Виды топлива, их состав, теплота сгорания и калорийность. Условное топливо

Топливом называют вещество, выделяющее при определенных условиях большое количество тепловой энергии, которую используют в различных отраслях народного хозяйства.

Энергия из топлива выделяется, как правило, в процессе горения. Горение, физико-химический процесс, при котором превращение вещества сопровождается интенсивным выделением энергии и тепло- и массообменом с окружающей средой. Наиболее обширный класс реакций горения - окисление углеводородов (горение природных топлив), водорода, металлов и других веществ.

Топливо по агрегатному состоянию делят на твердое, жидкое, газообразное, а по способу получения – на естественное: уголь, торф, сланцы, природный газ и искусственное (синтетическое и композиционные): топливные брикеты, дизельное и соляровое топливо, мазут топочный и бытовой, топливные эмульсии и суспензии.

В состав твердого и жидкого топлива входят горючие элементы: углерод С, водород Н, сера S, а также негорючие элементы (внутренний и внешний балласт) – кислород О, азот N, влага W и зола А. Топливо, которое используется для сжигания, называется рабочим.

Ядерное топливо – вещество, в котором протекают ядерные реакции с выделением полезной энергии. Различают делящиеся вещества и термоядерное горючее. Делящиеся вещества (делящиеся материалы) содержат нуклиды, способные к ядерной цепной реакции деления; чаще всего это ²³⁵U или ²³⁹Pu, также может быть использованы ²³³U или ²⁴¹Pu. Кроме того, в делящихся веществах присутствуют ²³⁸U или ²³²Th, которые сами по себе не способны к самопроизвольной цепной реакции деления, однако в результате ядерных превращений под действием нейтронов могут быть превращены в нуклиды, способные к такому делению.

По химическому составу ядерное топливо может быть металлическим (в т. ч. из сплавов), оксидным, карбидным, нитридным и другим. В промышленных масштабах в качестве делящегося вещества в ядерном топливном цикле применяют ²³⁵U и ²³⁹Pu. Теплотворная способность делящихся материалов почти в 2•10⁶ раз выше, чем у бензина, энергетические ресурсы разведанных запасов делящихся материалов составляют, по оценке, до 10¹⁹ МДж.

Количество теплоты[4], выделяемое при полном сгорании единицы топлива, называется его теплотворностью, или теплотой сгорания и измеряется в кДж/кг или кДж/м³. Теплота сгорания – основной параметр органического топлива, характеризующий его энергетическую ценность,

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания топлива Q_в называют количество теплоты в кДж, выделяемое 1 кг (или 1 м³) рабочего топлива при условии, что все водяные пары, образующиеся от окисления водорода и испарения влаги топлива, конденсируются. В реальных условиях все водяные пары уходят в атмосферу, не сконденсировавшись, и поэтому для расчетов используют низшую теплоту сгорания топлива. Низшей теплотой сгорания топлива Q_н называют количество теплоты в кДж, выделенное 1 кг (или 1 м³) рабочего топлива, без учета конденсации водяных паров. Теплота Q_в меньше Q_н на теплоту парообразования водяных паров (2460 кДж/кг).

Зольность - отношение массы негорючего остатка (золы), полученной после выжигания горючей части топлива, к массе исходного топлива. Обозначается символом A (лат.) и выражается в процентах. Для всех типов твёрдых топлив зольность - один из основных нормируемых показателей характеристики и оценки их качества. Повышение зольности снижает тепловой эффект сжигания топлив, удорожает (как балласт) стоимость их транспортировки, отрицательно отражается на технологии процессов переработки и качестве получаемых продуктов (кокса, полукокса и др.).

Теплота сгорания твердого и жидкого топлива определяется сжиганием 1 г топлива в калориметрической бомбе, заполненной кислородом, которая помещается в сосуд (калориметр) с водой, а приращение температуры воды измеряется термометром. Теплота сгорания газообразного топлива определяется в калориметре путем сжигания исследуемого газа в воздушной среде. Теплота сгорания некоторых видов топлив указана в таблице 1.

Учет запасов разных видов топлива ведут в пересчете на условное топливо – гипотетическое топливо, теплота сгорания которого принимается равным 29 308 кДж/кг (7000 ккал/кг). Условное топливо – это принятая при технико-экономических расчетах единица, служащая для сопоставления тепловой ценности различных видов органического топлива. Для численного перевода реального (натурального) топлива В_н в условное – В_у, используют тепловой эквивалент (калорийным коэффициентом) Э = Q_н / 29308, и тогда В_у = В_н Э (Таблица 2).

Таблица 1

Теплота сгорания некоторых видов топлива. Дж/кг

Порох	0,38•10^7	Древесный уголь	3,4•10^7
Дрова сухие	1,0•10^7	Природный газ	4,4•10^7
Торф	1,4•10^7	Нефть	4,4•10^7
Каменный уголь	2,7•10^7	Бензин	4,6•10^7
Этиловый спирт	2,7•10^7	Керосин	4,6•10^7
Антрацит	3,1•10^7	Водород	12•10^7

Таблица 2

Дата добавления: 2015-06-27