Связь между теплотой горения и теплотворной способностью топлива

Для установления связи между теплотой горения и теплотворной способностью вещества необходимо записать уравнение химической реакции горения.

Продуктом полного горения углерода является диоксид углерода:

С+О₂→СО₂.

Продуктом полного горения водорода является вода:

2Н₂+О₂→2Н₂О.

Продуктом полного горения серы является диоксид серы:

S+О₂→SO₂.

При этом выделяются в свободном виде азот, галоиды и другие негорючие элементы.

Горючее вещество – газ

В качестве примера проведем расчет теплотворной способности метана CH₄, для которого теплота горения равна Q_г=882.6 .

• Определим молекулярную массу метана в соответствии с его химической формулой (СН₄):

М=1∙12+4∙1=16 г/моль.

• Определим теплотворную способность 1 кг метана:

.

• Найдем объем 1 кг метана, зная его плотность ρ=0.717 кг/м³ при нормальных условиях:

.

• Определим теплотворную способность 1 м³ метана:

.

Аналогично определяется теплотворная способность любых горючих газов. Для многих распространенных веществ значения теплоты горения и теплотворной способности были измерены с высокой точностью и приведены в соответствующей справочной литературе. Приведем таблицу значений теплотворной способности некоторых газообразных веществ (табл. 5.1). Величина Q в этой таблице приведена в МДж/м³ и в ккал/м³, поскольку часто в качестве единицы теплоты используется 1 ккал = 4.1868 кДж.

Таблица 5.1

Теплотворная способность газообразных топлив

Вещество		Метан	Ацетилен	Этан	Пропан	Бутан
Q	МДж/м3	39.54	57.78	69.33	98.18	126.57
	ккал/м3	9444	13800	16560	23450	30230

Горючее вещество – жидкость или твердое тело

В качестве примера проведем расчет теплотворной способности этилового спирта С₂Н₅ОН, для которого теплота горения Q_г = 1373.3 кДж/моль.

• Определим молекулярную массу этилового спирта в соответствии с его химической формулой (С₂Н₅ОН):

М = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 г/моль.

• Определим теплотворную способность 1 кг этилового спирта:

.

Аналогично определяется теплотворная способность любых жидких и твердых горючих. В табл. 5.2 и 5.3 приведены значения теплотворной способности Q (МДж/кг и ккал/кг) для некоторых жидких и твердых веществ.

Таблица 5.2

Теплотворная способность жидких топлив

Вещество		Метиловый спирт	Этиловый спирт	Ацетон	Керосин	Мазут, нефть	Бензин
Q	МДж/кг	23.85	29.85	30.98	41.87	43.96	46.89
	ккал/кг	5700	7130	7400	10000	10500	11200

Таблица 5.3

Теплотворная способность твердых топлив

Вещество		Дерево свежее	Дерево сухое	Бурый уголь	Торф сухой	Антрацит, кокс	Парафин
Q	МДж/кг	6.28	14.65	16.75	27.63	31.40	46.05
	ккал/кг	1500	3500	4000	6600	7500	11000