Нижча теплота згоряння індустріальної олії. Питома теплота згоряння палива та горючих матеріалів

Під теплотворною здатністю розуміють теплоту повного згоряння одиниці маси речовини. У ній враховуються втрати тепла, пов'язані з дисоціацією продуктів згоряння та незавершеністю хімічних реакцій горіння. Теплотворна здатність- Це максимально можлива теплота згоряння одиниці маси речовини.

Визначають теплотворну здатність елементів, їх сполук та паливних сумішей. Для елементів вона чисельно дорівнює теплоті утворення продукту згоряння. Теплотворна здатність сумішей є адитивною величиною і може бути знайдена, якщо відома теплотворна здатність компонентів суміші.

Горіння відбувається не тільки за рахунок утворення оксидів, тому в широкому значенніможна говорити про теплотворну здатність елементів та їх сполук не тільки в кисні, а й при взаємодії з фтором, хлором, азотом, бором, вуглецем, кремнієм, сіркою та фосфором.

Теплотворна спроможність є важливою характеристикою. Вона дозволяє оцінити та порівняти з іншими максимально можливе тепловиділення тієї чи іншої окислювально-відновної реакції та визначити по відношенню до нього повноту перебігу реальних процесів горіння. Знання теплотворної здатності необхідне при виборі компонентів палив та сумішей різного призначення та оцінці їх повноти згоряння.

Розрізняють вищу Hі нижчу Hн теплотворні здібності. Вища теплотворна здатність, на відміну від нижчої, включає теплоту фазових перетворень (конденсації, затвердіння) продуктів згоряння при охолодженні до кімнатної температури. Таким чином, вища теплотворна здатність – це теплота повного згоряння речовини, коли фізичний стан продуктів згоряння розглядається за кімнатної температури, а нижча – за температури горіння. Вищу теплотворну здатність визначають спалюванням речовини в калориметричній бомбі або розрахунковим способом. Вона включає, зокрема, теплоту, що виділяється при конденсації парів води, яка при 298 К дорівнює 44 кДж/моль. Нижчу теплотворну здатність розраховують без урахування теплоти конденсації парів води, наприклад, за формулою

де % Н – відсотковий вміст водню у паливі.

Якщо при значеннях теплотворної здатності вказується фізичний стан продуктів згоряння (твердий, рідкий або газоподібний), у цьому випадку індекси "вища" та "нижча" зазвичай опускаються.

Розглянемо теплотворну здатність вуглеводнів та елементів у кисні, віднесену до одиниці маси вихідного пального. Нижча теплотворна здатність відрізняється від найвищої у парафінів у середньому на 3220-3350 кДж/кг, у олефінів та нафтенів – на 3140-3220 кДж/кг, у бензолу – на 1590 кДж/кг. При експериментальному визначенні теплотворної здатності слід пам'ятати, що у калориметричній бомбі речовина згоряє за постійного обсягу, а реальних умовах – часто за постійного тиску. Поправка на різницю умов горіння становить для твердого палива від 2,1 до 12,6, для мазуту – близько 33,5, бензину – 46,1 кДж/кг, а газу досягає 210 кДж/м3. Практично цю поправку вводять лише щодо теплотворної здатності газу.

У парафінів теплотворна здатність зменшується зі збільшенням температури кипіння та збільшенням відношення С/Н. У моноциклічних аліциклічних вуглеводнів ця зміна значно менша. У ряді бензолу теплотворна здатність зростає під час переходу до вищих гомологів за рахунок бічного ланцюга. Двоядерні ароматичні вуглеводні мають нижчу теплотворну здатність, ніж ряд бензолу.

Лише кілька елементів та його сполук мають теплотворну здатність, перевищує теплотворну здатність вуглеводневих горючих. До цих елементів відносяться водень, бор, берилій, літій, їх сполуки і кілька елементорганічних сполук бору і берилію. Теплотворна здатність таких елементів, як сірка, натрій, ніобій, цирконій, кальцій, ванадій, титан, фосфор, магній, кремній та алюміній, лежить у межах 9210-32240 кДж/кг. В інших елементів періодичної системи теплотворна здатність вбирається у 8374 кДж/кг. Дані щодо вищої теплотворної здатності різного класу горючих наведено у табл. 1.18.

Таблиця 1.18

Вища теплотворна здатність різних горючих у кисні (віднесена до одиниці маси пального)

Речовина
Оксид вуглецю
ізо-Бутан
н-Додекан
н-Гексадекан
Ацетилен
Циклопентан
Циклогексан
Етилбензол
Берилії
Алюміній
Цирконій
Гідрид берилію
Пснтаборан
Метаадіборан
Етилдіборан

Для рідких вуглеводнів, метанолу та етанолу теплотворна здатність наведена для рідкого вихідного стану.

Теплотворна здатність деяких горючих була розрахована на ЕОМ. Вона становить для магнію 24,75 та алюмінію 31,08 кДж/кг (стан оксидів – твердий) і практично збігається з даними табл. 1.18. Вища теплотворна здатність парафіну C26H54, нафталіну С10H8, антрацену С14Н10 та уротропіну C6H12N4 становить відповідно 47,00, 40,20, 39,80 та 29,80, а нижча – 43,70, 38,00 кДж/кг.

Як приклад, стосовно ракетних палив, наведемо теплоти згоряння різних елементів у кисні і фтор, віднесені до одиниці маси продуктів згоряння. Теплоти згоряння розраховані для стану продуктів згоряння при температурі 2700 К та наведені на рис. 1.25 та в табл. 1.19.

Puc. 1.25. Теплота згоряння елементів у кисні (1) та фторе(2), розрахована на кілограм продуктів згоряння

Як випливає з наведених даних, для отримання максимальних теплот згоряння найкращі речовини, що містять водень, літій та берилій, а в другу чергу – бор, магній, алюміній та кремній. Перевага водню внаслідок малої молекулярної ваги продуктів згоряння очевидна. Слід зазначити перевагу берилію внаслідок великої теплоти згоряння.

Є можливість утворення змішаних продуктів згоряння, зокрема, газоподібних оксифторидів елементів. Оскільки стабільними зазвичай є оксифториди тривалентних елементів, більшість оксифторидів не ефективні як продукти згоряння ракетного палива через велику молекулярну вагу. Теплота згоряння з утворенням COF2 (р.) має проміжне значення між теплотами згоряння СO2 (р.) та CF4 (р.). Теплота згоряння з утворенням SO2F2 (р.) більша, ніж у разі утворення SO2 (р.) або SF6; (Р.). Однак у більшості ракетних палив містяться елементи з великою здатністю, що відновлює, які запобігають утворенню подібних речовин.

При утворенні оксифториду алюмінію AlOF (г.) виділяється менше тепла, ніж при утворенні оксиду або фториду, тому він не цікавий. Оксифторид бору BOF (р.) та його трімер (BOF)3 (р.) є досить важливими компонентами продуктів згоряння ракетних палив. Теплота згоряння з утворенням BOF (г.) має проміжне значення між теплотами згоряння з утворенням оксиду і фториду, оксифторид термічно більш стабільний, ніж кожна з цих сполук.

Таблиця 1.19

Теплоти згоряння елементів (МДж/кг), віднесені до одиниці маси продуктів згоряння ( Т = 2700 К)

			оксифторид
Берилій
Кисень
Алюміній
Цирконій

При утворенні нітридів берилію та бору виділяється досить велика кількість тепла, що дозволяє віднести їх до важливих компонентів продуктів згоряння ракетних палив.

У табл. 1.20 наведено вищу теплотворну здатність елементів при взаємодії їх з різними реагентами, віднесену до одиниці маси продуктів згоряння. Теплотворна здатність елементів при взаємодії з хлором, азотом (крім утворення Ве3N2 і BN), бором, вуглецем, кремнієм, сіркою та фосфором значно менша за теплотворну здатність елементів при взаємодії з киснем і фтором. Велика різноманітність вимог, що висуваються до процесів горіння та реагентів (за температурою, складом, станом продуктів згоряння та ін.), робить доцільним використання даних табл. 1.20 при практичній розробці паливних сумішей того чи іншого призначення.

Таблиця 1.20

Найвища теплотворна здатність елементів (в МДж/кг) при взаємодії з киснем, фтором, хлором, азотом, віднесена до одиниці маси продуктів згоряння

• також: Joulin С., Clavin Р. Op. cit.

Що таке паливо?

Це один компонент або суміш речовин, які здатні до хімічних перетворень, пов'язаних із виділенням тепла. Різні видипалива відрізняються кількісним вмістом у яких окислювача, який застосовується виділення теплової енергії.

У широкому значенні паливо є енергоносієм, тобто потенційним видом потенційної енергії.

Класифікація

В даний час види палива поділяють за агрегатним станом на рідкий, твердий, газоподібний.

До твердого природного вигляду відносять кам'яний та дрова, антрацит. Брикети, кокс, термоантрацит – це різновиди штучного твердого палива.

До рідин зараховуються речовини, які мають у складі речовини органічного походження. Основними їх компонентами є: кисень, вуглець, азот, водень, сірка. Штучним рідким паливом будуть різноманітні смоли, мазут.

Газоподібне паливо є сумішшю різноманітних газів: етилену, метану, пропану, бутану. Крім них у складі є вуглекислий і чадний гази, сірководень, азот, водяна пара, кисень.

Показники палива

Основний показник згоряння. Формула визначення теплотворної здатності у термохімії. виділяють «умовного палива», що має на увазі теплоту згоряння 1 кілограма антрациту.

Побутове пічне паливопризначається для спалювання в опалювальних пристроях незначної потужності, що знаходяться в житлових приміщеннях, теплогенераторах, що застосовуються в сільському господарствідля сушіння кормів, консервування.

Питома теплота згоряння палива - це така величина, що демонструє кількість теплоти, що утворюється за повного згоряння палива обсягом 1 м 3 чи масою один кілограм.

Для вимірювання цієї величини використовують Дж/кг, Дж/м 3 калорія/м 3 . Щоб визначити теплоту згоряння, використовують метод калориметрії.

При збільшенні питомої теплоти згоряння палива знижується питома витратапалива, а коефіцієнт корисної діїзалишається постійною величиною.

Теплота згоряння речовин є кількістю енергії, що виділяється при окисненні твердої, рідкої, газоподібної речовини.

Вона визначається хімічним складом, а також агрегатним станомзгоряної речовини.

Особливості продуктів згоряння

Вища та нижча теплота згоряння пов'язана з агрегатним станом води в одержуваних після згоряння палива речовинах.

Найвища теплота згоряння це кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні речовини. У цю величину включають теплоту конденсації водяної пари.

Нижча робоча теплота згоряння є величиною, що відповідає виділенню тепла при згорянні без урахування теплоти конденсації водяної пари.

Прихованою теплотою конденсації вважають величину енергії конденсації водяної пари.

Математичний взаємозв'язок

Найвища та нижча теплота згоряння пов'язані наступним співвідношенням:

Q B = Q H + k (W + 9H)

де W - кількість по масі (в %) води в горючій речовині;

H-кількість водню (% за масою) у горючій речовині;

k - коефіцієнт, що становить величину 6 ккал/кг

Способи проведення обчислень

Вища та нижча теплота згоряння визначається двома основними методами: розрахунковим та експериментальним.

Для проведення експериментальних обчислень застосовують калориметри. Спочатку спалюють у ньому навішення палива. Теплота, яка при цьому виділятиметься, повністю поглинається водою. Маючи уявлення про масу води, можна визначити зміни її температури, величину її теплоти згоряння.

Дана методика вважається простою та ефективною, вона передбачає лише володіння інформацією про дані технічного аналізу.

У розрахунковій методиці вища та нижча теплота згоряння обчислюється за формулою Менделєєва.

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

Воно враховує вміст вуглецю, кисню, водню, водяної пари, сірки у робочому складі (у відсотках). Кількість теплоти під час згоряння визначається з урахуванням умовного палива.

Теплота згоряння газу дозволяє проводити попередні розрахунки, виявляти ефективність застосування певного виду палива.

Особливості походження

Щоб зрозуміти, скільки теплоти виділяється при згорянні певного палива, необхідно мати уявлення про його походження.

У природі є різні варіанти твердого палива, які відрізняються між собою складом та властивостями.

Його освіта здійснюється за кілька стадій. Спочатку утворюється торф, потім виходить бурий і кам'яне вугілляпотім формується антрацит. Як основні джерела освіти твердого палива виступають листя, деревина, хвоя. Відмираючи, частини рослин під впливом повітря, руйнуються грибками, утворюють торф. Його скупчення перетворюється на буру масу, потім виходить бурий газ.

При високому тискуі температурі, бурий газ перетворюється на кам'яне вугілля, потім паливо накопичується як антрациту.

Крім органічної маси, у паливі є додатковий баласт. Органічною вважають ту частину, що утворилася з органічних речовин: водню, вуглецю, азоту, кисню. Крім цих хімічних елементів, у його складі є баласти: волога, зола.

Топкова техніка передбачає виділення робочої, сухої, а також паливної маси палива, що спалюється. Робочою масою називають паливо у вихідному вигляді, що надходить до споживача. Суха маса – це склад, у якому відсутня вода.

склад

Найціннішими компонентами вважаються вуглець та водень.

Ці елементи містяться у будь-якому виді палива. У торфі та деревині відсотковий вміст вуглецю досягає 58 відсотків, у кам'яному та бурому вугіллі – 80%, а в антрациті воно досягає 95 відсотків за масою. Залежно від цього показника змінюється кількість теплоти, що виділяється під час згоряння палива. Водень це другий за важливістю елемент будь-якого палива. Зв'язуючись із киснем, він утворює вологу, яка суттєво знижує теплову цінність будь-якого палива.

Його відсотковий вміст коливається від 3,8 у горючих сланцях до 11 у мазуті. Як баласт виступає кисень, що входить до складу палива.

Він не є теплотворчим хімічним елементомтому негативно відбивається на величині теплоти його згоряння. Згоряння азоту, що міститься у вільному чи пов'язаному вигляді у продуктах згоряння, вважається шкідливими домішками, тому його кількість чітко лімітується.

Сірка входить до складу палива у вигляді сульфатів, сульфідів, а також як сірчистих газів. При гідратації оксиди сірки утворюють сірчану кислоту, яка руйнує котельне обладнання, що негативно впливає на рослинність та живі організми.

Саме тому сірка є тим хімічним елементом, присутність якого у природному паливі є вкрай небажаною. При попаданні всередину робочого приміщення сірчисті з'єднання викликають суттєві отруєння обслуговуючого персоналу.

Виділяють три види золи залежно від її походження:

• первинну;
• вторинну;
• третинну.

Первинний вид формується з мінеральних речовин, що містяться у рослинах. Вторинна зола утворюється як результат попадання під час пластоутворення рослинних залишків піском та землею.

Третинна зола виявляється у складі палива у процесі видобутку, зберігання, і навіть його транспортування. При суттєвому відкладенні золи відбувається зменшення теплопередачі поверхні нагрівання котельного агрегату, знижує величину теплопередачі до води від газів. Величезна кількість золи негативно впливає на процес експлуатації котла.

На закінчення

Істотний вплив на процес горіння будь-якого виду палива надають леткі речовини. Чим більший їхній вихід, тим більшим буде обсяг фронту полум'я. Наприклад, кам'яне вугілля, торф, легко спалахують, процес супроводжується незначними втратами тепла. Кокс, який залишається після видалення летких домішок, у своєму складі має лише мінеральні та вуглецеві сполуки. Залежно від особливостей палива величина кількості теплоти істотно змінюється.

Залежно від хімічного складу виділяють три стадії формування твердого палива: торф'яну, буровугільну, кам'яновугільну.

Натуральну деревину застосовують у невеликих котельних установках. В основному використовують тріску, тирсу, горбилі, кору, самі дрова застосовують у незначних кількостях. Залежно від породи деревини величина теплоти, що виділяється, істотно змінюється.

У міру зниження теплоти згоряння дрова набувають певних переваг: швидку займистість, мінімальну зольність, відсутність слідів сірки.

Достовірна інформація про склад природного або синтетичного палива, його теплотворну здатність, є відмінним способомпроведення термохімічних обчислень

В даний час з'являється реальна можливість виявлення основних варіантів твердого, газоподібного, рідкого палива, які стануть найефективнішими і недорогими у використанні в певній ситуації.

Хімічні реакції супроводжуються поглинанням чи виділенням енергії, зокрема тепла. реакції, що супроводжуються поглинанням тепла, а також сполуки, що при цьому утворюються, називаються ендотермічними . При ендотермічних реакціях нагрівання реагуючих речовин необхідне як виникнення реакції, а й протягом усього часу їх протікання. Без нагрівання ззовні ендотермічна реакція припиняється.

реакції, що супроводжуються виділенням тепла, а також сполуки, що утворюються при цьому, називаються екзотермічними . Усі реакції горіння відносяться до екзотермічних. Внаслідок виділення тепла вони, виникнувши в одній точці, здатні поширюватися на всю масу речовин, що реагують.

Кількість тепла, що виділяється при повному згорянні речовини та віднесена до одного молю, одиниці маси (кг, г) або об'єму (м 3) пального речовини називається теплотою згоряння. Теплоту згоряння можна визначити за табличними даними, користуючись законом Гесса. Російський хімік Г.Г. Гесс в 1840 р. відкрив закон, який є окремим випадком закону збереження енергії. Закон Гесса полягає в наступному: тепловий ефект хімічного перетворення не залежить від шляху, яким реакція протікає, а залежить лише від початкового і кінцевого станів системи за умови, що температура і тиск (або об'єм) на початку і в кінці реакції однакові.

Розглянемо це з прикладу обчислення теплоти згоряння метану. Метан можна отримати з 1 моля вуглецю та 2 молей водню. При спалюванні метану виходять 2 моля води і 1 моля діоксиду вуглецю.

З + 2Н 2 = СН 4 + 74,8 кДж (Q1).

СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О + Q гір.

Ті ж продукти утворюються при згорянні водню та вуглецю. При цих реакціях загальна кількість тепла, що виділяється, дорівнює 963,5 кДж.

2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О + 570,6 кДж

З + Про 2 = СО 2 + 392,9 кДж.

Оскільки початкові та кінцеві продуктив обох випадках однакові, їх загальні теплові ефекти мають бути рівними згідно із законом Гесса, тобто.

Q 1 + Q гор = Q,

Q гор = Q - Q 1 . (1.11)

Отже, теплота згоряння метану дорівнюватиме.

Q гор = 963,5 - 74,8 = 888,7 кДж/моль.

Таким чином, теплота згоряння хімічної сполуки (або їх суміші) дорівнює різниці між сумою теплот утворення продуктів згоряння і теплотою утворення згорілої хімічної сполуки (або речовин, що становлять горючу суміш). Отже, для визначення теплоти згоряння хімічних сполук необхідно знати теплоту їх утворення та теплоту утворення продуктів, що виходять після згоряння.

Нижче наведено значення теплот утворення деяких хімічних сполук:

Оксид алюмінію Al 2 O 3 ………		Метан СН 4 ……………………
Оксид заліза Fe 2 O 3 …………		Етан З 2 Н 6 ……………………
Оксид вуглецю CO ………….		Ацетилен З 2 Н 2 ………………
Діоксид вуглецю CO 2 ………		Бензол З 6 Н 6 …………………
Вода H 2 O …………………….		Етилен З 2 Н 4 …………………
Водяна пара H 2 O ……………		Толуол З 6 Н 5 СН 3 …………….

приклад 1.5 .Визначити температуру згоряння етану, якщо теплота його утворенняQ 1 = 88,4 кДж. Напишемо рівняння горіння етану.

З 2 Н 6 + 3,5O 2 = 2 CO 2 + 3 H 2 O + Qгір.

Для визначенняQгірнеобхідно знати теплоти утворення продуктів згоряння. теплота утворення діоксиду вуглецю 396,9 кДж, а води 286,6 кДж. Отже,Qбуде одно

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

а теплота згоряння етану

Qгір= Q - Q 1 = 1653,6 - 88,4 = 1565,2 кДж.

Теплоту згоряння експериментально визначають у калориметричній бомбі та газовому калориметрі. Розрізняють найвищу та нижчу теплоти згоряння. Найвищою теплотою згоряння Q в називають кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг або 1 м 3 горючої речовини за умови, що водень, що міститься в ньому, згоряє з утворенням рідкої води. Нижчою теплотою згоряння Q н називають кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг або 1 м 3 паливної речовини за умови згоряння водню до утворення водяної пари та випаровування вологи палива.

Найвищу та нижчу теплоти згоряння твердих та рідких горючих речовин можна визначити за формулами Д.І. Менделєєва:

де Q в Q н - вища і нижча теплоти згоряння, кДж / кг; W – вміст у горючій речовині вуглецю, водню, кисню, горючої сірки та вологи, %.

приклад 1.6. Визначити нижчу температурузгоряння сірчистого мазуту, що складається з 82,5%, 10,65% Н, 3,1%Sі 0,5%; А (зола) = 0,25%,W = 3%. Використовуючи рівняння Д.І. Менделєєва (1.13), отримуємо

=38622,7 кДж/кг

Нижчу теплоту згоряння 1 м 3 сухих газів можна визначити за рівнянням

Нижча теплотазгоряння деяких горючих газів та рідин, отримана експериментально, наведена нижче:

Вуглеводні: метан ………………………..
етан …………………………
пропан ………………………
метиловий ………………….
етиловий ……………………
пропіловий …………………

Нижча теплота згоряння деяких горючих матеріалів, розрахована за їх елементним складом, має такі значення:

Бензин ……………………		Каучук синтетичний
Папір ……………………		Гас ………………
Деревина		Органічне скло.
повітряно-суха ………..		Гума ………………..
у конструкціях будівель.		Торф ( W = 20 %) …….

Існує нижня межа теплоти згоряння, нижче за яку речовини стають не здатними до горіння в атмосфері повітря.

Експерименти показують, що речовини є негорючими, якщо вони не належать до вибухонебезпечних і якщо їхня нижча теплота згоряння в повітрі не перевищує 2100 кДж/кг. Отже, теплота згоряння може бути орієнтовною оцінки горючості речовин. Однак слід зазначити, що горючість твердих речовин і матеріалів значною мірою залежить від їхнього стану. Так, лист паперу, легко спалахує від полум'я сірника, будучи нанесеним на гладку поверхню металевої плити або бетонної стіни, стає важкогорючим. Отже, горючість речовин залежить також від швидкості відведення тепла із зони горіння.

Фактично в процесі горіння, особливо на пожежах, вказана в таблицях теплота згоряння повністю не виділяється, оскільки горіння супроводжується недопалом. Відомо, що нафтопродукти, і навіть бензол, толуол, ацетилен, тобто. речовини, багаті

вуглецем, горять на пожежах з утворенням значної кількості сажі. Сажа (вуглець) здатна горіти та виділяти тепло. Якщо при горінні вона утворюється, то, отже, горюча речовина виділяє тепла менше кількості, яка вказана в таблицях. Для речовин, багатих на вуглецю, коефіцієнт недопалу hстановить 0,8 - 0,9. Отже, на пожежах при горінні 1 кг гуми може виділитися не 33 520 кДж, а лише 33 520 0,8 = 26 816 кДж.

Розмір пожежі зазвичай характеризується площею пожежі. Кількість тепла, що виділяється з одиниці площі пожежі в одиницю часу, називають теплотою пожежі Q п

Qп= Qнυ мh ,

де υ м– масова швидкість вигоряння, кг/(м 2 с).

Питома теплота пожежі при внутрішніх пожежах характеризує теплове навантаження на конструкції будівель та споруд та використовується для розрахунку температури пожежі.

1.6. Температура горіння

Тепло, що виділяється в зоні горіння, сприймається продуктами згоряння, тому вони нагріваються до високої температури. Та температура, до якої в процесі горіння нагріваються продукти згоряння, називається температурою горіння . Розрізняють калориметричну, теоретичну та дійсну температури горіння. Справжня температура горіння за умов пожежі називається температурою пожежі.

Під калориметричною температурою горіння розуміють ту температуру, до якої нагріваються продукти повного згоряння за таких умов:

1) тепло, що все виділяється при горінні, витрачається на нагрівання продуктів згоряння (втрати тепла дорівнюють нулю);

2) початкові температури повітря та горючої речовини дорівнюють 0 0 С;

3) кількість повітря дорівнює теоретично необхідному (a = 1);

4) відбувається повне згоряння.

Калориметрична температура горіння залежить лише від складу горючої речовини і залежить від його кількості.

Теоретична температура, на відміну від калориметричної, характеризує горіння з урахуванням ендотермічного процесу дисоціації продуктів згоряння за високої температури

2СО 2 2СО + Про 2 – 566,5 кДж.

2Н 2 О2Н 2 + О 2 – 478,5 кДж.

Практично дисоціацію продуктів згоряння необхідно враховувати тільки за температури вище 1700 0 С. При дифузійному горінні речовин в умовах пожежі дійсні температури горіння не досягають таких значень, тому для оцінки умов пожежі використовують лише калориметричну температуру горіння та температуру пожежі. Розрізняють температуру внутрішньої та зовнішньої пожежі. Температура внутрішньої пожежі – це середня температура диму у приміщенні, де відбувається пожежа. Температура зовнішньої пожежі – температура полум'я.

При розрахунку калориметричної температури горіння та температури внутрішньої пожежі виходять з того, що нижча теплота згоряння Q н паливної речовини дорівнює енергії q г, необхідної для нагрівання продуктів згоряння від 0 0 С до калориметричної температури горіння

, - Теплоємність компонентів продуктів згоряння (теплоємність 2 приймається для суміші 2 і SО 2), кДж/(м 3 ?К).

Насправді не вся теплота, що виділяється під час горіння в умовах пожежі, витрачається на нагрівання продуктів згоряння. Більша частинаїї витрачається на нагрівання конструкцій, підготовку горючих речовин до горіння, нагрівання надлишкового повітря та ін. Тому температура внутрішньої пожежі значно нижча за калориметричну. Методика розрахунку температури горіння передбачає, що весь обсяг продуктів згоряння нагрітий до однієї й тієї ж температури. Насправді температура у різних точках вогнища горіння неоднакова. Найбільш високою є температура області простору, де протікає реакція горіння, тобто. у зоні горіння (полум'я). Значно нижча температура в місцях, де знаходяться горючі пари та гази, що виділилися з палаючої речовини та продуктів згоряння, що змішалися з надлишком повітря.

Щоб судити про характер зміни температури при пожежі в залежності від різних умов горіння, введено поняття середньооб'ємної температури пожежі, під якою розуміють середнє значення величини температур, виміряних термометрами в різних точках внутрішньої пожежі. Ця температура визначається із досвіду.

Види теплоти згоряння

Теплота згоряння може бути віднесена до робочої маси пального речовини, тобто до горючої речовини у тому вигляді, в якому вона надходить до споживача; до сухої маси речовини; до паливної маси речовини, тобто до горючої речовини, що не містить вологи та золи.

Розрізняють найвищу () та нижчу () теплоту згоряння.

Під найвищою теплотою згоряннярозуміють кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні речовини, включаючи теплоту конденсації водяної пари при охолодженні продуктів згоряння.

Нижча теплота згоряннявідповідає тій кількості теплоти, що виділяється при повному згорянні, без урахування теплоти конденсації водяної пари. Теплоту конденсації водяної пари також називають прихованою теплотою згоряння.

Найнижча та вища теплота згоряння пов'язані співвідношенням: ,

де k - коефіцієнт, що дорівнює 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W - кількість води в пальній речовині, % (за масою); Н - кількість водню в пальній речовині, % (за масою).

Розрахунок теплоти згоряння

Таким чином, найвища теплота згоряння - це кількість теплоти, що виділилася при повному згорянні одиниці маси або об'єму (для газу) паливної речовини та охолодженні продуктів згоряння до температури точки роси. У теплотехнічних розрахунках найвища теплота згоряння приймається як 100%. Прихована теплота згоряння газу - це теплота, що виділяється при конденсації водяної пари, що містяться в продуктах згоряння. Теоретично вона може досягати 11%.

На практиці, не вдається охолодити продукти згоряння до повної конденсації і тому введено поняття нижчої теплоти згоряння (QHp), яку отримують, віднімаючи з вищої теплоти згоряння теплоту пароутворення водяної пари, що містяться в речовині, так і утворилися при його спалюванні. На пароутворення 1 кг водяної пари витрачається 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Найнижча теплота згоряння визначається за формулами (кДж/кг або ккал/кг):

(Для твердої речовини)

(для рідкої речовини), де:

2514 - теплота пароутворення при температурі 0 °C та атмосферному тиску, кДж/кг;

І - вміст водню та водяної пари в робочому паливі, %;

9 - коефіцієнт, що показує, що при згорянні 1 кг водню у поєднанні з киснем утворюється 9 кг води.

Теплота згоряння є найважливішою характеристикою палива, оскільки визначає кількість тепла, одержуваного при спалюванні 1 кг твердого чи рідкого палива чи 1 м³ газоподібного палива кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 чи 4,19 кДж.

Нижча теплота згоряння визначається експериментально кожної речовини і є довідковою величиною. Також її можна визначити для твердих і рідких матеріалів, за відомого елементарного складу, розрахунковим способом відповідно до формули Д. І. Менделєєва, кДж/кг або ккал/кг:

Вміст у робочій масі палива вуглецю, водню, кисню, летючої сірки та вологи у % (за масою).

Для порівняльних розрахунків використовується так зване Паливо умовне, що має питому теплоту згоряння, що дорівнює 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

У Росії теплові розрахунки(наприклад, розрахунок теплового навантаження для визначення категорії приміщення за вибухопожежною та пожежною небезпекою) зазвичай ведуть за нижчою теплотою згоряння, у США, Великобританії, Франції - за вищою. У Великій Британії та США до впровадження метричної системи заходів питома теплота згоряння вимірювалася у британських теплових одиницях (BTU) на фунт (lb) (1Btu/lb = 2,326 кДж/кг).

Найвищі значення теплоти згоряння природних газів із різних джерел

Ці дані були отримані від Міжнародного енергетичного агентства.

• Алжир: 42 000 кДж/м³
• Бангладеш : 36 000 кДж/м³
• Канада : 38 200 кДж/м³
• Індонезія: 40 600 кДж/м³
• Нідерланди: 33 320 кДж/м³
• Норвегія: 39 877 кДж/м³
• Росія : 38 231 кДж/м³
• Саудівська Аравія: 38 000 кДж/м³
• Великобританія: 39 710 кДж/м³
• Сполучені Штати : 38 416 кДж/м³
• Узбекистан : 37 889 кДж/м³
• Білорусь: 33 000 кДж/м³

Необхідна кількість палива для роботи лампочки потужністю 100 Вт протягом року (876 кВт·год)

(Кількість палива, вказана нижче, розрахована при 100% ефективності перетворення теплової енергії в електричну. Так як більшість електрогенеруючих установок і розподільчих систем досягають ефективності (ККД) близько 30% - 35%, фактична кількість палива, що використовується для живлення лампочки потужністю 100 Вт, буде приблизно втричі більше від зазначеної кількості).

• 260 кг деревини (при 20% вологості)
• 120 кг вугілля (антрацит малозольний)
• 73,34 кг гасу
• 78,8 м³ природного газу (використовуючи усереднену величину 40000 кДж/м³)
• 17,5 мкг антиречовини

Примітки

Література

• Фізичний енциклопедичний словник
• Велика Радянська енциклопедія
• Допомога до НВБ 105-03

також

Wikimedia Foundation. 2010 .

5. Категорії будівель з вибухопожежної та пожежної небезпеки

5.1. Будівля належить до категорії А, якщо сумарна площа приміщень категорії А перевищує 5% площі всіх приміщень або 200 м 2 .

Допускається не відносити будівлю до категорії А, якщо сумарна площа приміщень категорії А у приміщенні не перевищує 25% сумарної площі всіх розміщених у ній приміщень (але не більше 1000 м2), і ці приміщення обладнуються установками автоматичного пожежогасіння.

5.2. Будівля відноситься до категорії Б, якщо одночасно виконано дві умови:

а) будинок не належить до категорії А;

б) сумарна площа приміщень категорій А і Б перевищує 5% від сумарної площі всіх приміщень або 200 м 2 .

Допускається не відносити будинок до категорії Б, якщо сумарна площа приміщень категорій А та Б у будівлі не перевищує 25% сумарної площі всіх розміщених у ній приміщень (але не більше 1000 м 2 ), і ці приміщення обладнуються установками автоматичного пожежогасіння.

б) сумарна площа приміщень категорій А, Б та В1-В3 перевищує 5% (10%, якщо в будівлі відсутні приміщення категорій А та Б) сумарної площі всіх приміщень.

Допускається не відносити будівлю до категорій В1-В3, якщо сумарна площа приміщень категорії А, Б та В1-В3 у будівлі не перевищує 25% сумарної площі всіх розміщених у ній приміщень (але не більше 3500 м 2 ), і ці приміщення обладнуються установками автоматичного. пожежогасіння.

5.4. Будівля відноситься до категорії Г, якщо одночасно виконано дві умови:

б) сумарна площа приміщень категорії А, Б, В1-В3 та Г перевищує 5% сумарної площі всіх приміщень.

Допускається не відносити будівлю до категорії Г, якщо сумарна площа приміщень категорій А, Б, В1-В3 та Г у будівлі не перевищує 25% сумарної площі всіх розміщених у ньому приміщень (але не більше 5000 м 2), та приміщення категорій А, Б та В1-В3 обладнуються установками автоматичного пожежогасіння.

5.5. Будівля відноситься до категорії В4, якщо вона не відноситься до категорій А, Б, В1-В3 або Р.

5.6. Будівля відноситься до категорії Д, якщо вона не відноситься до категорій А, Б, В1-В4, Г.

Додаток 1

Вихідні дані для розрахунку питомого тимчасового пожежного навантаження у приміщеннях

Таблиця 1

Нижча теплота згоряння та щільність ТГМ, ЛЗР та ГР,

об'єктів залізничного транспорту, що звертаються в приміщеннях

Найменування речовин та матеріалів	Найнижча теплота згоряння, МДж · кг -1	Щільність,
Рідкі горючі речовини та матеріали
4. Бутиловий спирт
5. Дизельне паливо
6. Гас
8. Лак ізоляційний просочувальний (БТ-99, ФО-98) (зміст летких - 48%)
10. Олія індустріальна
11. Олія трансформаторна
12. Олія турбінна
13. Метиловий спирт
15. Солярова олія
16. Толуол
17. Уайт-спірит
18. Емаль ПФ-115 (зміст летких - 34%)
19. Етиловий спирт
20. Клей (гумовий)
Тверді горючі речовини та матеріали
21. Папір розпушений
22. Папір (книги, журнали)
23. Вініліскожа
24. Волокно штапельне
25. Повсть будівельна
26. Деревина соснова ( W p = 20%)
27. Деревно-волокниста плита (ДВП)
28. Деревно-стружкова плита (ДСП)
30. Карболітові вироби
31. Каучук натуральний
32. Каучук синтетичний
33. Кабель (силовий, освітлення, управління, автоматики)
34. Картон сірий
35. Кіноплівка триацетатна
36. Лінолеум ПХВ
37. Льон розпушений
38. Міпора (гума пориста)
39. Органічне скло
40. Обтиральний матеріал
41. Плита столярна
42. Пінополіуретан
43. Плити пінополістирольні
44. Гума
45. Склопластик
46. ​​Тканина бавовняна (у навал)
47. Тканина вовняна (у навал)
48. Фанера
49. Гумова та поліхлорвінілова ізоляція проводів