Калорийность топлива. Удельная теплота сгорания топлива
Калорийность - ключевой показатель, определяющий эффективность использования топлива. Правильный выбор оптимального по калорийности вида позволяет экономить средства и повышать отдачу от использования. Далее разберем это понятие детально.
Что такое калорийность топлива
Калорийность топлива - это количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема топлива. Она показывает, сколько энергии в виде тепла можно получить из данного топлива.
Калорийность измеряется в Дж/кг или ккал/кг. Соотношение между джоулями и калориями таково: 1 Дж = 0,2388 ккал.
Чем выше калорийность топлива, тем больше энергии оно выделяет при сжигании. Соответственно, чем выше этот показатель, тем меньше потребуется расход топлива на получение нужного количества энергии.
Калорийность тесно связана с понятием удельной теплоты сгорания. Фактически это синонимичные величины.
На калорийность влияет химический состав топлива - содержание углерода, водорода, серы и других горючих элементов.
Калорийность разных видов топлива
Калорийность может существенно различаться для разных топлив. Рассмотрим типичные значения этого показателя для распространенных видов.
| Вид топлива | Калорийность, ккал/кг |
| Дизельное топливо | 10 500 |
| Бензин | 11 000 |
| Каменный уголь | 7 000 |
| Древесина (влажность 20%) | 3 500 |
| Торф | 2 300 |
| Сланцы | 3 100 |
Как видно, калорийность дизельного топлива достигает 10500 ккал/кг, а у торфа - всего 2300 ккал/кг. Это почти в 5 раз меньше! Таким образом, одного килограмма дизтоплива достаточно, чтобы получить такое же количество тепла, как от 4-5 кг торфа.
Как рассчитать калорийность топлива
Для вычисления калорийности используется следующая формула:
Qp = Qрр - Qw - Qа
где:
Qр - теплота сгорания топлива, ккал/кг Qw - теплота испарения влаги, ккал/кг Qа - теплота нагрева золы и водорода, ккал/кг
Калорийность зависит от содержания в топливе влаги и золы. Чем выше их доля, тем ниже получается Qp.
Факторы, влияющие на калорийность:
- Химический состав топлива
- Влажность
- Зольность
- Содержание серы и других примесей
- Агрегатное состояние (газ, жидкость, твердое)
Например, чем выше влажность дров, тем ниже их калорийность. При сжигании влажного топлива часть тепла расходуется на испарение воды.
Калорийность и экономичность топлива
Чем выше калорийность топлива, тем меньше его надо сжечь для получения требуемого количества энергии. А значит, расходы на топливо снижаются.
Допустим, для обогрева помещения требуется 5 млн ккал тепла в месяц. При калорийности угля 7000 ккал/кг потребление составит:
5 000 000 / 7000 = 714 кг угля в месяц
Если же использовать более калорийный вид, например, дизель (10500 ккал/кг), расход будет меньше:
5 000 000 / 10500 = 476 кг дизтоплива в месяц
То есть на теплоснабжение уйдет почти в полтора раза меньше топлива!
Калорийность и экологичность топлива
Помимо экономических аспектов, выбор топлива по калорийности важен и для экологии. Чем выше калорийность, тем на получение того же количества энергии требуется меньший расход топлива. А значит, меньше выбросов и загрязнений окружающей среды.
Наиболее экологически чистые виды топлива - это газ и дизельное топливо, обладающие высокой калорийностью.
Расход топлива и калорийность
Чтобы наглядно оценить, как калорийность влияет на расход топлива, можно воспользоваться формулой для вычисления удельного расхода топлива:
B = Q / (Hu * η)
где: B - удельный расход топлива, кг/Дж (или г/кВт*ч) Q - тепловая мощность, Дж/с (кВт) Hu - низшая теплота сгорания (калорийность), Дж/кг η - КПД установки
Чем выше Hu, тем при прочих равных меньше получается значение B, то есть расход топлива снижается.
Динамика калорийности во времени
Калорийность для одного и того же вида топлива также может варьироваться во времени. Это связано с тем, что истощаются богатые месторождения полезных ископаемых, а добываемое топливо становится все более обедненным.
Так, за последние десятилетия калорийность российского природного газа снизилась почти на 7%, а каменного угля - на 2-3%. Эта тенденция, вероятно, сохранится и дальше.
Повышение эффективности использования топлива
Даже при выборе наиболее калорийного для конкретных целей вида топлива можно повысить эффективность его сжигания. К основным способам относятся:
- Установка высокоэффективных горелок
- Чистка котлов и дымоходов
- Автоматизация процесса горения
- Улучшение теплоизоляции
- Утилизация тепла уходящих газов
Эти меры позволят полнее использовать потенциал выбранного топлива по калорийности.
Влияние калорийности на выбор котельного оборудования
При проектировании или выборе котельного оборудования калорийность используемого топлива имеет принципиальное значение. От нее зависит требуемая мощность котла для обеспечения нужного теплоснабжения.
Чем выше калорийность топлива, тем меньшая мощность котла потребуется для получения того же количества теплоты. А значит, котел может быть менее габаритным и дорогим.
Особенности хранения топлива с учетом калорийности
Калорийность влияет и на организацию хранения топлива. Высококалорийные виды, такие как дизельное топливо и мазут, требуют особых мер пожарной безопасности и защиты от воровства.
Для древесных видов топлива важно обеспечить защиту от атмосферных осадков и сохранение оптимальной влажности. Иначе их калорийность значительно снизится к моменту использования.
Учет калорийности при ценообразовании на топливо
Продажные цены на разные виды топлива обычно соотносятся с их калорийностью. Чем выше теплотворная способность, тем дороже обходится топливо за единицу массы или объема.
Такой подход стимулирует поставщиков повышать качество своей продукции и контролировать факторы, снижающие калорийность (влажность, зольность).
Государственное регулирование стандартов калорийности
Во многих странах государство законодательно регламентирует пороговые значения калорийности для основных видов топлива. К примеру, в России для дизельного топлива этот показатель должен составлять не менее 42 500 кДж/кг.
Такой контроль необходим для защиты потребителей топлива и экологии. Производитель, не обеспечивающий минимальные стандарты калорийности, подвергается штрафам.
Прогнозирование потребления топлива с учетом динамики калорийности
При планировании потребления топлива в долгосрочной перспективе важно принимать во внимание тенденцию снижения его калорийности. Иначе возможна нехватка топлива из-за некорректности расчетов.
Например, если в прошлом году завод израсходовал 5 тыс. тонн угля с калорийностью 7100 ккал/кг, это эквивалентно 35,5 млн ккал энергии. А по итогам текущего года калорийность используемого угля составила 6800 ккал/кг. Тогда для получения того же объема энергии потребление должно составить уже 3750 тонн.
Маркировка транспортных партий топлива по калорийности
При транспортировке топлива обычно указывается информация о его калорийности непосредственно на грузовом транспорте или в сопроводительных документах.
Это нужно для информирования получателя партии, а также контролирующих органов. Расхождение фактических и заявленных показателей калорийности часто служит поводом для предъявления претензий поставщику.
Лабораторный контроль калорийности топлива
Для определения реальной калорийности партий топлива используется лабораторный анализ с помощью взрывных калориметрических бомб. Это позволяет выявить недобросовестных поставщиков, завышающих показатели калорийности.
Контроль особенно важен для электростанций, крупных промышленных предприятий и коммунальных служб, использующих топливо в больших объемах.
Улучшение характеристик низкокалорийных топлив
Существуют различные способы повышения калорийности для таких низкокалорийных видов как торф, древесные отходы, сапропель. К ним относятся, например, пиролиз, гидротермальная обработка, торрефикация (обжиг без доступа воздуха).
Применение подобных методов позволяет улучшить потребительские качества и конкурентоспособность малокалорийных видов органического топлива.