Puterea termică mai mică a uleiului industrial. Căldura specifică de ardere a combustibilului și a materialelor combustibile

Puterea calorică este înțeleasă ca căldura de ardere completă a unei unități de masă a unei substanțe. Se ține cont de pierderile de căldură asociate cu disocierea produselor de combustie și de caracterul incomplet al reacțiilor chimice de ardere. Valoare calorica este căldura maximă posibilă de ardere pe unitatea de masă a unei substanțe.

Determinați puterea calorică a elementelor, a compușilor acestora și a amestecurilor de combustibili. Pentru elemente, este numeric egală cu căldura de formare a produsului de ardere. Puterea calorică a amestecurilor este o cantitate aditivă și poate fi găsită dacă se cunoaște puterea calorică a componentelor amestecului.

Arderea are loc nu numai datorită formării de oxizi, prin urmare în sens larg putem vorbi despre puterea calorică a elementelor și a compușilor lor nu numai în oxigen, ci și atunci când interacționează cu fluor, clor, azot, bor, carbon, siliciu, sulf și fosfor.

Puterea calorică este o caracteristică importantă. Vă permite să evaluați și să comparați cu alții eliberarea maximă posibilă de căldură a unei anumite reacții redox și să determinați în raport cu aceasta caracterul complet al proceselor de ardere reale. Cunoașterea puterii calorice este necesară atunci când se selectează componentele și amestecurile de combustibil în diverse scopuri și când se evaluează caracterul complet al arderii acestora.

Sunt mai înalte Hîn și dedesubt H n putere calorică. Puterea calorică mai mare, spre deosebire de puterea calorică mai mică, include căldura transformărilor de fază (condensare, solidificare) a produselor de ardere atunci când sunt răcite la temperatura camerei. Astfel, cea mai mare putere calorică este căldura de ardere completă a unei substanțe atunci când starea fizică a produselor de ardere este considerată la temperatura camerei, iar cea mai mică putere calorică este la temperatura de ardere. Puterea calorică mai mare se determină prin arderea substanței într-o bombă calorimetrică sau prin calcul. Include, în special, căldura degajată în timpul condensării vaporilor de apă, care la 298 K este egală cu 44 kJ/mol. Puterea calorică inferioară este calculată fără a lua în considerare căldura de condensare a vaporilor de apă, de exemplu, folosind formula

Unde % H este procentul de hidrogen din combustibil.

Dacă valorile calorifice indică starea fizică a produselor de ardere (solide, lichide sau gazoase), atunci indicele „cel mai mare” și „cel mai mic” sunt de obicei omise.

Să luăm în considerare puterea calorică a hidrocarburilor și a elementelor în oxigen pe unitatea de masă a combustibilului original. Puterea calorică inferioară diferă de cea mai mare pentru parafine cu o medie de 3220-3350 kJ/kg, pentru olefine și naftene - cu 3140-3220 kJ/kg, pentru benzen - cu 1590 kJ/kg. La determinarea experimentală a puterii calorifice, trebuie avut în vedere că într-o bombă calorimetrică substanța arde la un volum constant și, în condiții reale, adesea la o presiune constantă. Corecția pentru diferența de condiții de ardere variază de la 2,1 la 12,6 pentru combustibil solid, aproximativ 33,5 pentru păcură, 46,1 kJ/kg pentru benzină și ajunge la 210 kJ/m3 pentru gaz. În practică, această corecție este introdusă numai la determinarea puterii calorice a gazului.

Pentru parafine, puterea calorică scade odată cu creșterea punctului de fierbere și cu creșterea raportului C/H. Pentru hidrocarburile aliciclice monociclice, această modificare este mult mai mică. În seria benzenului, puterea calorică crește la trecerea la omologi superiori datorită lanțului lateral. Hidrocarburile aromatice dinucleare au o putere calorică mai mică decât seria benzenului.

Doar câteva elemente și compușii lor au o putere calorică care o depășește pe cea a combustibililor cu hidrocarburi. Aceste elemente includ hidrogen, bor, beriliu, litiu, compușii acestora și câțiva compuși organo-elementali ai borului și beriliului. Valoarea calorică a unor elemente precum sulf, sodiu, niobiu, zirconiu, calciu, vanadiu, titan, fosfor, magneziu, siliciu și aluminiu se află în intervalul 9210-32240 kJ/kg. Pentru elementele rămase ale sistemului periodic, puterea calorică nu depășește 8374 kJ/kg. Datele despre puterea calorică brută a diferitelor clase de combustibili sunt prezentate în tabel. 1.18.

Tabelul 1.18

Puterea calorică brută a diferitelor combustibili în oxigen (pe unitate de masă de combustibil)

Substanţă
Monoxid de carbon
izo-butan
n-Dodecan
n-hexadecan
Acetilenă
Ciclopentan
Ciclohexan
Etilbenzen
Beriliu
Aluminiu
zirconiu
Hidrură de beriliu
Psntaboran
Metadiboran
Etildiboran

Pentru hidrocarburile lichide, metanol și etanol, valorile de încălzire se bazează pe starea de pornire lichidă.

Puterea calorică a unor combustibili a fost calculată pe calculator. Este de 24,75 kJ/kg pentru magneziu și 31,08 kJ/kg pentru aluminiu (starea oxizilor este solidă) și practic coincide cu datele din tabel. 1.18. Cea mai mare putere calorică a parafinei C26H54, naftalinei C10H8, antracenului C14H10 și metanaminei C6H12N4 sunt 47,00, 40,20, 39,80 și, respectiv, 29,80, iar cea mai mică putere calorică este 43,70,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,3,0

Ca exemplu, în legătură cu combustibilii pentru rachete, prezentăm căldurile de ardere a diferitelor elemente în oxigen și fluor, pe unitatea de masă a produselor de ardere. Căldura de ardere se calculează pentru starea produselor de ardere la o temperatură de 2700 K și sunt prezentate în Fig. 1.25 și în tabel. 1.19.

Puc. 1.25. Căldura de ardere a elementelor în oxigen (1) și fluor(2), calculat pe kilogram de produse de ardere

Din datele prezentate, pentru a obține căldura maximă de ardere, cele mai preferate substanțe sunt cele care conțin hidrogen, litiu și beriliu, iar în al doilea rând, bor, magneziu, aluminiu și siliciu. Avantajul hidrogenului datorită greutății moleculare scăzute a produselor de ardere este evident. Trebuie remarcat faptul că beriliul are un avantaj datorită căldurii sale mari de ardere.

Există posibilitatea formării de produse de combustie mixte, în special oxifluoruri gazoase ale elementelor. Deoarece oxifluorurile elementelor trivalente sunt de obicei stabile, majoritatea oxifluorurilor nu sunt eficiente ca produse de ardere a combustibililor pentru rachete din cauza greutății lor moleculare ridicate. Căldura de ardere cu formarea COF2 (g) are o valoare intermediară între căldurile de ardere ale CO2 (g) și CF4 (g). Căldura de ardere cu formarea de SO2F2 (g) este mai mare decât în ​​cazul formării de SO2 (g) sau SF6; (G.). Cu toate acestea, majoritatea combustibililor pentru rachete conțin elemente foarte reducătoare care împiedică formarea unor astfel de substanțe.

Formarea oxifluorurii de aluminiu AlOF (g) eliberează mai puțină căldură decât formarea de oxid sau fluorură, deci nu prezintă interes. Oxifluorura de bor BOF (g) și trimerul său (BOF)3 (g) sunt componente destul de importante ale produselor de ardere a combustibililor pentru rachete. Căldura de ardere pentru a forma BOF (g) este intermediară între căldurile de combustie pentru a forma oxid și fluor, dar oxifluorura este mai stabilă termic decât oricare dintre acești compuși.

Tabelul 1.19

Căldura de ardere a elementelor (în MJ/kg), per unitate de masă a produselor de ardere ( T = 2700 K)

			oxifluorura
Beriliu
Oxigen
Aluminiu
zirconiu

Când se formează nitruri de beriliu și bor, se eliberează o cantitate destul de mare de căldură, ceea ce le permite să fie clasificate ca componente importante ale produselor de ardere a combustibilului pentru rachete.

În tabel Tabelul 1.20 prezintă cea mai mare putere calorică a elementelor atunci când interacționează cu diverși reactivi, raportată la o unitate de masă a produselor de ardere. Puterea calorică a elementelor atunci când interacționează cu clor, azot (cu excepția formării de Be3N2 și BN), bor, carbon, siliciu, sulf și fosfor este semnificativ mai mică decât puterea calorică a elementelor atunci când interacționează cu oxigenul și fluorul. Varietatea mare de cerințe pentru procesele de ardere și reactivi (în ceea ce privește temperatura, compoziția, starea produselor de ardere etc.) face recomandabilă utilizarea datelor din tabel. 1.20 în dezvoltarea practică a amestecurilor de combustibili într-un scop sau altul.

Tabelul 1.20

Puterea calorică mai mare a elementelor (în MJ/kg) atunci când interacționează cu oxigenul, fluorul, clorul, azotul, pe unitatea de masă a produselor de ardere

• Vezi și: Joulin S., Clavin R. Op. cit.

Ce este combustibilul?

Acesta este o componentă sau un amestec de substanțe care sunt capabile de transformări chimice asociate cu eliberarea de căldură. Tipuri diferite combustibilii diferă prin conținutul lor cantitativ de oxidant, care este folosit pentru a elibera energie termică.

Într-un sens larg, combustibilul este un purtător de energie, adică un tip potențial de energie potențială.

Clasificare

În prezent, tipurile de combustibil sunt împărțite în funcție de starea lor de agregare în lichid, solid și gazos.

Materialele naturale dure includ piatra, lemnul de foc și antracitul. Brichetele, cocs, termoantracitul sunt tipuri de combustibil solid artificial.

Lichidele includ substanțe care conțin substanțe de origine organică. Componentele lor principale sunt: ​​oxigen, carbon, azot, hidrogen, sulf. Combustibilul lichid artificial va fi o varietate de rășini și păcură.

Combustibilul gazos este un amestec de diferite gaze: etilenă, metan, propan, butan. În plus față de acestea, compoziția conține dioxid de carbon și monoxid de carbon, hidrogen sulfurat, azot, vapori de apă și oxigen.

Indicatoare de combustibil

Principalul indicator al arderii. Formula de determinare a puterii calorice este luată în considerare în termochimie. emit „combustibil standard”, ceea ce implică puterea calorică a 1 kilogram de antracit.

Gospodărie ulei încins destinat arderii în dispozitive de încălzire de putere mică, care sunt situate în spații rezidențiale, generatoare de căldură utilizate în agricultură pentru uscarea furajelor, conserve.

Căldura specifică de ardere a unui combustibil este o valoare care demonstrează cantitatea de căldură care este generată în timpul arderii complete a combustibilului cu un volum de 1 m 3 sau o masă de un kilogram.

Pentru măsurarea acestei valori se folosesc J/kg, J/m3, calorie/m3. Pentru determinarea căldurii de ardere se utilizează metoda calorimetriei.

Odată cu creșterea căldurii specifice de ardere a combustibilului, aceasta scade consum specific combustibil și coeficient acțiune utilă ramane neschimbat.

Căldura de ardere a substanțelor este cantitatea de energie eliberată în timpul oxidării unei substanțe solide, lichide sau gazoase.

Este determinată de compoziția chimică, precum și starea de agregare substanță combustibilă.

Caracteristicile produselor de ardere

Puterile calorice mai mari și mai mici sunt legate de starea de agregare a apei în substanțele obținute în urma arderii combustibilului.

Puterea calorică mai mare este cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei substanțe. Această valoare include și căldura de condensare a vaporilor de apă.

Cea mai scăzută căldură de lucru de ardere este valoarea care corespunde degajării de căldură în timpul arderii fără a ține cont de căldura de condensare a vaporilor de apă.

Căldura latentă de condensare este cantitatea de energie de condensare a vaporilor de apă.

Relație matematică

Puterea calorică mai mare și mai mică sunt legate de următoarea relație:

QB = QH + k(W + 9H)

unde W este cantitatea în greutate (în %) de apă dintr-o substanță inflamabilă;

H este cantitatea de hidrogen (% din masă) din substanța combustibilă;

k - coeficient egal cu 6 kcal/kg

Metode de realizare a calculelor

Valorile calorice mai mari și mai mici sunt determinate prin două metode principale: calcul și experimental.

Calorimetrele sunt folosite pentru a efectua calcule experimentale. În primul rând, în ea este arsă o mostră de combustibil. Căldura care va fi eliberată este complet absorbită de apă. Având o idee despre masa apei, puteți determina prin modificarea temperaturii acesteia valoarea căldurii sale de ardere.

Această tehnică este considerată simplă și eficientă; necesită doar cunoașterea datelor de analiză tehnică.

În metoda de calcul, valorile calorice mai mari și mai mici sunt calculate folosind formula Mendeleev.

Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p) - 25 W p (kJ/kg)

Se ia în considerare conținutul de carbon, oxigen, hidrogen, vapori de apă, sulf în compoziția de lucru (în procente). Cantitatea de căldură în timpul arderii se determină ținând cont de combustibilul echivalent.

Căldura de ardere a gazului permite efectuarea unor calcule preliminare și determinarea eficienței utilizării unui anumit tip de combustibil.

Caracteristici de origine

Pentru a înțelege cât de multă căldură este eliberată atunci când un anumit combustibil este ars, este necesar să aveți o idee despre originea acestuia.

În natură, există diferite versiuni de combustibili solizi, care diferă ca compoziție și proprietăți.

Formarea sa are loc în mai multe etape. Mai întâi se formează turba, apoi devine maro și cărbune, apoi se formează antracitul. Principalele surse de formare a combustibilului solid sunt frunzele, lemnul și ace de pin. Când părți ale plantelor mor și sunt expuse la aer, ele sunt distruse de ciuperci și formează turbă. Acumularea sa se transformă într-o masă maro, apoi se obține gaz maro.

La tensiune arterială crescutăși temperatură, gazul brun se transformă în cărbune, apoi combustibilul se acumulează sub formă de antracit.

Pe lângă materia organică, combustibilul conține balast suplimentar. Organic este considerat a fi acea parte care este formată din substanțe organice: hidrogen, carbon, azot, oxigen. Pe lângă aceste elemente chimice, conține balast: umiditate, cenușă.

Tehnologia de ardere implică separarea masei de lucru, uscată și combustibilă a combustibilului ars. Masa de lucru este combustibilul în forma sa originală furnizat consumatorului. Masa uscată este o compoziție în care nu există apă.

Compus

Cele mai valoroase componente sunt carbonul și hidrogenul.

Aceste elemente sunt conținute în orice tip de combustibil. În turbă și lemn, procentul de carbon ajunge la 58 la sută, în cărbune tare și brun - 80%, iar în antracit ajunge la 95 la sută din greutate. În funcție de acest indicator, cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului se modifică. Hidrogenul este al doilea cel mai important element al oricărui combustibil. Când se leagă de oxigen, formează umiditate, ceea ce reduce semnificativ valoarea termică a oricărui combustibil.

Procentul său variază de la 3,8 în șisturi petroliere la 11 în păcură. Oxigenul conținut în combustibil acționează ca balast.

Nu generează căldură element chimic, prin urmare afectează negativ valoarea căldurii sale de ardere. Arderea azotului, conținut sub formă liberă sau legată în produsele de ardere, este considerată impurități nocive, prin urmare cantitatea sa este clar limitată.

Sulful este inclus în combustibil sub formă de sulfați, sulfuri și, de asemenea, ca gaze de dioxid de sulf. Când sunt hidratați, oxizii de sulf formează acid sulfuric, care distruge echipamentul cazanului și afectează negativ vegetația și organismele vii.

De aceea sulful este un element chimic a cărui prezență în combustibilul natural este extrem de nedorită. Dacă compușii de sulf intră în zona de lucru, aceștia provoacă otrăvire semnificativă a personalului de operare.

Există trei tipuri de cenușă în funcție de originea sa:

• primar;
• secundar;
• terţiar

Specia primară este formată din minerale găsite în plante. Cenușa secundară se formează ca rezultat al reziduurilor de plante care pătrund în nisip și sol în timpul formării.

Cenușa terțiară apare în compoziția combustibilului în timpul extracției, depozitării și transportului. Cu depunerea semnificativă de cenușă, are loc o scădere a transferului de căldură pe suprafața de încălzire a unității cazanului, reducând cantitatea de transfer de căldură către apă din gaze. O cantitate mare de cenușă afectează negativ funcționarea cazanului.

In cele din urma

Substanțele volatile au o influență semnificativă asupra procesului de ardere a oricărui tip de combustibil. Cu cât puterea lor este mai mare, cu atât volumul frontului de flăcări va fi mai mare. De exemplu, cărbunele și turba se aprind ușor, procesul este însoțit de pierderi minore de căldură. Cocsul care rămâne după îndepărtarea impurităților volatile conține doar compuși minerali și de carbon. În funcție de caracteristicile combustibilului, cantitatea de căldură se modifică semnificativ.

În funcție de compoziția chimică, există trei etape de formare a combustibilului solid: turbă, lignit și cărbune.

Lemnul natural este folosit în instalațiile de cazane mici. Ei folosesc în principal așchii de lemn, rumeguș, plăci, scoarță, iar lemnul de foc în sine este folosit în cantități mici. În funcție de tipul de lemn, cantitatea de căldură generată variază semnificativ.

Pe măsură ce căldura de ardere scade, lemnul de foc capătă anumite avantaje: inflamabilitate rapidă, conținut minim de cenușă și absența urmelor de sulf.

Informații fiabile despre compoziția combustibilului natural sau sintetic, puterea calorică a acestuia sunt într-un mod grozav efectuarea calculelor termochimice.

În prezent, există o oportunitate reală de a identifica acele opțiuni principale pentru combustibilii solizi, gazoși, lichizi care vor fi cei mai eficiente și mai ieftin de utilizat într-o anumită situație.

Reacțiile chimice sunt însoțite de absorbția sau eliberarea de energie, în special de căldură. reacțiile însoțite de absorbția căldurii, precum și compușii formați în timpul acestui proces, se numesc endotermic . În reacțiile endoterme, încălzirea substanțelor care reacţionează este necesară nu numai pentru apariția reacției, ci și pe toată durata apariției lor. Fără încălzire externă, reacția endotermă se oprește.

se numesc reacții însoțite de eliberarea de căldură, precum și compușii formați în timpul acestui proces exotermic . Toate reacțiile de combustie sunt exoterme. Datorită eliberării de căldură, acestea, după ce au apărut la un moment dat, se pot răspândi în întreaga masă de substanțe care reacţionează.

Cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei substanțe și legată de un mol, unitate de masă (kg, g) sau volum (m 3) a unei substanțe combustibile se numește caldura de ardere. Căldura de ardere poate fi calculată din date tabelare folosind legea lui Hess. Chimistul rus G.G. Hess a descoperit în 1840 o lege care este un caz special al legii conservării energiei. Legea lui Hess este următoarea: efectul termic al unei transformări chimice nu depinde de calea pe care are loc reacția, ci depinde doar de stările inițiale și finale ale sistemului, cu condiția ca temperatura și presiunea (sau volumul) la începutul și sfârșitul reacției sunt aceleași.

Să luăm în considerare acest lucru folosind exemplul de calcul al căldurii de ardere a metanului. Metanul poate fi produs din 1 mol de carbon și 2 moli de hidrogen. Când metanul este ars, acesta produce 2 moli de apă și 1 mol de dioxid de carbon.

C + 2H2 = CH4 + 74,8 kJ (Q1).

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + orizontul Q.

Aceiași produse se formează prin arderea hidrogenului și a carbonului. În timpul acestor reacții, cantitatea totală de căldură eliberată este de 963,5 kJ.

2H2 + O2 = 2H20 + 570,6 kJ

C + O2 = CO2 + 392,9 kJ.

De la iniţial şi produse finaleîn ambele cazuri sunt aceleași, efectele lor termice totale trebuie să fie egale conform legii lui Hess, i.e.

Q 1 + Q munți = Q,

Q munți = Q - Q 1. (1,11)

Prin urmare, căldura de ardere a metanului va fi egală cu

Q munți = 963,5 - 74,8 = 888,7 kJ/mol.

Astfel, căldura de ardere a unui compus chimic (sau a amestecului acestora) este egală cu diferența dintre suma căldurilor de formare a produselor de ardere și căldura de formare a compusului chimic ars (sau a substanțelor care alcătuiesc amestecul combustibil). ). Prin urmare, pentru a determina căldura de ardere a compușilor chimici, este necesar să se cunoască căldura de formare a acestora și căldura de formare a produselor obținute în urma arderii.

Mai jos sunt căldurile de formare a unor compuși chimici:

Oxid de aluminiu Al 2 O 3 ………		Metan CH 4 …………………………
Oxid de fier Fe 2 O 3 …………		Etan C 2 H 6 ……………………
Monoxid de carbon CO………….		Acetilena C 2 H 2 ………………
Dioxid de carbon CO2………		Benzen C 6 H 6 …………………
Apă H 2 O ………………………….		Etilenă C 2 H 4 …………………
Vaporii de apă H 2 O ……………		Toluen C6H5CH3…………….

Exemplul 1.5 .Determinați temperatura de ardere a etanului dacă căldura formării acestuiaQ 1 = 88,4 kJ. Să scriem ecuația de ardere pentru etan.

C2H6+3,5O 2 = 2 CO 2 + 3 H 2 O + Qmunţi.

Pentru determinareQmunţieste necesar să se cunoască căldura de formare a produselor de ardere. căldura de formare a dioxidului de carbon este de 396,9 kJ, iar cea a apei este de 286,6 kJ. Prin urmare,Qva fi egal

Q = 2 × 396,9 + 3 × 286,6 = 1653,6 kJ,

și căldura de ardere a etanului

Qmunţi= Q - Q 1 = 1653,6 - 88,4 = 1565,2 kJ.

Căldura de ardere este determinată experimental într-un calorimetru cu bombă și într-un calorimetru cu gaz. Există valori calorice mai mari și mai mici. Putere calorică mai mare Q in este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a 1 kg sau 1 m 3 dintr-o substanță combustibilă, cu condiția ca hidrogenul conținut în aceasta să ardă pentru a forma apă lichidă. Putere calorică mai mică Qn este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a 1 kg sau 1 m 3 dintr-o substanță combustibilă, cu condiția ca hidrogenul să fie ars până când se formează vapori de apă și se evaporă umiditatea substanței combustibile.

Căldura superioară și inferioară de ardere a substanțelor combustibile solide și lichide pot fi determinate folosind formulele D.I. Mendeleev:

unde Q in, Q n - putere calorică mai mare și mai mică, kJ/kg; W – conținut de carbon, hidrogen, oxigen, sulf combustibil și umiditate în substanța combustibilă, %.

Exemplul 1.6. Defini cea mai scăzută temperatură arderea păcurului cu sulf, constând din 82,5% C, 10,65% H, 3,1%Sşi 0,5% O; A (cenusa) = 0,25%,W = 3%. Folosind ecuația lui D.I. Mendeleev (1.13), obținem

=38622,7 kJ/kg

Puterea calorică inferioară a 1 m3 de gaze uscate poate fi determinată prin ecuație

Scăderea căldurii arderea unor gaze și lichide inflamabile, obținute experimental, este prezentată mai jos:

Hidrocarburi: metan………………………..
etan …………………………
propan………………………………
metil………………….
etil…………………………
propil………………………………

Puterea calorică inferioară a unor materiale combustibile, calculată din compoziția lor elementară, are următoarele valori:

Benzină……………………		Cauciuc sintetic
Hârtie ……………………………		Kerosen………………
Lemn		sticla organica..
uscat la aer………..		Cauciuc ………………..
in constructii...		turba ( W = 20 %) …….

Există o limită inferioară a puterii calorice, sub care substanțele devin incapabile de ardere în atmosfera aerului.

Experimentele arată că substanțele sunt neinflamabile dacă nu sunt explozive și dacă puterea lor calorică inferioară în aer nu depășește 2100 kJ/kg. În consecință, căldura de ardere poate servi ca o estimare aproximativă a inflamabilității substanțelor. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că inflamabilitatea solidelor și materialelor depinde în mare măsură de starea acestora. Astfel, o foaie de hârtie, ușor aprinsă de flacăra unui chibrit, atunci când este aplicată pe suprafața netedă a unei plăci metalice sau a unui perete de beton, devine greu de ars. În consecință, inflamabilitatea substanțelor depinde și de viteza de îndepărtare a căldurii din zona de ardere.

În practică, în timpul procesului de ardere, în special în cazul incendiilor, căldura de ardere indicată în tabele nu este complet eliberată, deoarece arderea este însoțită de ardere insuficientă. Se știe că produsele petroliere, precum și benzenul, toluenul, acetilena, adică. substanțe bogate

carbon, arde în incendii cu formarea unei cantități semnificative de funingine. Funinginea (carbonul) poate arde și produce căldură. Dacă se formează în timpul arderii, atunci, în consecință, substanța combustibilă emite mai puțină căldură decât cantitatea indicată în tabele. Pentru substanțele bogate în carbon, coeficientul de ardere insuficientă h este 0,8 - 0,9. În consecință, în incendii la arderea a 1 kg de cauciuc, nu se pot elibera 33520 kJ, ci doar 33520´0,8 = 26816 kJ.

Dimensiunea focului este de obicei caracterizată de zona incendiului. Se numește cantitatea de căldură eliberată pe unitatea de suprafață de foc pe unitatea de timp căldura focului Q p

QP= Qnυ mh ,

Unde υ m– rata de ardere în masă, kg/(m 2 ×s).

Căldura specifică a focului în timpul incendiilor interne caracterizează sarcina termică asupra structurilor clădirilor și structurilor și este utilizată pentru calcularea temperaturii focului.

1.6. Temperatura de ardere

Căldura degajată în zona de ardere este percepută de produsele de ardere, astfel încât acestea se încălzesc până la temperatura ridicata. Se numește temperatura la care produsele de ardere sunt încălzite în timpul arderii temperatura de ardere . Există temperaturi de ardere calorimetrice, teoretice și reale. Temperatura reală de ardere pentru condițiile de incendiu se numește temperatură de foc.

Temperatura calorimetrică de ardere este înțeleasă ca temperatura la care produsele de ardere completă sunt încălzite în următoarele condiții:

1) toată căldura degajată în timpul arderii este cheltuită pentru încălzirea produselor de ardere (pierderea de căldură este zero);

2) temperaturile inițiale ale aerului și ale substanțelor inflamabile sunt 0 0 C;

3) cantitatea de aer este egală cu cea necesară teoretic (a = 1);

4) are loc arderea completă.

Temperatura calorimetrică de ardere depinde numai de compoziția substanței combustibile și nu depinde de cantitatea acesteia.

Temperatura teoretică, spre deosebire de temperatura calorimetrică, caracterizează arderea ținând cont de procesul endotermic de disociere a produselor de ardere la temperatură ridicată.

2СО 2 2СО + О 2 - 566,5 kJ.

2H2O2H2 + O2 - 478,5 kJ.

În practică, disocierea produselor de ardere trebuie luată în considerare numai la temperaturi peste 1700 0 C. În timpul arderii prin difuzie a substanțelor în condiții de incendiu, temperaturile efective de ardere nu ating astfel de valori, prin urmare, pentru aprecierea condițiilor de incendiu, doar calorimetrice. se utilizează temperatura de ardere și temperatura de foc. Există o distincție între temperaturile interne și externe ale focului. Temperatura internă a focului este temperatura medie a fumului din încăperea în care se produce incendiul. Temperatura exterioară a focului – temperatura flăcării.

La calcularea temperaturii calorimetrice de ardere și a temperaturii interne a focului, se presupune că căldura de ardere mai mică Qn a unei substanțe combustibile este egală cu energia qg necesară pentru încălzirea produselor de ardere de la 0 0 C la temperatura calorimetrică de ardere.

, - capacitatea termică a componentelor produselor de ardere (capacitatea termică a CO 2 se ia pentru un amestec de CO 2 şi SO 2), kJ/(m 3 ? K).

De fapt, nu toată căldura degajată în timpul arderii în condiții de incendiu este cheltuită pentru încălzirea produselor de ardere. Majoritatea se cheltuiește pentru încălzirea structurilor, pregătirea substanțelor inflamabile pentru ardere, încălzirea excesului de aer etc. Prin urmare, temperatura unui foc intern este semnificativ mai mică decât temperatura calorimetrică. Metoda de calcul al temperaturii de ardere presupune că întregul volum de produse de ardere este încălzit la aceeași temperatură. În realitate, temperatura în diferite puncte ale centrului de ardere nu este aceeași. Cea mai ridicată temperatură este în regiunea spațiului unde are loc reacția de ardere, adică. în zona de ardere (flacără). Temperatura este semnificativ mai scăzută în locurile în care există vapori și gaze inflamabile eliberate din substanța care arde și produse de ardere amestecate cu aer în exces.

Pentru a aprecia natura schimbărilor de temperatură în timpul unui incendiu în funcție de diferitele condiții de ardere, a fost introdus conceptul de temperatură medie volumetrică a focului, care este înțeles ca valoarea medie a temperaturilor măsurate de termometre în diferite puncte ale focului intern. Această temperatură este determinată din experiență.

Tipuri de putere calorică

Căldura de ardere poate fi legată de masa de lucru a substanței combustibile, adică de substanța combustibilă în forma în care aceasta ajunge la consumator; la masa uscată a substanței; la o masă combustibilă a unei substanțe, adică la o substanță combustibilă care nu conține umiditate și cenușă.

Există valori calorice mai mari () și mai mici ().

Sub putere calorică mai mareînțelegeți cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a unei substanțe, inclusiv căldura de condensare a vaporilor de apă la răcirea produselor de ardere.

Puterea calorică netă corespunde cantității de căldură care se eliberează în timpul arderii complete, fără a ține cont de căldura de condensare a vaporilor de apă. Căldura de condensare a vaporilor de apă se mai numește căldură latentă de ardere.

Puterile calorice mai mici și mai mari sunt legate prin relația: ,

unde k este un coeficient egal cu 25 kJ/kg (6 kcal/kg); W este cantitatea de apă din substanța inflamabilă, % (în masă); H este cantitatea de hidrogen dintr-o substanță combustibilă, % (în masă).

Calculul puterii calorice

Astfel, puterea calorică mai mare este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a unei unități de masă sau de volum (pentru gaz) a unei substanțe combustibile și răcirea produselor de ardere la temperatura punctului de rouă. În calculele de inginerie termică, puterea calorică mai mare este considerată 100%. Căldura latentă de ardere a unui gaz este căldura care este eliberată în timpul condensării vaporilor de apă conținuti în produsele de ardere. Teoretic, poate ajunge la 11%.

În practică, nu este posibilă răcirea produselor de ardere până la condensarea completă și de aceea s-a introdus conceptul de putere calorică mai mică (QHp), care se obține prin scăderea din puterea calorică mai mare a căldurii de vaporizare a vaporilor de apă ambii conținute. în substanţă şi cele formate în timpul arderii acesteia. Vaporizarea a 1 kg de vapori de apă necesită 2514 kJ/kg (600 kcal/kg). Puterea calorică inferioară este determinată de formulele (kJ/kg sau kcal/kg):

(pentru materie solida)

(pentru o substanță lichidă), unde:

2514 - căldură de vaporizare la o temperatură de 0 °C și presiunea atmosferică, kJ/kg;

I este conținutul de hidrogen și vapori de apă din combustibilul de lucru, %;

9 este un coeficient care arată că arderea a 1 kg de hidrogen în combinație cu oxigen produce 9 kg de apă.

Căldura de ardere este cea mai importantă caracteristică a unui combustibil, deoarece determină cantitatea de căldură obținută prin arderea a 1 kg de combustibil solid sau lichid sau a 1 m³ de combustibil gazos în kJ/kg (kcal/kg). 1 kcal = 4,1868 sau 4,19 kJ.

Puterea calorică inferioară se determină experimental pentru fiecare substanță și este o valoare de referință. Se poate determina și pentru materiale solide și lichide, cu o compoziție elementară cunoscută, prin calcul conform formulei lui D. I. Mendeleev, kJ/kg sau kcal/kg:

Conținutul de carbon, hidrogen, oxigen, sulf volatil și umiditate în masa de lucru a combustibilului în % (în greutate).

Pentru calcule comparative se folosește așa-numitul combustibil convențional, care are o căldură specifică de ardere egală cu 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg).

In Rusia calcule termice(de exemplu, calcularea încărcăturii termice pentru a determina categoria unei încăperi pentru pericol de explozie și incendiu) se realizează de obicei în funcție de puterea calorică mai mică, în SUA, Marea Britanie, Franța - în funcție de cea mai mare. În Marea Britanie și SUA, înainte de introducerea sistemului metric, valoarea de încălzire specifică a fost măsurată în unități termice britanice (BTU) per liră (lb) (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg).

Cele mai mari valori ale puterii termice ale gazelor naturale din diverse surse

Aceste date au fost obținute de la Agenția Internațională pentru Energie.

• Algeria: 42.000 kJ/m³
• Bangladesh: 36.000 kJ/m³
• Canada: 38.200 kJ/m³
• Indonezia: 40.600 kJ/m³
• Olanda: 33.320 kJ/m³
• Norvegia: 39.877 kJ/m³
• Rusia: 38.231 kJ/m³
• Arabia Saudită: 38.000 kJ/m³
• Marea Britanie: 39.710 kJ/m³
• Statele Unite ale Americii: 38.416 kJ/m³
• Uzbekistan: 37.889 kJ/m³
• Belarus: 33.000 kJ/m³

Cantitatea necesară de combustibil pentru a funcționa un bec de 100 W timp de un an (876 kWh)

(Cantitățile de combustibil prezentate mai jos se bazează pe eficiența conversiei 100% căldură în electricitate. Deoarece majoritatea centralelor de generare a energiei și sistemelor de distribuție realizează eficiențe de aproximativ 30% - 35%, cantitatea reală de combustibil utilizată pentru a alimenta un bec de 100 W va fi de aproximativ trei ori valoarea specificată).

• 260 kg lemn (la 20% umiditate)
• 120 kg de cărbune (antracit cu cenușă scăzută)
• 73,34 kg kerosen
• 78,8 m³ gaz natural (folosind o valoare medie de 40.000 kJ/m³)
• 17,5 µg antimaterie

Note

Literatură

• Dicționar enciclopedic fizic
• Marea Enciclopedie Sovietică
• Manual pentru NPB 105-03

Vezi si

Fundația Wikimedia. 2010.

5. Categorii de clădiri în funcție de pericolul de explozie și incendiu

5.1. O clădire aparține categoriei A dacă suprafața totală a spațiilor de categoria A din ea depășește 5% din suprafața tuturor spațiilor sau 200 m 2.

Este permis să nu se încadreze o clădire în categoria A dacă suprafața totală a spațiilor de categoria A din clădire nu depășește 25% din suprafața totală a tuturor spațiilor situate în aceasta (dar nu mai mult de 1000 m2), iar aceste incinte sunt dotate cu instalatii automate de stingere a incendiilor.

5.2. O clădire aparține categoriei B dacă sunt îndeplinite simultan două condiții:

a) clădirea nu aparține categoriei A;

b) suprafața totală a spațiilor din categoriile A și B depășește 5% din suprafața totală a tuturor spațiilor sau 200 m2.

Este permis să nu se încadreze o clădire în categoria B dacă suprafața totală a spațiilor din categoriile A și B din clădire nu depășește 25% din suprafața totală a tuturor spațiilor situate în aceasta (dar nu mai mult de 1000 m2), iar aceste incinte sunt dotate cu instalatii automate de stingere a incendiilor.

b) suprafața totală a spațiilor din categoriile A, B și B1-B3 depășește 5% (10% dacă imobilul nu are spații din categoriile A și B) din suprafața totală a tuturor spațiilor.

Este permisă neclasificarea unei clădiri în categoriile B1-B3 dacă suprafața totală a spațiilor din categoriile A, B și B1-C3 din clădire nu depășește 25% din suprafața totală a tuturor spațiilor situate în acesta. (dar nu mai mult de 3500 m2), iar aceste spații sunt dotate cu stingere automată a incendiilor

5.4. O clădire aparține categoriei G dacă sunt îndeplinite simultan două condiții:

b) suprafața totală a spațiilor din categoriile A, B, B1-B3 și D depășește 5% din suprafața totală a tuturor spațiilor.

Este permisă neîncadrarea unei clădiri în categoria D dacă suprafața totală a spațiilor din categoriile A, B, B1-C3 și D din imobil nu depășește 25% din suprafața totală a tuturor spațiilor situate. în el (dar nu mai mult de 5000 m2), iar spațiile din categoriile A, B și B1-B3 sunt dotate cu instalații automate de stingere a incendiilor.

5.5. O clădire aparține categoriei B4 dacă nu aparține categoriilor A, B, B1-B3 sau D.

5.6. O clădire aparține categoriei D dacă nu aparține categoriilor A, B, B1-B4, D.

Anexa 1

Date inițiale pentru calcularea sarcinii temporare specifice de incendiu în încăperi

tabelul 1

Putere calorică și densitate mai scăzută a THM, lichid inflamabil și lichid gazos,

care circulă în incinta instalaţiilor de transport feroviar

Denumirea substanțelor și materialelor	Putere calorică mai mică, MJ kg -1	Densitate,
Substanțe și materiale inflamabile lichide
4. Alcool butilic
5. Combustibil diesel
6. Kerosen
8. Lac de impregnare izolant (BT-99, FL-98) (conținut volatil - 48%)
10. Ulei industrial
11. Ulei de transformator
12. Ulei pentru turbine
13. Alcool metilic
15. Ulei solar
16. Toluen
17. Spirit alb
18. Email PF-115 (conținut volatil - 34%)
19. Alcool etilic
20. Lipici (cauciuc)
Substanțe și materiale inflamabile solide
21. Hârtia slăbită
22. Hârtie (cărți, reviste)
23. Piele de vinil
24. Fibră discontinuă
25. Pâslă de construcție
26. Lemn de pin ( W p = 20%)
27. Placi de fibre (Planci de fibre)
28. PAL (PAL)
30. Produse carbolite
31. Cauciuc natural
32. Cauciuc sintetic
33. Cablu (alimentare, iluminare, control, automatizare)
34. Carton gri
35. Film triacetat
36. linoleum PVC
37. Inul slăbit
38. Mipora (cauciuc poros)
39. Sticla organica
40. Material de ștergere
41. Farfurie de tâmplar
42. Spumă poliuretanică
43. Plăci din spumă de polistiren
44. Cauciuc
45. Fibră de sticlă
46. ​​​​țesătură de bumbac (în vrac)
47. Țesătură de lână (în vrac)
48. Placaj
49. Izolarea firelor din cauciuc și clorură de polivinil