Zusammensetzung und Brennwert von Erdgas. Gasförmiger Kraftstoff. Brennwert von Gasen

Zu den Stoffen organischen Ursprungs zählen Brennstoffe, die bei der Verbrennung eine bestimmte Menge Wärmeenergie freisetzen. Die Wärmeerzeugung muss sich durch eine hohe Effizienz und das Fehlen von Nebenwirkungen, insbesondere gesundheits- und umweltschädlichen Stoffen, auszeichnen.

Um das Einlegen in den Feuerraum zu erleichtern, wird das Holzmaterial in einzelne bis zu 30 cm lange Elemente geschnitten. Um die Effizienz ihrer Nutzung zu erhöhen, muss das Brennholz möglichst trocken sein und der Verbrennungsprozess muss relativ langsam sein. In vielerlei Hinsicht eignet sich Holz aus Harthölzern wie Eiche und Birke, Haselnuss und Esche sowie Weißdorn zum Heizen von Räumen. Aufgrund des hohen Harzgehalts, der erhöhten Brenngeschwindigkeit und des geringen Heizwerts sind Nadelbäume in dieser Hinsicht deutlich unterlegen.

Es versteht sich, dass die Dichte des Holzes den Brennwert beeinflusst.

Es ist ein natürliches Material pflanzlichen Ursprungs, das aus Sedimentgestein gewonnen wird.

Diese Art von Festbrennstoff enthält Kohlenstoff und andere chemische Elemente. Je nach Alter gibt es eine Einteilung des Materials in Typen. Braunkohle gilt als die jüngste, gefolgt von Steinkohle, und Anthrazit ist älter als alle anderen Arten. Das Alter eines brennbaren Stoffes bestimmt auch seinen Feuchtigkeitsgehalt, der in jungem Material häufiger vorhanden ist.

Bei der Verbrennung von Kohle kommt es zu Umweltverschmutzung und es bildet sich Schlacke auf den Kesselrosten, die eine normale Verbrennung gewissermaßen behindert. Auch für die Atmosphäre ist das Vorhandensein von Schwefel im Material ein ungünstiger Faktor, da dieses Element im Luftraum in Schwefelsäure umgewandelt wird.

Allerdings sollten Verbraucher keine Angst um ihre Gesundheit haben. Hersteller dieses Materials, die sich um Privatkunden kümmern, sind bestrebt, den darin enthaltenen Schwefelgehalt zu reduzieren. Der Heizwert von Kohle kann sogar innerhalb derselben Sorte variieren. Der Unterschied hängt von den Eigenschaften der Unterart und ihrem Mineralgehalt sowie der Produktionsgeographie ab. Als fester Brennstoff findet sich nicht nur reine Kohle, sondern auch gering angereicherte Kohleschlacke, gepresst zu Briketts.

Pellets (Brennstoffgranulat) sind feste Brennstoffe, die industriell aus Holz und Pflanzenabfällen hergestellt werden: Hobelspäne, Rinde, Pappe, Stroh.

Das zu Staub zerkleinerte Rohmaterial wird getrocknet und in einen Granulator gegossen, von wo aus es in Form von Granulat einer bestimmten Form austritt. Um der Masse Viskosität zu verleihen, wird ein pflanzliches Polymer, Lignin, verwendet. Die Komplexität des Produktionsprozesses und die hohe Nachfrage bestimmen den Preis von Pellets. Das Material wird in speziell ausgestatteten Kesseln verwendet.

Die Brennstoffarten werden je nach Material, aus dem sie verarbeitet werden, bestimmt:

• Rundholz von Bäumen jeglicher Art;
• Stroh;
• Torf;
• Sonnenblumenschale.

Unter den Vorteilen von Brennstoffpellets sind folgende Eigenschaften hervorzuheben:

• Umweltfreundlichkeit;
• Unfähigkeit zur Verformung und Resistenz gegen Pilze;
• einfache Lagerung auch im Freien;
• Gleichmäßigkeit und Dauer der Verbrennung;
• relativ niedrige Kosten;
• Einsatzmöglichkeit für verschiedene Heizgeräte;
• geeignete Granulatgröße für die automatische Beladung in einen speziell ausgestatteten Kessel.

Briketts

Briketts sind feste Brennstoffe, die Pellets in vielerlei Hinsicht ähneln. Für ihre Herstellung werden identische Materialien verwendet: Hackschnitzel, Hobelspäne, Torf, Spelzen und Stroh. Im Produktionsprozess werden die Rohstoffe zerkleinert und durch Kompression zu Briketts geformt. Dieses Material ist auch ein umweltfreundlicher Kraftstoff. Es ist auch im Freien bequem zu lagern. Eine gleichmäßige, gleichmäßige und langsame Verbrennung dieses Brennstoffs kann sowohl in Kaminen und Öfen als auch in Heizkesseln beobachtet werden.

Die oben diskutierten Arten umweltfreundlicher Festbrennstoffe sind eine gute Alternative zur Wärmeerzeugung. Im Vergleich zu fossilen Wärmeenergiequellen, deren Verbrennung sich negativ auf die Umwelt auswirkt und die zudem nicht erneuerbar sind, haben alternative Brennstoffe klare Vorteile und relativ niedrige Kosten, was für bestimmte Verbrauchergruppen wichtig ist.

Gleichzeitig ist die Brandgefahr solcher Brennstoffe deutlich höher. Daher ist es notwendig, einige Sicherheitsmaßnahmen hinsichtlich ihrer Lagerung und der Verwendung feuerbeständiger Materialien für Wände zu ergreifen.

Flüssige und gasförmige Brennstoffe

Bei flüssigen und gasförmigen brennbaren Stoffen stellt sich die Situation wie folgt dar.

Die Verbrennungswärme wird durch die chemische Zusammensetzung des brennbaren Stoffes bestimmt. Die in einem brennbaren Stoff enthaltenen chemischen Elemente werden durch anerkannte Symbole gekennzeichnet MIT , N , UM , N , S, und Asche und Wasser sind Symbole A Und W jeweils.

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  Die Verbrennungswärme kann auf die Arbeitsmasse des brennbaren Stoffes bezogen werden Q P (\displaystyle Q^(P)), also auf den brennbaren Stoff in der Form, in der er zum Verbraucher gelangt; auf das Trockengewicht der Substanz Q C (\displaystyle Q^(C)); zu einer brennbaren Stoffmasse Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), also zu einem brennbaren Stoff, der weder Feuchtigkeit noch Asche enthält.

  Es gibt höhere ( Q B (\displaystyle Q_(B))) Und niedriger ( Q. H. (\displaystyle Q_(H))) Verbrennungswärme.

  Unter höherer Brennwert Verstehen Sie die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung eines Stoffes freigesetzt wird, einschließlich der Kondensationswärme von Wasserdampf beim Abkühlen der Verbrennungsprodukte.

  Nettobrennwert entspricht der Wärmemenge, die bei vollständiger Verbrennung freigesetzt wird, ohne Berücksichtigung der Kondensationswärme von Wasserdampf. Die Kondensationswärme von Wasserdampf wird auch als Kondensationswärme bezeichnet latente Verdampfungswärme (Kondensation).

  Der niedrigere und der höhere Heizwert hängen durch die Beziehung zusammen: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  wobei k ein Koeffizient von 25 kJ/kg (6 kcal/kg) ist; W ist die Wassermenge in der brennbaren Substanz, % (Massenanteil); H ist die Menge an Wasserstoff in einem brennbaren Stoff, % (nach Masse).

  Berechnung des Brennwerts

  Somit ist der höhere Heizwert die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung einer Massen- oder Volumeneinheit (bei Gas) eines brennbaren Stoffes und der Abkühlung der Verbrennungsprodukte auf die Taupunkttemperatur freigesetzt wird. Bei wärmetechnischen Berechnungen wird der höhere Heizwert mit 100 % angenommen. Die latente Verbrennungswärme eines Gases ist die Wärme, die bei der Kondensation des in den Verbrennungsprodukten enthaltenen Wasserdampfs freigesetzt wird. Theoretisch kann es 11 % erreichen.

  In der Praxis ist es nicht möglich, Verbrennungsprodukte bis zur vollständigen Kondensation abzukühlen. Aus diesem Grund wurde das Konzept des unteren Heizwerts (QHp) eingeführt, der durch Abzug der Verdampfungswärme des in beiden enthaltenen Wasserdampfs vom höheren Heizwert erhalten wird die Substanz und diejenigen, die bei ihrer Verbrennung entstehen. Die Verdampfung von 1 kg Wasserdampf erfordert 2514 kJ/kg (600 kcal/kg). Der untere Heizwert wird durch die Formeln (kJ/kg oder kcal/kg) ermittelt:

  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))(für feste Materie)

  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))(für eine flüssige Substanz), wobei:

  2514 – Verdampfungswärme bei einer Temperatur von 0 °C und Atmosphärendruck, kJ/kg;

  H P (\displaystyle H^(P)) Und W P (\displaystyle W^(P))- Gehalt an Wasserstoff und Wasserdampf im Arbeitsbrennstoff, %;

  9 ist ein Koeffizient, der zeigt, dass bei der Verbrennung von 1 kg Wasserstoff in Verbindung mit Sauerstoff 9 kg Wasser entstehen.

  Die Verbrennungswärme ist das wichtigste Merkmal eines Brennstoffs, da sie die Wärmemenge bestimmt, die bei der Verbrennung von 1 kg festem oder flüssigem Brennstoff oder 1 m³ gasförmigem Brennstoff in kJ/kg (kcal/kg) entsteht. 1 kcal = 4,1868 oder 4,19 kJ.

  Der untere Heizwert wird für jeden Stoff experimentell ermittelt und ist ein Referenzwert. Sie kann auch für feste und flüssige Stoffe mit bekannter Elementzusammensetzung durch Berechnung nach der Formel von D. I. Mendelejew, kJ/kg oder kcal/kg, ermittelt werden:

  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)), Wo:

  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))- Gehalt an Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, flüchtigem Schwefel und Feuchtigkeit in der Arbeitsmasse des Kraftstoffs in % (nach Gewicht).

  Für Vergleichsrechnungen wird der sogenannte konventionelle Kraftstoff verwendet, der eine spezifische Verbrennungswärme von 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg) aufweist.

  In Russland werden thermische Berechnungen (z. B. Berechnung der Wärmelast zur Bestimmung der Kategorie eines Raumes hinsichtlich Explosions- und Brandgefahr) in der Regel mit dem niedrigsten Heizwert durchgeführt, in den USA, Großbritannien und Frankreich dagegen zum Höchsten. Im Vereinigten Königreich und in den USA wurde die spezifische Verbrennungswärme vor der Einführung des metrischen Systems in britischen thermischen Einheiten (BTU) pro Pfund (lb) gemessen (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg).

  Stoffe und Materialien	Nettobrennwert Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)), MJ/kg
  Benzin	41,87
  Kerosin	43,54
  Papier: Bücher, Zeitschriften	13,4
  Holz (Blöcke W = 14 %)	13,8
  Natürliches Gummi	44,73
  Polyvinylchlorid-Linoleum	14,31
  Gummi	33,52
  Stapelfaser	13,8
  Polyethylen	47,14
  Expandiertes Polystyrol	41,6
  Baumwolle gelockert	15,7
  Plastik	41,87

  Die bei der vollständigen Verbrennung einer Einheitsmenge Kraftstoff freigesetzte Wärmemenge wird als Heizwert (Q) oder, wie manchmal gesagt, Heizwert oder Heizwert bezeichnet, der eines der Hauptmerkmale von Kraftstoff ist.

  Der Heizwert von Gasen wird üblicherweise mit 1 bezeichnet m 3, unter normalen Bedingungen eingenommen.

  Unter Normalbedingungen versteht man in technischen Berechnungen den Zustand des Gases bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von 760 °C mmHg Kunst. Bezeichnet wird das Gasvolumen unter diesen Bedingungen nm 3(normaler Kubikmeter).

  Für Industriegasmessungen gemäß GOST 2923-45 werden eine Temperatur von 20 °C und ein Druck von 760 als Normalbedingungen angenommen mmHg Kunst. Das diesen Bedingungen zugeordnete Gasvolumen ist im Gegensatz zu nm 3 wir rufen an M 3 (Kubikmeter).

  Brennwert von Gasen (Q)) ausgedrückt kcal/nm e oder in kcal/m3.

  Bei verflüssigten Gasen wird der Heizwert mit 1 bezeichnet kg.

  Es gibt höhere (Qc) und niedrigere (Qn) Heizwerte. Der Bruttoheizwert berücksichtigt die Kondensationswärme von Wasserdampf, die bei der Kraftstoffverbrennung entsteht. Der untere Heizwert berücksichtigt nicht die im Wasserdampf der Verbrennungsprodukte enthaltene Wärme, da der Wasserdampf nicht kondensiert, sondern mit den Verbrennungsprodukten mitgerissen wird.

  Die Konzepte Q in und Q n beziehen sich nur auf Gase, deren Verbrennung Wasserdampf freisetzt (diese Konzepte gelten nicht für Kohlenmonoxid, das bei der Verbrennung keinen Wasserdampf erzeugt).

  Wenn Wasserdampf kondensiert, wird Wärme in Höhe von 539 freigesetzt kcal/kg. Darüber hinaus wird beim Abkühlen des Kondensats auf 0 °C (bzw. 20 °C) Wärme in Höhe von 100 bzw. 80 % freigesetzt. kcal/kg.

  Insgesamt werden durch die Kondensation von Wasserdampf mehr als 600 % Wärme freigesetzt. kcal/kg, Das ist die Differenz zwischen dem höheren und dem niedrigeren Heizwert des Gases. Bei den meisten Gasen, die in der städtischen Gasversorgung eingesetzt werden, beträgt dieser Unterschied 8-10 %.

  Die Heizwerte einiger Gase sind in der Tabelle angegeben. 3.

  Für die städtische Gasversorgung werden derzeit Gase eingesetzt, die in der Regel einen Heizwert von mindestens 3500 haben kcal/nm 3 . Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass in städtischen Gebieten die Gasversorgung über weite Strecken über Rohre erfolgt. Bei niedrigem Heizwert muss eine große Menge zugeführt werden. Dies führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Durchmesser von Gasleitungen und damit zu einer Erhöhung der Metallinvestitionen und Mittel für den Bau von Gasnetzen und in der Folge zu einer Erhöhung der Betriebskosten. Ein wesentlicher Nachteil kalorienarmer Gase besteht darin, dass sie in den meisten Fällen einen erheblichen Anteil an Kohlenmonoxid enthalten, was die Gefahr bei der Verwendung von Gas sowie bei der Wartung von Netzen und Anlagen erhöht.

  
  
  

  Brennwert des Gases unter 3500 kcal/nm 3 Am häufigsten wird es in der Industrie eingesetzt, wo es nicht über weite Strecken transportiert werden muss und die Verbrennung einfacher zu organisieren ist. Für die städtische Gasversorgung ist ein konstanter Brennwert des Gases wünschenswert. Schwankungen sind, wie wir bereits festgestellt haben, nicht mehr als 10 % zulässig. Eine größere Änderung des Brennwerts von Gas erfordert neue Anpassungen und teilweise den Austausch einer großen Anzahl standardisierter Brenner von Haushaltsgeräten, was mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.

  5. THERMISCHES GLEICHGEWICHT DER VERBRENNUNG

  Betrachten wir Methoden zur Berechnung der Wärmebilanz des Verbrennungsprozesses von gasförmigen, flüssigen und festen Brennstoffen. Bei der Berechnung geht es darum, die folgenden Probleme zu lösen.

  · Bestimmung der Verbrennungswärme (Heizwert) von Brennstoffen.

  · Bestimmung der theoretischen Verbrennungstemperatur.

  5.1. VERBRENNUNGSWÄRME

  Chemische Reaktionen gehen mit der Freisetzung oder Aufnahme von Wärme einher. Bei der Abgabe von Wärme nennt man die Reaktion exotherm, bei der Aufnahme von Wärme spricht man von endotherm. Alle Verbrennungsreaktionen sind exotherm und Verbrennungsprodukte sind exotherme Verbindungen.

  Die bei einer chemischen Reaktion freigesetzte (oder absorbierte) Wärme wird Reaktionswärme genannt. Bei exothermen Reaktionen ist es positiv, bei endothermen Reaktionen negativ. Die Verbrennungsreaktion geht immer mit der Freisetzung von Wärme einher. Verbrennungswärme Q g(J/mol) ist die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung eines Mols eines Stoffes und der Umwandlung eines brennbaren Stoffes in Produkte der vollständigen Verbrennung freigesetzt wird. Das Mol ist die grundlegende SI-Mengeneinheit eines Stoffes. Ein Mol ist die Stoffmenge, die die gleiche Anzahl an Teilchen (Atome, Moleküle usw.) enthält, wie Atome in 12 g des Kohlenstoff-12-Isotops vorhanden sind. Die Masse einer Stoffmenge von 1 Mol (Molekular- oder Molmasse) stimmt numerisch mit der relativen Molekülmasse dieses Stoffes überein.

  Beispielsweise beträgt das relative Molekulargewicht von Sauerstoff (O 2) 32, von Kohlendioxid (CO 2) 44 und die entsprechenden Molekulargewichte betragen M = 32 g/mol und M = 44 g/mol. Somit enthält ein Mol Sauerstoff 32 Gramm dieser Substanz und ein Mol CO 2 enthält 44 Gramm Kohlendioxid.

  In technischen Berechnungen wird am häufigsten nicht die Verbrennungswärme verwendet. Q g und der Heizwert des Brennstoffs Q(J/kg oder J/m 3). Der Heizwert eines Stoffes ist die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung von 1 kg oder 1 m 3 eines Stoffes freigesetzt wird. Bei flüssigen und festen Stoffen erfolgt die Berechnung pro 1 kg, bei gasförmigen Stoffen pro 1 m 3.

  Zur Berechnung der Verbrennungs- oder Explosionstemperatur, des Explosionsdrucks, der Flund anderer Eigenschaften ist die Kenntnis der Verbrennungswärme und des Heizwerts des Brennstoffs erforderlich. Der Heizwert des Brennstoffs wird entweder experimentell oder rechnerisch ermittelt. Bei der experimentellen Bestimmung des Brennwerts wird eine bestimmte Masse fester oder flüssiger Brennstoffe in einer kalorimetrischen Bombe, bei gasförmigen Brennstoffen in einem Gaskalorimeter verbrannt. Diese Instrumente messen die Gesamtwärme Q 0 wird bei der Verbrennung einer Brennstoffprobe freigesetzt M. Heizwert Q g wird durch die Formel gefunden

  Der Zusammenhang zwischen der Verbrennungswärme und
  Brennwert des Kraftstoffs

  Um einen Zusammenhang zwischen der Verbrennungswärme und dem Heizwert eines Stoffes herzustellen, ist es notwendig, die Gleichung für die chemische Reaktion der Verbrennung aufzustellen.

  Das Produkt der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff ist Kohlendioxid:

  C+O2 →CO2.

  Das Produkt der vollständigen Verbrennung von Wasserstoff ist Wasser:

  2H 2 +O 2 →2H 2 O.

  Das Produkt der vollständigen Verbrennung von Schwefel ist Schwefeldioxid:

  S +O 2 →SO 2.

  Dabei werden Stickstoff, Halogene und andere nicht brennbare Elemente in freier Form freigesetzt.

  Brennbarer Stoff - Gas

  Berechnen wir als Beispiel den Heizwert von Methan CH 4, für den die Verbrennungswärme gleich ist Q g=882.6 .

  · Bestimmen wir das Molekulargewicht von Methan anhand seiner chemischen Formel (CH 4):

  M=1∙12+4∙1=16 g/mol.

  · Lassen Sie uns den Heizwert von 1 kg Methan bestimmen:

  · Finden wir das Volumen von 1 kg Methan und kennen wir seine Dichte ρ=0,717 kg/m3 unter normalen Bedingungen:

  .

  · Lassen Sie uns den Heizwert von 1 m 3 Methan bestimmen:

  Der Heizwert aller brennbaren Gase wird auf ähnliche Weise bestimmt. Für viele gängige Stoffe wurden Verbrennungswärme und Brennwerte mit hoher Genauigkeit gemessen und sind in der einschlägigen Referenzliteratur angegeben. Hier finden Sie eine Tabelle mit den Brennwerten einiger gasförmiger Stoffe (Tabelle 5.1). Größe Q in dieser Tabelle wird in MJ/m 3 und in kcal/m 3 angegeben, da 1 kcal = 4,1868 kJ oft als Wärmeeinheit verwendet wird.

  Tabelle 5.1

  Brennwert gasförmiger Brennstoffe

  Substanz			Acetylen
  Q

  Brennbarer Stoff – flüssig oder fest

  Berechnen wir als Beispiel den Heizwert von Ethylalkohol C 2 H 5 OH, für den die Verbrennungswärme gilt Q g= 1373,3 kJ/mol.

  · Bestimmen wir das Molekulargewicht von Ethylalkohol anhand seiner chemischen Formel (C 2 H 5 OH):

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

  Bestimmen wir den Brennwert von 1 kg Ethylalkohol:

  Der Heizwert aller flüssigen und festen Brennstoffe wird auf ähnliche Weise bestimmt. In der Tabelle 5.2 und 5.3 zeigen die Brennwerte Q(MJ/kg und kcal/kg) für einige Flüssigkeiten und Feststoffe.

  Tabelle 5.2

  Brennwert flüssiger Brennstoffe

  Substanz		Methylalkohol	Ethanol			Heizöl, Öl
  Q

  Tabelle 5.3

  Brennwert fester Brennstoffe

  Substanz		Der Baum ist frisch	Trockenes Holz	Braunkohle	Trockener Torf	Anthrazit, Cola
  Q

  Mendelejews Formel

  Wenn der Heizwert des Kraftstoffs unbekannt ist, kann er mit der von D.I. vorgeschlagenen empirischen Formel berechnet werden. Mendelejew. Dazu müssen Sie die elementare Zusammensetzung des Kraftstoffs (äquivalente Kraftstoffformel) kennen, also den prozentualen Gehalt der folgenden Elemente darin:

  Sauerstoff (O);

  Wasserstoff (H);

  Kohlenstoff (C);

  Schwefel (S);

  Asche (A);

  Wasser (W).

  Die Produkte der Kraftstoffverbrennung enthalten immer Wasserdampf, der sowohl durch die Anwesenheit von Feuchtigkeit im Kraftstoff als auch bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht. Abfallverbrennungsprodukte verlassen eine Industrieanlage mit einer Temperatur oberhalb des Taupunktes. Daher kann die Wärme, die bei der Kondensation von Wasserdampf frei wird, nicht sinnvoll genutzt werden und sollte bei thermischen Berechnungen nicht berücksichtigt werden.

  Zur Berechnung wird üblicherweise der Heizwert herangezogen Q n Kraftstoff, der Wärmeverluste mit Wasserdampf berücksichtigt. Für feste und flüssige Brennstoffe gilt der Wert Q n(MJ/kg) wird näherungsweise durch die Mendelejew-Formel bestimmt:

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

  wobei der prozentuale (Gew.-%) Gehalt der entsprechenden Elemente in der Kraftstoffzusammensetzung in Klammern angegeben ist.

  Diese Formel berücksichtigt die Wärme exothermer Verbrennungsreaktionen von Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel (mit einem Pluszeichen). Der im Kraftstoff enthaltene Sauerstoff ersetzt teilweise den Sauerstoff in der Luft, daher wird der entsprechende Term in Formel (5.1) mit einem Minuszeichen versehen. Wenn Feuchtigkeit verdunstet, wird Wärme verbraucht, daher wird der entsprechende Term, der W enthält, ebenfalls mit einem Minuszeichen versehen.

  Ein Vergleich berechneter und experimenteller Daten zum Heizwert verschiedener Brennstoffe (Holz, Torf, Kohle, Öl) ergab, dass die Berechnung mit der Mendelejew-Formel (5.1) einen Fehler von nicht mehr als 10 % ergibt.

  Nettobrennwert Q n(MJ/m3) trockener brennbarer Gase kann mit ausreichender Genauigkeit als Summe der Produkte aus dem Heizwert einzelner Komponenten und ihrem prozentualen Anteil in 1 m3 gasförmigem Brennstoff berechnet werden.

  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)

  Dabei ist in Klammern der prozentuale (Volumen-)Gehalt der entsprechenden Gase im Gemisch angegeben.

  Im Durchschnitt beträgt der Heizwert von Erdgas etwa 53,6 MJ/m 3 . In künstlich hergestellten brennbaren Gasen ist der Gehalt an Methan CH4 unbedeutend. Die wichtigsten brennbaren Bestandteile sind Wasserstoff H2 und Kohlenmonoxid CO. Im Koksofengas beispielsweise erreicht der H2-Gehalt (55 ÷ 60) % und der untere Heizwert dieses Gases erreicht 17,6 MJ/m3. Das Generatorgas enthält CO ~ 30 % und H 2 ~ 15 %, während der niedrigere Heizwert des Generatorgases beträgt Q n= (5,2 ÷ 6,5) MJ/m3. Der Gehalt an CO und H 2 im Hochofengas ist geringer; Größe Q n= (4,0 ÷ 4,2) MJ/m 3.

  Schauen wir uns Beispiele für die Berechnung des Brennwerts von Stoffen anhand der Mendelejew-Formel an.

  Bestimmen wir den Heizwert von Kohle, deren Elementzusammensetzung in der Tabelle angegeben ist. 5.4.

  Tabelle 5.4

  Elementarzusammensetzung von Kohle

  · Ersetzen wir die in der Tabelle angegebenen. 5.4 Daten in der Mendelejew-Formel (5.1) (Stickstoff N und Asche A sind in dieser Formel nicht enthalten, da es sich um inerte Stoffe handelt und nicht an der Verbrennungsreaktion beteiligt sind):

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

  Bestimmen wir die Menge an Brennholz, die benötigt wird, um 50 Liter Wasser von 10° C auf 100° C zu erhitzen, wenn 5 % der bei der Verbrennung freigesetzten Wärme zum Erhitzen verbraucht werden, und die Wärmekapazität von Wasser Mit=1 kcal/(kg∙Grad) oder 4,1868 kJ/(kg∙Grad). Die elementare Zusammensetzung von Brennholz ist in der Tabelle angegeben. 5.5:

  Tabelle 5.5

  Elementarzusammensetzung von Brennholz

  	· Lassen Sie uns den Heizwert von Brennholz mithilfe der Mendelejew-Formel (5.1) ermitteln: Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. · Bestimmen wir die Wärmemenge, die beim Verbrennen von 1 kg Brennholz zum Erhitzen von Wasser aufgewendet wird (unter Berücksichtigung der Tatsache, dass 5 % der bei der Verbrennung freigesetzten Wärme (a = 0,05) zum Erhitzen aufgewendet werden): Q 2 =a Q n=0,05·17,12=0,86 MJ/kg. · Bestimmen wir die Menge an Brennholz, die benötigt wird, um 50 Liter Wasser von 10° C auf 100° C zu erhitzen: kg. Für die Wassererwärmung werden also etwa 22 kg Brennholz benötigt.

  Jeden Tag, wenn man den Brenner am Küchenherd einschaltet, denken nur wenige Menschen darüber nach, wie lange es her ist, dass die Gasproduktion begann. In unserem Land begann seine Entwicklung im 20. Jahrhundert. Zuvor wurde es lediglich bei der Gewinnung von Erdölprodukten gefunden. Der Heizwert von Erdgas ist so hoch, dass dieser Rohstoff heute einfach unersetzlich ist und seine hochwertigen Analoga noch nicht entwickelt wurden.

  Die Heizwerttabelle hilft Ihnen bei der Auswahl des Brennstoffs für die Beheizung Ihres Hauses

  Merkmale fossiler Brennstoffe

  Erdgas ist ein wichtiger fossiler Brennstoff, der in den Brennstoff- und Energiebilanzen vieler Länder eine Spitzenposition einnimmt. Um Städte und verschiedene technische Unternehmen mit Kraftstoff zu versorgen, verbrauchen sie verschiedene brennbare Gase, da Erdgas als gefährlich gilt.

  Umweltschützer glauben, dass Gas der sauberste Brennstoff ist; bei der Verbrennung werden weitaus weniger giftige Stoffe freigesetzt als Brennholz, Kohle und Öl. Dieser Kraftstoff wird täglich von Menschen verwendet und enthält einen Zusatzstoff wie einen Geruchsstoff; er wird in ausgerüsteten Anlagen in einem Verhältnis von 16 Milligramm pro 1.000 Kubikmeter Gas zugesetzt.

  Ein wichtiger Bestandteil des Stoffes ist Methan (ca. 88-96 %), der Rest sind andere Chemikalien:

  • Butan;
  • Schwefelwasserstoff;
  • Propan;
  • Stickstoff;
  • Sauerstoff.

  In diesem Video schauen wir uns die Rolle der Kohle an:

  Die Menge an Methan im natürlichen Kraftstoff hängt direkt von seiner Lagerstätte ab.

  Der beschriebene Kraftstofftyp besteht aus Kohlenwasserstoff- und Nicht-Kohlenwasserstoff-Komponenten. Natürliche fossile Brennstoffe sind hauptsächlich Methan, zu dem auch Butan und Propan gehören. Neben den Kohlenwasserstoffbestandteilen enthält der beschriebene fossile Brennstoff Stickstoff, Schwefel, Helium und Argon. Auch Flüssigkeitsdämpfe kommen vor, allerdings nur in Gas- und Ölfeldern.

  Arten von Einlagen

  Es gibt verschiedene Arten von Gasvorkommen. Sie werden in folgende Typen unterteilt:

  • Gas;
  • Öl.

  Ihr Unterscheidungsmerkmal ist ihr Kohlenwasserstoffgehalt. Gasvorkommen enthalten etwa 85–90 % der vorhandenen Substanz, Ölfelder enthalten nicht mehr als 50 %. Die restlichen Anteile nehmen Stoffe wie Butan, Propan und Öl ein.

  Ein großer Nachteil der Ölförderung ist die Ausschwemmung verschiedener Zusatzstoffe. Schwefel wird in technischen Betrieben als Verunreinigung eingesetzt.

  Erdgasverbrauch

  In Autotankstellen wird Butan als Kraftstoff verbraucht und zum Nachfüllen von Feuerzeugen wird ein organischer Stoff namens Propan verwendet. Acetylen ist ein leicht entzündlicher Stoff und wird beim Schweißen und Metallschneiden verwendet.

  Fossile Brennstoffe werden im Alltag genutzt:

  • Säulen;
  • Gasherd;

  Diese Art von Brennstoff gilt als der kostengünstigste und harmloseste; der einzige Nachteil ist die Freisetzung von Kohlendioxid in die Atmosphäre bei der Verbrennung. Wissenschaftler auf der ganzen Welt suchen nach einem Ersatz für thermische Energie.

  Heizwert

  Der Heizwert von Erdgas ist die Wärmemenge, die entsteht, wenn eine Brennstoffeinheit ausreichend verbrannt wird. Die bei der Verbrennung freigesetzte Wärmemenge wird auf einen Kubikmeter unter natürlichen Bedingungen bezogen.

  Die Wärmekapazität von Erdgas wird anhand folgender Indikatoren gemessen:

  • kcal/nm 3 ;
  • kcal/m3.

  Es gibt hohe und niedrige Brennwerte:

  1. Hoch. Berücksichtigt die Wärme des Wasserdampfs, der bei der Kraftstoffverbrennung entsteht.
  2. Niedrig. Dabei wird die im Wasserdampf enthaltene Wärme nicht berücksichtigt, da solche Dämpfe nicht kondensieren, sondern mit Verbrennungsprodukten austreten. Durch die Ansammlung von Wasserdampf entsteht eine Wärmemenge von 540 kcal/kg. Darüber hinaus entsteht beim Abkühlen des Kondensats Wärme von 80 bis 100 kcal/kg. Im Allgemeinen werden durch die Ansammlung von Wasserdampf mehr als 600 kcal/kg gebildet, dies ist das Unterscheidungsmerkmal zwischen hoher und niedriger Wärmeleistung.

  Bei der überwiegenden Mehrheit der im städtischen Kraftstoffverteilungssystem verbrauchten Gase beträgt die Differenz 10 %. Um Städte mit Gas zu versorgen, muss sein Heizwert mehr als 3500 kcal/nm 3 betragen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Versorgung über große Entfernungen über eine Pipeline erfolgt. Ist der Brennwert niedrig, erhöht sich sein Angebot.

  Wenn der Heizwert von Erdgas weniger als 3500 kcal/nm 3 beträgt, wird es häufiger in der Industrie eingesetzt. Es muss nicht über weite Strecken transportiert werden und die Verbrennung wird wesentlich einfacher. Schwerwiegende Änderungen des Brennwerts von Gas erfordern eine häufige Anpassung und manchmal den Austausch einer großen Anzahl standardisierter Brenner von Haushaltssensoren, was zu Schwierigkeiten führt.

  Diese Situation führt zu einer Vergrößerung der Durchmesser von Gasleitungen sowie zu höheren Kosten für Metall, Netzwerkinstallation und Betrieb. Ein großer Nachteil kalorienarmer fossiler Brennstoffe ist der enorme Kohlenmonoxidgehalt, der die Gefährdung sowohl beim Brennstoffbetrieb und bei der Wartung von Pipelines als auch bei der Ausrüstung erhöht.

  Die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme, die 3500 kcal/nm 3 nicht überschreitet, wird am häufigsten in der industriellen Produktion verwendet, wo es nicht notwendig ist, sie über große Entfernungen zu übertragen und leicht zu verbrennen.

  Typ