Теория:
Различные виды топлива (твёрдое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся удельная теплота сгорания и влажность, к специфическим — зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства.
Удельная теплота сгорания топлива — это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании \(1\) кг твёрдого или жидкого топлива или \(1\) м³ газообразного топлива.
Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его удельной теплотой сгорания.
Удельная теплота сгорания обозначается буквой \(q\). Единицей удельной теплоты сгорания является \(1\) Дж/кг для твёрдого и жидкого топлива и \(1\) Дж/м³ — для газообразного топлива.
Удельную теплоту сгорания на опыте определяют довольно сложными методами.
Таблица \(2\). Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива.
Твёрдое топливо
Вещество | Удельная теплота сгорания, МДж/кг |
| Бурый уголь | \(9,3\) |
| Древесный уголь | \(29,7\) |
| Дрова сухие | \(8,3\) |
| Древесные чурки | \(15,0\) |
Каменный уголь марки А-\(I\) | \(20,5\) |
Каменный уголь марки А-\(II\) | \(30,3\) |
| Кокс | \(30,3\) |
| Порох | \(3,0\) |
| Торф | \(15,0\) |
Жидкое топливо
Вещество | Удельная теплота сгорания, МДж/кг |
| Бензин, нефть | \(46,0\) |
| Дизельное топливо | \(42,0\) |
| Керосин | \(43,0\) |
| Мазут | \(40,0\) |
| Спирт этиловый | \(27,0\) |
Газообразное топливо
(при нормальных условиях)
Вещество | Удельная теплота сгорания, МДж/м³ |
| Водород | \(120,8\) |
| Генераторный газ | \(5,5\) |
| Коксовый газ | \(16,4\) |
| Природный газ | \(35,5\) |
| Светильный газ | \(21,0\) |
Из этой таблицы видно, что наибольшей является удельная теплота сгорания водорода, она равна \(120,8\) МДж/м³. Это значит, что при полном сгорании водорода объёмом \(1\) м³ выделяется \(120,8\) МДж \(=\) \(120,8\) Дж энергии.
Водород — один из высокоэнергетических видов топлива. Кроме того, продуктом сгорания водорода является обычная вода, в отличие от других видов топлива, где продуктами сгорания являются углекислый и угарный газы, зола и топочные шлаки. Это делает водород экологически наиболее чистым топливом.
Однако газообразный водород взрывоопасен. К тому же он имеет самую малую плотность в сравнении с другими газами при равной температуре и давлении, что создаёт сложности со сжижением водорода и его транспортировкой.
Общее количество теплоты \(Q\), выделяемое при полном сгорании \(m\) кг твёрдого или жидкого топлива, вычисляется по формуле:
.
Общее количество теплоты \(Q\), выделяемое при полном сгорании \(V\) м³ газообразного топлива, вычисляется по формуле:
.
Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания, так как увеличивается расход теплоты на испарение влаги и увеличивается объём продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).
Зольность — это количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания, так как уменьшается содержание горючих компонентов (основная причина) и увеличивается расход тепла на нагрев и плавление минеральной массы.
Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стёкол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла.