入り口ガスの燃焼の比熱。 家庭用天然ガスとその発熱量
表は質量を示しています 比熱燃料（液体、固体、気体）およびその他の可燃性物質の燃焼。 次の燃料が検討されました: 石炭、薪、コークス、泥炭、灯油、石油、アルコール、ガソリン、天然ガスなど。
テーブルのリスト:
燃料の酸化による発熱反応中に、その化学エネルギーが熱エネルギーに変換され、一定量の熱が放出されます。 結果として 熱エネルギー通常、燃料の燃焼熱と呼ばれます。 それはその化学組成、湿度に依存し、それが主なものです。 質量 1 kg または体積 1 m 3 あたりの燃料の燃焼熱は、燃焼の質量または体積比熱を形成します。
燃料の燃焼比熱は、固体、液体、または単位質量または単位体積の完全燃焼中に放出される熱量です。 気体燃料。 で 国際システム単位は、この値は J/kg または J/m 3 で測定されます。
燃料の燃焼比熱は、実験的に決定することも、分析的に計算することもできます。発熱量を決定するための実験方法は、たとえばサーモスタットと燃焼ボンベを備えた熱量計で、燃料が燃焼するときに放出される熱量の実際の測定に基づいています。 既知の燃料の場合 化学組成燃焼比熱はメンデレーエフの公式を使用して決定できます。
燃焼比熱には高いものと低いものがあります。発熱量が高いほうが、 最大数燃料に含まれる水分の蒸発に費やされる熱を考慮した、燃料の完全燃焼中に放出される熱。 正味発熱量 値より小さい凝縮熱の量が多くなります。凝縮熱は燃料の水分と有機物の水素から形成され、燃焼中に水に変わります。
燃料品質指標の決定および熱計算 通常はより低い燃焼比熱を使用しますこれは燃料の最も重要な熱特性と性能特性であり、以下の表に示されています。
固体燃料（石炭、薪、泥炭、コークス）の燃焼比熱
表には、乾燥固体燃料の燃焼比熱の値が MJ/kg の単位で示されています。 表内の燃料は名前のアルファベット順に並べられています。
考慮された固体燃料の中で、コークス炭が最も高い発熱量を持ち、その燃焼比熱は 36.3 MJ/kg (または SI 単位では 36.3・10 6 J/kg) です。 また、燃焼熱が高いのも特徴です。 石炭、無煙炭、木炭、褐炭。
エネルギー効率の低い燃料には、木材、薪、火薬、粉砕泥炭、オイルシェールなどがあります。 たとえば、薪の燃焼比熱は 8.4 ～ 12.5 ですが、火薬の燃焼比熱はわずか 3.8 MJ/kg です。
| 燃料 | |
|---|---|
| 無煙炭 | 26,8…34,8 |
| 木質ペレット（ペレット） | 18,5 |
| 乾燥した薪 | 8,4…11 |
| 乾燥した白樺の薪 | 12,5 |
| ガスコークス | 26,9 |
| ブラストコークス | 30,4 |
| セミコークス | 27,3 |
| 粉 | 3,8 |
| スレート | 4,6…9 |
| オイルシェール | 5,9…15 |
| 固体ロケット燃料 | 4,2…10,5 |
| 泥炭 | 16,3 |
| 繊維状泥炭 | 21,8 |
| 粉砕された泥炭 | 8,1…10,5 |
| ピートクラム | 10,8 |
| 褐炭 | 13…25 |
| 褐炭（練炭） | 20,2 |
| 褐炭（粉塵） | 25 |
| ドネツク石炭 | 19,7…24 |
| 木炭 | 31,5…34,4 |
| 石炭 | 27 |
| 原料炭 | 36,3 |
| クズネツク石炭 | 22,8…25,1 |
| チェリャビンスクの石炭 | 12,8 |
| エキバストゥズ石炭 | 16,7 |
| フレストルフ | 8,1 |
| スラグ | 27,5 |
液体燃料（アルコール、ガソリン、灯油、油）の燃焼比熱
液体燃料およびその他の有機液体の燃焼比熱を表に示します。 ガソリン、ディーゼル燃料、オイルなどの燃料は燃焼時の発熱が大きいことに注意してください。
アルコールとアセトンの燃焼比熱は、従来のモーター燃料よりも大幅に低くなります。 また、比較的、 低い価値液体ロケット燃料には発熱量があり、これらの炭化水素 1 kg が完全燃焼すると、それぞれ 9.2 MJ と 13.3 MJ に相当する熱量が放出されます。
| 燃料 | 燃焼比熱、MJ/kg |
|---|---|
| アセトン | 31,4 |
| ガソリン A-72 (GOST 2084-67) | 44,2 |
| 航空ガソリン B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| ガソリン AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| ベンゼン | 40,6 |
| 冬季ディーゼル燃料 (GOST 305-73) | 43,6 |
| 夏用ディーゼル燃料 (GOST 305-73) | 43,4 |
| 液体ロケット燃料（灯油＋液体酸素） | 9,2 |
| 航空灯油 | 42,9 |
| 照明用灯油 (GOST 4753-68) | 43,7 |
| キシレン | 43,2 |
| 高硫黄燃料油 | 39 |
| 低硫黄燃料油 | 40,5 |
| 低硫黄燃料油 | 41,7 |
| 硫黄燃料油 | 39,6 |
| メチルアルコール（メタノール） | 21,1 |
| n-ブチルアルコール | 36,8 |
| 油 | 43,5…46 |
| メタン油 | 21,5 |
| トルエン | 40,9 |
| ホワイトスピリット (GOST 313452) | 44 |
| エチレングリコール | 13,3 |
| エチルアルコール（エタノール） | 30,6 |
気体燃料および可燃性ガスの燃焼比熱
気体燃料およびその他の可燃性ガスの燃焼比熱を MJ/kg の単位で示した表が示されています。 考慮されたガスの中で、燃焼の質量比熱が最も高くなります。 このガス 1 キログラムが完全に燃焼すると、119.83 MJ の熱が放出されます。 また、天然ガスなどの燃料は発熱量が高く、天然ガスの燃焼比熱は 41...49 MJ/kg (純粋なガスの場合は 50 MJ/kg) です。
| 燃料 | 燃焼比熱、MJ/kg |
|---|---|
| 1-ブテン | 45,3 |
| アンモニア | 18,6 |
| アセチレン | 48,3 |
| 水素 | 119,83 |
| 水素、メタンとの混合物 (重量比 50% H 2 および 50% CH 4) | 85 |
| 水素、メタンおよび一酸化炭素との混合物 (33-33-33 重量%) | 60 |
| 水素、一酸化炭素との混合物 (重量比 50% H 2 50% CO 2) | 65 |
| 高炉ガス | 3 |
| コークス炉ガス | 38,5 |
| 液化炭化水素ガスLPG（プロパン・ブタン） | 43,8 |
| イソブタン | 45,6 |
| メタン | 50 |
| n-ブタン | 45,7 |
| n-ヘキサン | 45,1 |
| n-ペンタン | 45,4 |
| 関連ガス | 40,6…43 |
| 天然ガス | 41…49 |
| プロパジエン | 46,3 |
| プロパン | 46,3 |
| プロピレン | 45,8 |
| プロピレン、水素と一酸化炭素の混合物 (90%-9%-1 重量%) | 52 |
| エタン | 47,5 |
| エチレン | 47,2 |
一部の可燃性物質の燃焼比熱
一部の可燃性物質 (木、紙、プラスチック、わら、ゴムなど) の燃焼比熱の表が提供されています。 燃焼中に発熱量が多い材料には注意が必要です。 このような材料には、さまざまな種類のゴム、発泡ポリスチレン (発泡体)、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが含まれます。
| 燃料 | 燃焼比熱、MJ/kg |
|---|---|
| 紙 | 17,6 |
| レザーレット | 21,5 |
| 木材（含水率14%の棒材） | 13,8 |
| 積み上げられた木材 | 16,6 |
| オーク材 | 19,9 |
| 松の材木 | 20,3 |
| ウッドグリーン | 6,3 |
| パイン材 | 20,9 |
| カプロン | 31,1 |
| カーボライト製品 | 26,9 |
| 段ボール | 16,5 |
| スチレンブタジエンゴム SKS-30AR | 43,9 |
| 天然ゴム | 44,8 |
| 合成ゴム | 40,2 |
| ラバーSKS | 43,9 |
| クロロプレンゴム | 28 |
| ポリ塩化ビニルリノリウム | 14,3 |
| ポリ塩化ビニル二層リノリウム | 17,9 |
| フェルトベースのポリ塩化ビニルリノリウム | 16,6 |
| 温間系ポリ塩化ビニルリノリウム | 17,6 |
| 布ベースのポリ塩化ビニルリノリウム | 20,3 |
| ゴムリノリウム（リリン） | 27,2 |
| パラフィン パラフィン | 11,2 |
| 発泡ポリスチレン PVC-1 | 19,5 |
| 発泡プラスチック FS-7 | 24,4 |
| 発泡プラスチックFF | 31,4 |
| 発泡ポリスチレンPSB-S | 41,6 |
| ポリウレタンフォーム | 24,3 |
| 繊維板 | 20,9 |
| ポリ塩化ビニル(PVC) | 20,7 |
| ポリカーボネート | 31 |
| ポリプロピレン | 45,7 |
| ポリスチレン | 39 |
| 高圧ポリエチレン | 47 |
| 低圧ポリエチレン | 46,7 |
| ゴム | 33,5 |
| ルベロイド | 29,5 |
| チャンネルすす | 28,3 |
| 干し草 | 16,7 |
| ストロー | 17 |
| 有機ガラス（プレキシガラス） | 27,7 |
| テクソライト | 20,9 |
| トール | 16 |
| TNT | 15 |
| コットン | 17,5 |
| セルロース | 16,4 |
| 羊毛および羊毛繊維 | 23,1 |
出典:
- GOST 147-2013 固体鉱物燃料。 高位発熱量の決定と低位発熱量の計算。
- GOST 21261-91 石油製品。 高位発熱量の求め方と低位発熱量の算出方法。
- GOST 22667-82 天然可燃性ガス。 発熱量、相対密度、ウォッベ数を求める計算方法。
- GOST 31369-2008 天然ガス。 成分組成に基づいて発熱量、密度、相対密度、ウォッベ数を計算します。
- Zemsky G. T. 無機および有機材料の可燃性特性: 参考図書 M.: VNIIPO、2016 - 970 p。
有機起源の物質には、燃焼すると一定量の熱エネルギーを放出する燃料が含まれます。 熱生成は、効率が高く、副作用、特に人間の健康や環境に有害な物質がないことを特徴としなければなりません。
火室に積み込みやすいように、木材は長さ 30 cm までの個々の要素に切断されますが、使用効率を高めるために、薪は可能な限り乾燥し、燃焼プロセスが比較的ゆっくりである必要があります。 多くの点で、オークや樺、ヘーゼルやトネリ、サンザシなどの広葉樹からの木材は、施設の暖房に適しています。 樹脂含有量が多いため、 速度の増加燃焼性と低発熱量 針葉樹この点において、彼らは著しく劣っている。
発熱量の値は木材の密度に影響されることを理解してください。
堆積岩から抽出された植物由来の天然素材です。
このタイプの固形燃料には炭素などが含まれています。 化学元素。 材料はその年代に応じて種類に分けられます。 褐炭が最も新しいと考えられ、次に硬炭が続き、無煙炭は他のすべての種類よりも古いと考えられています。 可燃性物質の年齢によっても水分含有量が決まりますが、水分含有量は若い物質ほど多く含まれます。
石炭の燃焼中に環境汚染が発生し、ボイラー火格子にスラグが形成され、正常な燃焼にある程度の障害が生じます。 材料中の硫黄の存在も、大気中ではこの元素が硫酸に変換されるため、大気にとって好ましくない要因となります。
しかし、消費者は自分の健康を心配する必要はありません。 この材料の製造業者は、個人顧客を考慮して、その中の硫黄含有量を減らすよう努めています。 石炭は同じ種類であっても発熱量が異なります。 その違いは、亜種の特徴とそのミネラル含有量、および生産地によって異なります。 固体燃料としては、純石炭だけでなく、練炭に圧縮された低濃縮石炭スラグも使用されます。
ペレット（燃料顆粒）は、木材や植物の廃棄物（削りくず、樹皮、ボール紙、わら）から工業的に作られた固体燃料です。
粉砕された原料は乾燥され、造粒機に注入され、そこから特定の形状の顆粒の形で得られます。 塊に粘性を加えるために、植物ポリマーであるリグニンが使用されます。 複雑 生産工程そして需要の高さがペレットのコストを決定します。 この材料は特別に装備されたボイラーに使用されます。
燃料の種類は、燃料が加工される材料に応じて決まります。
- あらゆる樹種の丸い材木。
- ストロー;
- 泥炭;
- ひまわりの殻。
燃料ペレットが持つ利点の中で、次の特性に注目する価値があります。
- 環境への優しさ。
- 変形しにくく、真菌に対して耐性がある。
- 屋外でも簡単に保管できます。
- 燃焼の均一性と持続時間。
- 比較的低コスト。
- さまざまな加熱装置に使用可能。
- 特別に装備されたボイラーへの自動装填に適した粒子サイズ。
練炭
練炭は、多くの点でペレットに似ている固体燃料です。 それらの製造には、木材チップ、削りくず、泥炭、殻、わらなどの同じ材料が使用されます。 製造工程では、原料を粉砕し、圧縮してブリケットに成形します。 この材料は環境に優しい燃料でもあります。 屋外でも保管できるので便利です。 この燃料のスムーズで均一なゆっくりとした燃焼は、暖炉やストーブ、暖房ボイラーの両方で観察できます。
上で説明した種類の環境に優しい固体燃料は、熱を発生させるための優れた代替品です。 燃焼に悪影響を与える化石熱エネルギー源と比較して 環境さらに、代替燃料は再生不可能であるため、明らかな利点があり、比較的低コストであるため、特定のカテゴリーの消費者にとっては重要です。
同時に、そのような燃料の火災の危険性ははるかに高くなります。 そのため、保管や壁の耐火性材料の使用などに安全対策を講じる必要があります。
液体燃料と気体燃料
液体及び気体の可燃性物質については、以下のような状況となっております。
毎日、台所のストーブのバーナーをつけて、ガスの生産がいつから始まったかを考える人はほとんどいません。 我が国では、その開発は20世紀に始まりました。 これまでは、石油製品の抽出中に発見されただけでした。 天然ガスの発熱量は非常に高いため、今日この原料は単純に代替不可能ですが、その高品質の類似物質はまだ開発されていません。
発熱量表は、家を暖房するための燃料を選択するのに役立ちます
化石燃料の特徴
天然ガスは、多くの国の燃料とエネルギーのバランスにおいて主導的な位置を占める重要な化石燃料です。 天然ガスは危険であると考えられているため、都市やさまざまな技術企業に燃料を供給するために、さまざまな可燃性ガスが消費されます。
環境保護活動家は、ガスが最もクリーンな燃料であると信じており、燃焼時の排出量ははるかに少ないです。 有害物質薪、石炭、石油よりも。 この燃料は人々が毎日使用するもので、付臭剤などの添加剤が含まれており、設備設備ではガス 1,000 立方メートルあたり 16 ミリグラムの割合で添加されます。
この物質の重要な成分はメタン (約 88 ～ 96%) で、残りは他の化学物質です。
- ブタン;
- 硫化水素;
- プロパン;
- 窒素;
- 酸素。
このビデオでは、石炭の役割について説明します。
中のメタンの量は 天然燃料その預金に直接依存します。
記載されている種類の燃料は、炭化水素成分と非炭化水素成分から構成されています。 天然の化石燃料は主にメタンであり、ブタンやプロパンが含まれます。 炭化水素成分とは別に、記載された化石燃料には窒素、硫黄、ヘリウム、アルゴンが含まれています。 液体蒸気も存在しますが、ガス田と油田でのみ存在します。
預金の種類
ガス堆積物にはいくつかの種類があります。 それらは次のタイプに分類されます。
- ガス;
- 油。
彼らの 特徴的な機能炭化水素含有量です。 ガス鉱床には現在の物質の約 85 ～ 90% が含まれていますが、油田には 50% しか含まれていません。 残りの割合は、ブタン、プロパン、石油などの物質によって占められています。
石油生産の大きな欠点は、さまざまな添加剤が排出されることです。 硫黄は技術企業において不純物として使用されます。
天然ガス消費量
ブタンは自動車のガソリンスタンドで燃料として消費され、 有機物「プロパン」と呼ばれるガスはライターの詰め替えに使用されます。 アセチレンは引火性の高い物質であり、溶接や金属切断に使用されます。
化石燃料は日常生活で使用されています。
- 列。
- ガスストーブ;
このタイプの燃料は最も安価で無害であると考えられていますが、唯一の欠点は燃焼時に大気中に二酸化炭素が放出されることです。 世界中の科学者が熱エネルギーに代わるものを探しています。
発熱量
天然ガスの発熱量は、単位燃料が十分に燃焼したときに発生する熱量です。 燃焼中に放出される熱量は、自然条件下での 1 立方メートルを指します。
天然ガスの熱容量は次の指標で測定されます。
- kcal/nm3;
- kcal/m3。
発熱量には高いものと低いものがあります。
- 高い。 燃料の燃焼時に発生する水蒸気の熱を考慮します。
- 低い。 水蒸気は凝縮せず、燃焼生成物とともに残るため、水蒸気に含まれる熱は考慮されません。 水蒸気の蓄積により、540 kcal/kg に相当する熱量が発生します。 また、凝縮水が冷えると80～100kcal/kgの熱が発生します。 一般に、水蒸気の蓄積により 600 kcal/kg 以上の熱量が生成され、これが高熱出力と低熱出力の特徴です。
都市燃料供給システムで消費されるガスの大部分では、その差は 10% に相当します。 都市にガスを供給するには、その発熱量が 3500 kcal/nm 3 以上でなければなりません。 これは、供給がパイプラインを通じて長距離にわたって行われるという事実によって説明されます。 発熱量が低いと供給量が増えます。
天然ガスの発熱量が 3500 kcal/nm 3 未満の場合、産業界で使用されることが多くなります。 長距離を運ぶ必要がなくなり、燃焼も容易になります。 ガスの発熱量が大きく変化すると、頻繁な調整が必要となり、場合によっては交換が必要になります。 大量家庭用センサーのバーナーが標準化されているため、問題が発生します。
この状況は、ガスパイプラインの直径の増加につながるだけでなく、金属、ネットワークの設置、運用のコストの増加にもつながります。 低カロリー化石燃料の大きな欠点は、一酸化炭素が大量に含まれていることです。これにより、設備だけでなく、燃料の運用やパイプラインのメンテナンス中の脅威のレベルも高まります。
燃焼中に放出される熱は 3500 kcal/nm 3 を超えず、最も頻繁に使用されます。 鉱工業生産、長距離を搬送する必要がなく、燃焼が起こりやすい場所。
5. 燃焼の熱平衡
計算方法を考えてみましょう 熱バランス気体、液体、および液体の燃焼プロセス 固形燃料。 計算は結局、次の問題を解くことになります。
・燃料の燃焼熱（発熱量）の測定。
· 理論上の燃焼温度の決定。
5.1. 燃焼熱
化学反応には熱の放出または吸収が伴います。 熱を放出する反応を発熱といい、熱を吸収する反応を吸熱といいます。 すべての燃焼反応は発熱性であり、燃焼生成物は発熱性化合物です。
流動中に放出（または吸収） 化学反応熱は反応熱と呼ばれます。 発熱反応ではプラス、吸熱反応ではマイナスとなります。 燃焼反応には常に熱の放出が伴います。 燃焼熱 Q g(J/mol) は、1 モルの物質が完全に燃焼し、可燃性物質が完全燃焼生成物に変化する間に放出される熱量です。 モルは、物質の量の基本的な SI 単位です。 1 モルは、12 g の炭素 12 同位体に含まれる原子と同じ数の粒子 (原子、分子など) を含む物質の量です。 1 モルに等しい量の物質の質量 (分子またはモル質量) は、この物質の相対分子量と数値的に一致します。
たとえば、酸素 (O 2) の相対分子量は 32、二酸化炭素 (CO 2) は 44 で、対応する分子量は M = 32 g/mol および M = 44 g/mol となります。 したがって、1 モルの酸素には 32 グラムのこの物質が含まれ、1 モルの CO 2 には 44 グラムの二酸化炭素が含まれます。
技術的な計算で最もよく使用されるのは燃焼熱ではありません。 Q g、燃料の発熱量 Q(J/kg または J/m 3)。 物質の発熱量は、物質 1 kg または 1 m 3 が完全に燃焼するときに放出される熱量です。 液体および固体物質の場合は1 kgごとに、気体物質の場合は1 m 3ごとに計算が実行されます。
燃焼または爆発の温度、爆発圧力、火炎伝播速度などの特性を計算するには、燃料の燃焼熱と発熱量の知識が必要です。 燃料の発熱量は実験または計算により求められます。 実験的に発熱量を決定する場合、所定の質量の固体または液体燃料が熱量計内で燃焼され、気体燃料の場合はガス熱量計内で燃焼されます。 これらの機器は総熱を測定します Q燃料計量サンプルの燃焼中に放出される 0 メートル。 発熱量 Q gは次の式で求められます
燃焼熱との関係
燃料の発熱量
燃焼熱と物質の発熱量との関係を確立するには、燃焼の化学反応の方程式を書き留める必要があります。
炭素が完全に燃焼すると二酸化炭素が生成されます。
C+O2→CO2。
水素が完全に燃焼すると水が生成されます。
2H 2 +O 2 →2H 2 O。
硫黄が完全に燃焼すると、二酸化硫黄が生成されます。
S +O 2 →SO 2。
この場合、窒素、ハロゲン、その他の不燃性元素が自由な形で放出されます。
可燃性物質 - ガス
例として、燃焼熱が次のメタン CH 4 の発熱量を計算してみます。 Q g=882.6 .
・メタンの分子量を調べてみましょう。 化学式(SN4):
M=1・12+4・1=16 g/mol。
・決めてみましょう 発熱量 1kgのメタン:
· メタンの密度 ρ=0.717 kg/m 3 を知って、1 kg のメタンの体積を求めてみましょう。 通常の状態:
.
· メタン 1 m 3 の発熱量を求めてみましょう。
可燃性ガスの発熱量も同様に測定されます。 多くの一般的な物質の燃焼熱と発熱量は高精度で測定されており、関連する参考文献に記載されています。 これはいくつかのガス状物質の発熱量の表です（表5.1）。 マグニチュード Q熱の単位として 1 kcal = 4.1868 kJ がよく使用されるため、この表では MJ/m 3 および kcal/m 3 で示されています。
表5.1
ガスの発熱量 さまざまな燃料
|
物質 |
アセチレン |
|||||
|
Q |
||||||
可燃性物質 - 液体または固体
例として、エチルアルコール C 2 H 5 OH の燃焼熱量を計算してみましょう。 Q g= 1373.3 kJ/mol。
· エチルアルコールの分子量を化学式 (C 2 H 5 OH) に従って求めてみましょう。
M = 2・12 + 5・1 + 1・16 + 1・1 = 46 g/mol。
エチルアルコール1kgの発熱量を求めてみましょう。
液体および固体の可燃物の発熱量も同様に測定されます。 テーブル内 5.2、5.3に発熱量を示します。 Q一部の液体および固体の場合は (MJ/kg および kcal/kg)。
表5.2
液体燃料の発熱量
|
物質 |
メチルアルコール |
エタノール |
燃料油、オイル |
||||
|
Q |
|||||||
表5.3
固形燃料の発熱量
|
物質 |
木は新鮮です |
乾燥した木材 |
褐炭 |
乾燥した泥炭 |
無煙炭、コークス |
||
|
Q |
|||||||
メンデレーエフの公式
燃料の発熱量が不明な場合は、D.I. が提案した実験式を使用して計算できます。 メンデレーエフ。 これを行うには、燃料の元素組成 (等価燃料式)、つまり燃料中の次の元素の含有率を知る必要があります。
酸素(O);
水素(H);
炭素(C);
硫黄(S);
灰 (A);
水(W)。
燃料の燃焼生成物には常に次の成分が含まれています。 水蒸気、燃料中の水分の存在と水素の燃焼中の両方により形成されます。 燃焼廃棄物は露点を超える温度で工場から排出されます。 したがって、水蒸気の凝縮中に放出される熱は有効に利用できないため、熱計算で考慮すべきではありません。
通常、計算には正味発熱量が使用されます。 Qn水蒸気による熱損失を考慮した燃料。 固体燃料と液体燃料の場合の値 Qn(MJ/kg) はメンデレーエフの公式によっておおよそ決定されます。
Qn=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
ここで、燃料組成物中の対応する元素の含有率（重量％）は括弧内に示されています。
この式では、炭素、水素、硫黄 (プラス記号付き) の発熱燃焼反応の熱が考慮されます。 燃料に含まれる酸素は空気中の酸素と一部置換されるため、式(5.1)の対応する項はマイナス記号で表されます。 水分が蒸発する際には熱が消費されるため、Wを含む対応項もマイナス記号で表します。
さまざまな燃料 (木材、泥炭、石炭、石油) の発熱量に関する計算データと実験データを比較すると、メンデレーエフの式 (5.1) を使用した計算では誤差が 10% を超えないことがわかりました。
正味発熱量 Qn乾燥可燃性ガスの（MJ/m 3 ）は、各成分の発熱量とその発熱量の積の合計として十分な精度で計算できます。 割合 1 m 3 の気体燃料中。
Qn= 0.108[Н 2 ] + 0.126[СО] + 0.358[СН 4 ] + 0.5[С 2 Н 2 ] + 0.234[Н 2 S ]…, (5.2)
ここで、混合物中の対応するガスの含有率 (体積%) は括弧内に示されています。
平均して、天然ガスの発熱量は約 53.6 MJ/m 3 です。 人工的に生成された可燃性ガスでは、メタン CH4 の含有量はわずかです。 主な可燃性成分は水素 H2 と一酸化炭素 CO です。 たとえば、コークス炉ガスでは、H2 含有量は (55 ÷ 60)% に達し、そのようなガスの低位発熱量は 17.6 MJ/m3 に達します。 発生器ガスには CO ～ 30% と H 2 ～ 15% が含まれていますが、発生器ガスの発熱量は低くなります。 Qn= (5.2÷6.5) MJ/m3。 高炉ガス中の CO と H 2 の含有量は低くなります。 大きさ Qn= (4.0÷4.2) MJ/m3。
メンデレーエフの公式を使用して物質の発熱量を計算する例を見てみましょう。
表に元素組成が示されている石炭の発熱量を決定してみましょう。 5.4.
表5.4
石炭の元素組成
・表にあるものを代入してみましょう。 メンデレーエフの式 (5.1) の 5.4 データ (窒素 N と灰 A は不活性物質であり、燃焼反応に関与しないため、この式には含まれていません):
Qn=0.339∙37.2+1.025∙2.6+0.1085∙0.6–0.1085∙12–0.025∙40=13.04MJ/kg。
50リットルの水を10℃から100℃まで加熱するのに必要な薪の量を求めます。燃焼中に放出される熱の5％が暖房に消費されるとすると、水の熱容量は次のようになります。 と=1 kcal/(kg・度) または 4.1868 kJ/(kg・度)。 薪の元素組成を表に示します。 5.5:
表5.5
薪の元素組成
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· メンデレーエフの公式 (5.1) を使用して薪の発熱量を求めてみましょう。 Qn=0.339∙43+1.025∙7–0.1085∙41–0.025∙7=17.12MJ/kg。 · 1 kg の薪を燃やすときに水の加熱に費やされる熱量を求めてみましょう (燃焼中に放出される熱の 5% (a = 0.05) が薪の加熱に費やされるという事実を考慮します)。 Q 2 =a Qn=0.05・17.12=0.86MJ/kg。 · 50 リットルの水を 10℃ から 100℃ に加熱するのに必要な薪の量を求めてみましょう。
したがって、水を加熱するには約22kgの薪が必要です。 |
kg。燃焼熱は可燃性物質の化学組成によって決まります。 可燃性物質に含まれる化学元素は、一般に認められた記号で示されています。 と , N , について , N , S、灰と水はシンボルです あそして Wそれぞれ。
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燃焼熱は可燃性物質の作動質量に関係する可能性があります Q P (\displaystyle Q^(P))つまり、消費者に届く形の可燃性物質に対して。 物質の乾燥重量に対して Q C (\displaystyle Q^(C)); 可燃性物質の塊に Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma ))つまり、水分や灰を含まない可燃性物質になります。
もっと高いものもあります( Q B (\displaystyle Q_(B))) 以下 ( Q H (\displaystyle Q_(H))) 燃焼熱。
下 より高い発熱量燃焼生成物を冷却する際の水蒸気の凝縮熱を含む、物質の完全燃焼中に放出される熱の量を理解します。
正味発熱量水蒸気の凝縮熱を考慮せずに、完全燃焼中に放出される熱量に相当します。 水蒸気の凝縮熱とも言います。 蒸発潜熱（凝縮）.
低い発熱量と高い発熱量は、次の関係によって関連付けられます。 Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),
ここで、k は 25 kJ/kg (6 kcal/kg) に等しい係数です。 Ｗは可燃性物質中の水の量、％（質量による）である。 H は可燃性物質中の水素の量、% (質量による) です。
発熱量の計算
したがって、より高い発熱量は、可燃性物質の単位質量または単位体積（ガスの場合）が完全に燃焼し、燃焼生成物が露点温度まで冷却される間に放出される熱量です。 熱工学計算では、発熱量の高い方を100％として計算します。 ガスの燃焼潜熱は、燃焼生成物に含まれる水蒸気の凝縮中に放出される熱です。 理論上は11％に達する可能性がある。
実際には、完全に凝縮するまで燃焼生成物を冷却することは不可能であるため、低位発熱量 (QHp) の概念が導入されています。低位発熱量 (QHp) は、燃焼生成物と燃焼生成物の両方に含まれる水蒸気の気化熱を高位発熱量から差し引くことで得られます。物質とその燃焼中に形成される物質。 1kgの水蒸気を蒸発させるには2514kJ/kg（600kcal/kg）が必要です。 低位発熱量は次の式 (kJ/kg または kcal/kg) によって決定されます。
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))(固形物の場合)
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))(液体物質の場合)、ここで:
2514 - 0 °C での蒸発熱と 大気圧、kJ/kg。
H P (\displaystyle H^(P))そして W P (\displaystyle W^(P))- 作動燃料中の水素と水蒸気の含有量、%;
９は、１ｋｇの水素を酸素と組み合わせて燃焼させると９ｋｇの水が生成されることを示す係数である。
燃焼熱は燃料の最も重要な特性であり、固体燃料または液体燃料 1 kg、または気体燃料 1 m3 の燃焼によって得られる熱量を kJ/kg (kcal/kg) で決定します。 1 kcal = 4.1868 または 4.19 kJ。
低位発熱量は物質ごとに実験的に求められた参考値です。 既知の元素組成をもつ固体および液体材料については、D.I. メンデレーエフの式 kJ/kg または kcal/kg に従って計算することによって決定することもできます。
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))、 どこ：
C P (\displaystyle C_(P)), H P (\displaystyle H_(P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), W P (\displaystyle W_(P))- 燃料の作動質量中の炭素、水素、酸素、揮発性硫黄および水分の含有量 (%) (重量による)。
比較計算には、燃焼比熱が 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg) である、いわゆる従来型燃料が使用されます。
米国、英国、フランスによると、ロシアでは通常、熱計算（爆発や火災の危険性に関して部屋のカテゴリーを決定するための熱負荷の計算）が最も低い発熱量を使用して実行されます。最高。 英国と米国では、メートル法が導入される前は、燃焼比熱はポンド (lb) あたりの英国熱単位 (BTU) で測定されていました (1Btu/lb = 2.326 kJ/kg)。
物質と材料 正味発熱量 Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P))、MJ/kg ガソリン 41,87 灯油 43,54 紙：書籍、雑誌 13,4 木材 (ブロック W = 14%) 13,8 天然ゴム 44,73 ポリ塩化ビニルリノリウム 14,31 ゴム 33,52 短繊維 13,8 ポリエチレン 47,14 発泡ポリスチレン 41,6 綿が緩んだ 15,7 プラスチック 41,87