances gazeuses - pour 1 m 3.

La connaissance de la chaleur de combustion et du pouvoir calorifique du combustible est nécessaire pour calculer la température de combustion ou d'explosion, la pression d'explosion, la vitesse de propagation de la flamme et d'autres caractéristiques. Le pouvoir calorifique du carburant est déterminé soit expérimentalement, soit par calcul. Lors de la détermination expérimentale du pouvoir calorifique, une masse donnée de combustible solide ou liquide est brûlée dans une bombe calorimétrique et, dans le cas d'un combustible gazeux, dans un calorimètre à gaz. Ces instruments mesurent la chaleur totale Q 0 libéré lors de la combustion d'un échantillon de carburant pesant m. Valeur calorifique Q g se trouve par la formule

La relation entre la chaleur de combustion et
pouvoir calorifique du carburant

Pour établir un lien entre la chaleur de combustion et le pouvoir calorifique d'une substance, il est nécessaire d'écrire l'équation de la réaction chimique de combustion.

Le produit de la combustion complète du carbone est le dioxyde de carbone :

C+O2 →CO2.

Le produit de la combustion complète de l’hydrogène est de l’eau :

2H 2 +O 2 →2H 2 O.

Le produit de la combustion complète du soufre est le dioxyde de soufre :

S + O 2 → SO 2.

Dans ce cas, l'azote, les halogènes et autres éléments incombustibles sont libérés sous forme libre.

Substance combustible - gaz

A titre d'exemple, calculons le pouvoir calorifique du méthane CH 4, pour lequel la chaleur de combustion est égale à Q g=882.6 .

· Déterminons le poids moléculaire du méthane en fonction de son formule chimique(CH4) :

M=1∙12+4∙1=16 g/mol.

· Déterminons Valeur calorifique 1 kg de méthane :

· Trouvons le volume de 1 kg de méthane, connaissant sa densité ρ=0,717 kg/m 3 à conditions normales:

.

· Déterminons le pouvoir calorifique de 1 m 3 de méthane :

Le pouvoir calorifique de tout gaz combustible est déterminé de la même manière. Pour de nombreuses substances courantes, la chaleur de combustion et les valeurs calorifiques ont été mesurées avec une grande précision et sont indiquées dans la littérature de référence correspondante. Voici un tableau des pouvoirs calorifiques de certaines substances gazeuses (tableau 5.1). Ordre de grandeur Q dans ce tableau est donné en MJ/m 3 et en kcal/m 3, puisque 1 kcal = 4,1868 kJ est souvent utilisé comme unité de chaleur.

Tableau 5.1

Pouvoir calorifique du gaz différents carburants

Substance			Acétylène
Q

Substance combustible – liquide ou solide

A titre d'exemple, calculons le pouvoir calorifique de l'alcool éthylique C 2 H 5 OH, pour lequel la chaleur de combustion est Q g= 1373,3 kJ/mol.

· Déterminons le poids moléculaire de l'alcool éthylique selon sa formule chimique (C 2 H 5 OH) :

M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.

Déterminons le pouvoir calorifique de 1 kg d'alcool éthylique :

Le pouvoir calorifique de tout combustible liquide et solide est déterminé de la même manière. Dans le tableau 5.2 et 5.3 montrent les valeurs calorifiques Q(MJ/kg et kcal/kg) pour certains liquides et solides.

Tableau 5.2

Pouvoir calorifique des combustibles liquides

Substance		Alcool méthylique	Éthanol			Mazout, huile
Q

Tableau 5.3

Pouvoir calorifique des combustibles solides

Substance		L'arbre est frais	Bois sec	charbon marron	Tourbe sèche	Anthracite, coca
Q

La formule de Mendeleïev

Si le pouvoir calorifique du carburant est inconnu, il peut alors être calculé à l'aide de la formule empirique proposée par D.I. Mendeleïev. Pour ce faire, vous devez connaître la composition élémentaire du carburant (formule de carburant équivalent), c'est-à-dire la teneur en pourcentage des éléments suivants :

Oxygène (O);

Hydrogène (H);

Carbone (C);

Soufre (S);

Cendres (A);

Eau (W).

Les produits de combustion du carburant contiennent toujours vapeur d'eau, formé à la fois en raison de la présence d'humidité dans le carburant et lors de la combustion de l'hydrogène. Les déchets de combustion quittent une installation industrielle à une température supérieure au point de rosée. Par conséquent, la chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur d’eau ne peut pas être utilisée utilement et ne doit pas être prise en compte dans les calculs thermiques.

Le pouvoir calorifique net est généralement utilisé pour le calcul Q n carburant, qui prend en compte les pertes de chaleur avec la vapeur d'eau. Pour les combustibles solides et liquides, la valeur Q n(MJ/kg) est déterminé approximativement par la formule de Mendeleïev :

Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

où la teneur en pourcentage (en poids) des éléments correspondants dans la composition du carburant est indiquée entre parenthèses.

Cette formule prend en compte la chaleur des réactions de combustion exothermiques du carbone, de l'hydrogène et du soufre (avec un signe plus). L'oxygène contenu dans le carburant remplace partiellement l'oxygène de l'air, c'est pourquoi le terme correspondant dans la formule (5.1) est pris avec un signe moins. Lorsque l'humidité s'évapore, de la chaleur est consommée, donc le terme correspondant contenant W est également pris avec un signe moins.

Une comparaison des données calculées et expérimentales sur le pouvoir calorifique de différents combustibles (bois, tourbe, charbon, pétrole) a montré que le calcul selon la formule de Mendeleïev (5.1) donne une erreur ne dépassant pas 10 %.

Pouvoir calorifique net Q n(MJ/m 3) de gaz combustibles secs peut être calculé avec suffisamment de précision comme la somme des produits du pouvoir calorifique des composants individuels et de leur pourcentage dans 1 m 3 de combustible gazeux.

Q n= 0,108[Н 2 ] + 0,126[СО] + 0,358[СН 4 ] + 0,5[С 2 Н 2 ] + 0,234[Н 2 S ]…, (5.2)

où la teneur en pourcentage (% en volume) des gaz correspondants dans le mélange est indiquée entre parenthèses.

En moyenne, le pouvoir calorifique du gaz naturel est d'environ 53,6 MJ/m 3 . Dans les gaz combustibles produits artificiellement, la teneur en méthane CH4 est insignifiante. Les principaux composants inflammables sont l'hydrogène H2 et le monoxyde de carbone CO. Dans le gaz de cokerie, par exemple, la teneur en H2 atteint (55 ÷ 60) % et le pouvoir calorifique inférieur de ce gaz atteint 17,6 MJ/m3. Le gaz générateur contient du CO ~ 30 % et du H 2 ~ 15 %, tandis que le pouvoir calorifique inférieur du gaz générateur est Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. La teneur en CO et H 2 des gaz de haut fourneau est plus faible ; ordre de grandeur Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.

Regardons des exemples de calcul du pouvoir calorifique de substances à l'aide de la formule de Mendeleïev.

Déterminons le pouvoir calorifique du charbon dont la composition élémentaire est donnée dans le tableau. 5.4.

Tableau 5.4

Composition élémentaire du charbon

· Remplaçons ceux donnés dans le tableau. 5.4 données dans la formule de Mendeleïev (5.1) (l'azote N et les cendres A ne sont pas inclus dans cette formule, car ce sont des substances inertes et ne participent pas à la réaction de combustion) :

Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Déterminons la quantité de bois de chauffage nécessaire pour chauffer 50 litres d'eau de 10°C à 100°C, si 5% de la chaleur dégagée lors de la combustion est consommée pour le chauffage, et la capacité calorifique de l'eau Avec=1 kcal/(kg∙deg) ou 4,1868 kJ/(kg∙deg). La composition élémentaire du bois de chauffage est donnée dans le tableau. 5.5 :

Tableau 5.5

Composition élémentaire du bois de chauffage

	· Trouvons le pouvoir calorifique du bois de chauffage à l'aide de la formule de Mendeleïev (5.1) : Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. · Déterminons la quantité de chaleur dépensée pour chauffer l'eau lors de la combustion de 1 kg de bois de chauffage (en tenant compte du fait que 5 % de la chaleur (a = 0,05) dégagée lors de la combustion est dépensée pour la chauffer) : Q 2 = un Q n=0,05·17,12=0,86 MJ/kg. · Déterminons la quantité de bois de chauffage nécessaire pour chauffer 50 litres d'eau de 10° C à 100° C : kg. Ainsi, environ 22 kg de bois de chauffage sont nécessaires pour chauffer l'eau.

La chaleur de combustion est déterminée par la composition chimique de la substance combustible. Les éléments chimiques contenus dans une substance inflammable sont indiqués par des symboles acceptés AVEC , N , À PROPOS , N , S, et les cendres et l'eau sont des symboles UN Et W respectivement.

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  La chaleur de combustion peut être liée à la masse utile de la substance combustible QP (\style d'affichage Q^(P)), c'est-à-dire à la substance inflammable sous la forme dans laquelle elle parvient au consommateur ; au poids sec de la substance Q C (\style d'affichage Q^(C)); à une masse de substance inflammable Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), c'est-à-dire à une substance inflammable qui ne contient ni humidité ni cendres.

  Il y a plus haut ( Q B ( displaystyle Q_ (B))) et inférieur ( QH (\style d'affichage Q_(H))) chaleur de combustion.

  Sous pouvoir calorifique plus élevé comprendre la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'une substance, y compris la chaleur de condensation de la vapeur d'eau lors du refroidissement des produits de combustion.

  Pouvoir calorifique net correspond à la quantité de chaleur dégagée lors d'une combustion complète, sans tenir compte de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau. La chaleur de condensation de la vapeur d'eau est également appelée chaleur latente de vaporisation (condensation).

  Les pouvoirs calorifiques inférieur et supérieur sont liés par la relation : Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  où k est un coefficient égal à 25 kJ/kg (6 kcal/kg) ; W est la quantité d'eau dans la substance inflammable, % (en masse) ; H est la quantité d'hydrogène dans une substance combustible, % (en masse).

  Calcul du pouvoir calorifique

  Ainsi, le pouvoir calorifique le plus élevé est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'une unité de masse ou de volume (pour le gaz) d'une substance combustible et du refroidissement des produits de combustion jusqu'à la température du point de rosée. Dans les calculs de génie thermique, le pouvoir calorifique le plus élevé est pris à 100 %. La chaleur latente de combustion d'un gaz est la chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les produits de combustion. Théoriquement, il peut atteindre 11 %.

  En pratique, il n'est pas possible de refroidir les produits de combustion jusqu'à condensation complète, c'est pourquoi la notion de pouvoir calorifique inférieur (QHp) a été introduite, qui est obtenue en soustrayant du pouvoir calorifique supérieur la chaleur de vaporisation de la vapeur d'eau contenue dans la substance et ceux formés lors de sa combustion. La vaporisation de 1 kg de vapeur d'eau nécessite 2514 kJ/kg (600 kcal/kg). Le pouvoir calorifique inférieur est déterminé par les formules (kJ/kg ou kcal/kg) :

  Q H P = Q B P − 2514 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(pour les matières solides)

  Q H P = Q B P − 600 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(pour une substance liquide), où :

  2514 - chaleur de vaporisation à 0 °C et pression atmosphérique, kJ/kg ;

  HP (\style d'affichage H^(P)) Et WP (\style d'affichage W^(P))- teneur en hydrogène et vapeur d'eau dans le carburant de travail, % ;

  9 est un coefficient montrant que la combustion de 1 kg d'hydrogène en combinaison avec de l'oxygène produit 9 kg d'eau.

  La chaleur de combustion est la caractéristique la plus importante d'un combustible, car elle détermine la quantité de chaleur obtenue en brûlant 1 kg de combustible solide ou liquide ou 1 m³ de combustible gazeux en kJ/kg (kcal/kg). 1 kcal = 4,1868 ou 4,19 kJ.

  Le pouvoir calorifique inférieur est déterminé expérimentalement pour chaque substance et constitue une valeur de référence. Elle peut également être déterminée pour des matières solides et liquides, de composition élémentaire connue, par calcul selon la formule de D.I. Mendeleev, kJ/kg ou kcal/kg :

  Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 ⋅ H P − 109 ⋅ (O P − S L P) − 25,14 ⋅ (9 ⋅ H P + W P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=339\cdot C^(P)+1256\ cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25.14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))

  Q H P = 81 ⋅ C P + 246 ⋅ H P − 26 ⋅ (O P + S L P) − 6 ⋅ W P (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), Où:

  CP (\ displaystyle C_ (P)), HP (\style d'affichage H_(P)), OP (\ displaystyle O_ (P)), S L P (\ displaystyle S_ (L) ^ (P)), WP (\style d'affichage W_(P))- teneur en carbone, hydrogène, oxygène, soufre volatil et humidité dans la masse utile du carburant en % (en poids).

  Pour les calculs comparatifs, on utilise le carburant dit conventionnel, qui a une chaleur spécifique de combustion égale à 29 308 kJ/kg (7 000 kcal/kg).

  En Russie, les calculs thermiques (par exemple, le calcul de la charge thermique pour déterminer la catégorie d'une pièce en termes de risque d'explosion et d'incendie) sont généralement effectués en utilisant le pouvoir calorifique le plus bas, aux États-Unis, en Grande-Bretagne et en France - selon au plus haut. Au Royaume-Uni et aux États-Unis, avant l'introduction du système métrique, la chaleur spécifique de combustion était mesurée en unités thermiques britanniques (BTU) par livre (lb) (1Btu/lb = 2,326 kJ/kg).

  Substances et matériaux	Pouvoir calorifique net QHP (\style d'affichage Q_(H)^(P)), MJ/kg
  Essence	41,87
  Kérosène	43,54
  Papier : livres, magazines	13,4
  Bois (blocs W = 14%)	13,8
  Caoutchouc naturel	44,73
  Linoléum en polychlorure de vinyle	14,31
  Caoutchouc	33,52
  Fibre discontinue	13,8
  Polyéthylène	47,14
  Polystyrène expansé	41,6
  Coton dénoué	15,7
  Plastique	41,87