Кількість теплоти, яка виділяється під час повного згоряння одиниці маси (1 кг рідкого або твердого) або одиниці об’єму (1 м3 газоподібного) палива називають питомою теплотою згоряння (теплотворністю) палива (надалі у тексті просто теплота згоряння).
При згорянні вода, яка міститься у паливі та утворюється від згоряння водню, перетворюється в пару. На пароутворення води витрачається теплота. Теплоту Q згоряння називають вищою (Qв) у тому випадку, коли пари води конденсується і теплота, що затрачена на пароутворення звільнюється. Якщо ж пари води виносяться з димовими або відпрацьованими газами, частина теплоти втрачається і таку теплоту називають нижчою (Qн).
Теплоту згоряння визначають експериментальним шляхом у спеціальних приладах – калориметрах, і розрахунковими методами. Суть калориметричного методу визначення теплоти згоряння палива полягає в тому, що під час спалювання певної кількості палива у спеціально закритих камерах калориметричних установок теплота продуктів згоряння передається воді і при цьому її оцінюють за підвищенням температури в калориметрі.
Під час визначення теплоти згоряння розрахунковими методами необхідно знати елементний склад палива. Найчастіше визначають теплоту згоряння за законом Г.І. Геса, згідно з яким вона залежить від складу початкових та кінцевих продуктів і не залежить від проміжних реакцій.
Підрахована таким чином теплота згоряння буде трохи відрізнятися від фактичної, оскільки горючі елементи у паливі перебувають не у вільному стані, а утворюють різні органічні сполуки, на руйнування яких витрачається частина теплоти. Тому згоряння палива дає менший тепловий ефект, ніж згоряння окремих елементів, які входять до його складу, що і враховується коефіцієнтами формул. У практиці найчастіше для визначення теплоти згоряння застосовують формули Д.І. Менделєєва. Відповідно до них теплоту згоряння рідких і твердих палив, кДж/кг, визначають так
(1.2)
(1.3)
де С, Н, О, S, W – елементний склад палива, проценти за масою; 25 – коефіцієнт, який враховує втрати теплоти, що виносяться продуктами згоряння в атмосферу (1 кг пари при виносі в атмосферу забирає 2500 кДж/кг); 9Н – число масових частин води, що утворюється при згорянні однієї масової частини водню.
Теплоту згоряння газоподібного палива, кДж/м3, у розрахунку на суху масу визначають за формулами
(1.4)
(1.5)
де СО, Н2, СН4, CnHm – склад газоподібного палива, проценти за об’ємом за нормальних умов (0°С, тиск 760 мм. рт. ст.).
Теплоту згоряння робочої маси газоподібного палива, що містить вологу, підраховують за формулами
(1.6)
(1.7)
де 0,805 – маса 1м3 газу, кг.
Для порівняння різних видів палива, а також для обліку загальних запасів палива і складання замовлень встановлений еталон – умовне паливо.
Умовне паливо – це єдиний еквівалент всіх видів палива за теплотою згоряння. Розрахункова теплота згоряння умовного палива для твердого і рідкого палива дорівнює 29307 кДж/кг, а для газоподібного – 29308 кДж/кг.
У випадку порівняння палив визначають їх теплові (калорійні) еквіваленти, які є відношенням теплоти згоряння будь-якого палива до теплоти згоряння умовного
(1.8)
Щоб перерахувати фактичне паливо в умовне потрібно його масову кількість помножити на тепловий еквівалент (табл. 1.2).
Таблиця 1.2
Теплота згоряння і теплові еквіваленти палива та вуглеводнів
Палива, сполуки | Теплота згоряння, кДж/кг | Тепловий еквівалент |
Умовне паливо | 1,00 | |
Кам’яне вугілля | 1,00 | |
Антрацит | 1,03 | |
Буре вугілля | 0,49 | |
Торф | 0,46 | |
Деревина | 0,43 | |
Нафта | 1,43 | |
Бензин | 1,50 | |
Гас (керосин) | 1,47 | |
Дизельне паливо | 1,45 | |
Мазут | 1,40 | |
Гази: | ||
- природний | 1,21 | |
- водяний | 0,37 | |
- світильний | 0,63 | |
- зріджений | 1,57 | |
Бутан | 1,56 | |
Ізооктан | 1,52 | |
Бензол | 1,40 | |
Метанол | 0,65 | |
Етанол | 0,90 |