Valoarea calorică este în esență o măsurare a energiei sau căldurii eliberate (kJ sau kcal) atunci când 1 kg de cărbune este complet ars în prezența aerului sau a oxigenului.

Termeni asociați:

  • Gazificare
  • Biomasă
  • Ulei bio
  • Hidrogen
  • Hidrocarbură
  • Azot
  • Metan
  • Turbină
  • Gaz natural

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Combustibili

III.G.14 Valoarea de încălzire

Valoarea încălzirii este o proprietate foarte semnificativă a combustibililor diesel, deoarece oferă conținutul de energie al combustibilului. Valoarea de încălzire este exprimată ca putere calorică brută și netă, în funcție de starea apei prezente în evacuare. Dacă apa este prezentă ca lichid, atunci valoarea de încălzire se numește putere calorică brută. Dacă apa este prezentă ca vapori, atunci valoarea de încălzire se numește putere calorică netă. În situații reale de funcționare, apa din gazele de eșapament este prezentă ca vapori, deci puterea calorică netă este mai importantă pentru calculele eficienței energetice. Pentru compușii cu același număr de carbon, ordinea creșterii valorii încălzirii în funcție de clasă este aromatică, naftenă și parafină pe bază de greutate. Cu toate acestea, ordinea este inversată pentru o comparație pe bază de volum, cu cea mai mare aromatică și cea mai mică cu parafină. Figura 28 prezintă valorile nete de încălzire ale hidrocarburilor tipice cu motorină.

prezentare

FIGURI 28. Valorile calorice ale hidrocarburilor tipice pentru motorina.

Gazul de depozitare ca sursă de energie

2.1.3 Valoare calorică/valoare de încălzire

Puterea calorică a LFG poate fi definită ca cantitatea de căldură produsă la arderea unei unități de volum de gaz și poate fi exprimată în kcal/m 3, kJ/m 3 sau BTU/ft 3. Valoarea calorică depinde direct de conținutul de metan al LFG, adică, cu cât este mai mare conținutul de metan, cu atât este mai mare puterea calorică. Așa cum s-a definit în secțiunile anterioare, compoziția LFG variază în funcție de vârsta depozitului de deșeuri, prin urmare, puterea calorică variază și odată cu compoziția sa. S-a raportat că, în condiții bune, se poate aștepta ca puterea calorică a LFG să fie de aproximativ 7124 kcal/m 3 în etapa metanogenă [29]. .

Produse din lemn: Degradare termică și incendiu

2.2 Rata de degajare a căldurii

Căldura de ardere măsurată într-un calorimetru cu bombă de oxigen este căldura totală disponibilă. Valori mai mari de încălzire pentru lemn sunt de aproximativ 20 kJ kg -1, care include căldura de condensare a vaporilor de apă produși din arderea combustibilului. Căldura de ardere depinde de conținutul relativ de lignină și holoceluloză și extractiv al lemnului. Celuloza și hemicelulozele au o valoare de încălzire mai mare de 18,6 kJ kg -1, în timp ce lignina are o valoare de încălzire mai mare de 23,2-25,6 kJ kg -1. Valori mai mari de încălzire a extractivelor sunt de aproximativ 32-37 kJ kg -1 .

Într-o situație de incendiu, contribuția materialelor combustibile la un incendiu depinde mai mult de rata de degajare a căldurii (HRR), mai degrabă decât de valoarea totală de încălzire. Cea mai cunoscută metodă pentru determinarea HRR este Societatea Americană de Testare a Materialelor (ASTM) E1354 (de asemenea ISO 5660), cunoscut sub numele de calorimetru conic care se bazează pe metoda consumului de oxigen (Babraukas și Grayson, 1992). Cu lemnul netratat, așa cum se arată în Figura 2, HRR crește la un vârf la scurt timp după aprindere, apoi scade la un HRR semi-constant mai mic atunci când este expus la un flux constant de căldură. Stratul de carbon oferă izolație termică de la foc și reduce treptat rata de propagare a carbonizării, astfel și HRR. Eșantioanele de lemn testate cu suport izolator vor avea, de asemenea, un al doilea vârf în HRR datorită încetării undei termice și a fenomenelor de lumină ulterioară. Prin creșterea fluxului de căldură impus, timpul de aprindere și de ardere se scurtează, iar vârful HRR este crescut. În general, căldura efectivă medie de ardere în testele calorimetrice pe con a lemnului este de aproximativ 65% din valoarea de încălzire mai mare dintr-o bombă de oxigen.

Figura 2. Curbele de viteză de eliberare a căldurii pentru placă orientată cu grosime de 12 mm (OSB) expuse la flux constant de căldură de 20, 35, 50 și 65 kW m -2 .

Structuri și proprietăți alchene

Robert J. Ouellette, J. David Rawn, în Ghid de studiu de chimie organică, 2015

5.8 Oxidarea alcenelor

Căldurile de ardere ale alchenelor ne permit să comparăm stabilitățile relative ale compușilor izomeri. Pentru izomeri se formează același număr de moli de dioxid de carbon și apă. Astfel, o comparație a căldurilor de ardere indică diferența în conținutul de entalpie al izomerilor. Trei generalizări pot fi făcute pe baza datelor prezentate în Figura 5.4 din text. Acestea sunt:

Izomerii ramificați sunt mai stabili decât cei ramificați, deci au călduri de combustie mai mici.

Alchenele mult mai substituite sunt mai stabile, deci au călduri de combustie mai mici.

Alchenele cu configurația E sunt mai stabile decât alchenele cu configurația Z, deci au călduri de combustie mai mici.

Stabilitatea crescută a alchenelor cu substituție crescută rezultă din eliberarea densității electronilor din grupările alchil sp3-hibridizate către atomii sp2-hibridizați ai dublei legături carbon-carbon. Capacitatea de donare de electroni a grupărilor alchil către centrele hibridizate sp 2 este o caracteristică comună care explică multe reacții chimice pe care le vom întâlni în capitolele ulterioare.

Conversia deșeurilor solide în combustibili și substanțe chimice prin piroliză

Sushil Adhikari,. Jyoti P. Chakraborty, în Waste Biorefinery, 2018

2.1.2 Valoarea de încălzire (ASTM D240)

Căldura de ardere este raportată fie cu o valoare de încălzire mai mare (HHV), fie cu o valoare de încălzire mai mică (LHV), în funcție de considerarea căldurii latente de vaporizare a apei. XXV necesar de bio-ulei este de minimum 15 MJ/kg conform ASTM D7544. Gama de HHV a bio-uleiului este de la 20,6 la 39 MJ/kg pentru paie de orez, RSU și SS [17,23,24], în timp ce valoarea de încălzire a biocharului a variat de la 13 la 19 MJ/kg pentru paie de orez și de la 10 la 16 MJ/kg pentru RSM.

Fundamentele lemnului și fibrelor

Valoarea combustibilului lemnului

Valoarea de încălzire a lemnului este de aproximativ 21 MJ/kg (9000 Btu/lb) pentru lemn de esență tare de ovendry și 19,8 MJ/kg (8500 Btu/lb) pentru lemn de esență tare de ovendry. Valoarea mai mare pentru rasinoase se datorează conținutului mai mare de lignină. (Lignina are un conținut de oxigen mult mai scăzut decât carbohidrații pe care îi deplasează.) Valorile reale de încălzire depind de specii, condiții de creștere, vârstă etc. Valoarea reală a combustibilului lemnului umed sau a scoarței este calculată pe baza faptului că 1 kg de apă necesită 2,5 MJ pentru a se evapora (1 lb de apă necesită 1100 Btu pentru a se evapora). De exemplu, 1 lb de lemn de esență moale la un conținut de umiditate de 50% este de 1/2 lb de lemn cu o valoare combustibilă de 4500 Btu, dar 550 Btu ar fi necesari pentru a evapora celelalte 1/2 lb de apă. Acest lemn umed ar avea o valoare efectivă a combustibilului de 3950 Btu/lb (pe bază umedă).

CARBUNUL ȘI COCA

Valoare calorica

Valoarea calorifică brută este cantitatea de căldură degajată prin arderea cu oxigen a unei probe de cărbune într-un calorimetru în condiții controlate. Trebuie calculată o corecție pentru căldura absorbită de cenușa rămasă. Dacă corecția include căldura latentă de vaporizare, se determină puterea calorică netă, importantă pe piața cărbunelui.

Măsurarea se poate face atât în ​​calorimetre izoterme, fie adiabatice, acesta din urmă fiind preferat. Pentru măsurarea izotermă (vezi ASTM D3286), temperatura învelișului calorimetrului este menținută constantă și se aplică o corecție pentru transferul de căldură din calorimetru, în timp ce în măsurarea adiabatică (vezi ISO 1928 și ASTM D2015), temperatura învelișului calorimetrului este reglat continuu pentru a aproxima cel al calorimetrului în sine.

Puterea calorică poate fi corelată cu conținutul fix de carbon al cărbunelui. Este un parametru bun pentru clasificarea cărbunelui pentru tipuri specifice de cărbune și ca indice de determinare a prețului ($ pe MBtu) pentru cărbunii comerciali.

Statele electronice și nucleare

Kenneth S. Schmitz, în Chimie fizică, 2017

10.18 Combustibili fosili și combustibili nucleari: o comparație

Conținutul de energie al combustibililor fosili constă în legăturile chimice din reacțiile de ardere care duc la dioxid de carbon și apă ca produse majore. Strâns asociată cu puterea de energie este schimbarea stării de oxidare a carbonului, o cursă către starea de oxidare +4 în CO2. Prin urmare, energia combustibililor fosili este căldura de ardere, ΔHcomb. Conținutul de energie din combustibilii nucleari este asociat cu schimbarea masei de la reactanți la produse. Energia eliberată este astfel calculată din relația Einstein ΔE = (Δm) c 2 .

Căldura de ardere a metanului

Metanul este compoziția majoră a ceea ce se numește „gaz natural”. Reacția chimică de interes este

Căldura de ardere pentru metan dată în apendicele H este de 212,79 kcal/mol. Folosind factorii de conversie din apendicele A pentru 1 J = 0,239 cal și din apendicele B că 1 mol = NA = 6,0221 × 10 23 particule, energia chimică pentru o moleculă de metan este

Energie nucleară

O reacție nucleară tipică de 236 U este

Schimbarea masei pentru această reacție este (în unități de masă atomică u)

Folosind informațiile din apendicele B pentru a converti unitățile de masă atomică în kilograme, 1 u = 1.6605 × 10 −27 kg, energia pierdută de sistem în împrejurimi este

Concluzie

Energia disponibilă în reacția nucleară este de aproximativ 10 milioane de ori mai mare decât energia disponibilă pentru arderea metanului.

CELULE DE COMBUSTIBIL - PREZENTARE GENERALĂ Introducere

Eficiențe relative la conversia energiei

Motoarele termice cu ardere internă tradiționale arde un combustibil pentru a produce amestecuri de gaze sub presiune la cea mai ridicată temperatură (T1, în grade absolute, kelvin (K)) permisă de materialele care conțin utilizate, care sunt apoi extinse la volume mai mari la temperaturi mai mici (T2) împotriva dispozitive sensibile la presiune (pistoane, pale ale turbinei) capabile să efectueze lucrări. Deoarece energia disponibilă a unui gaz ideal presupus este proporțională cu temperatura sa, energia maximă, adică, de lucru, pe care gazul o poate efectua (înainte de frecare și orice alte pierderi în mediu) este proporțională cu T1 - T2 și eficiența maximă al motorului termic este (T1 - T2)/T1, adică, lucrul maxim posibil disponibil împărțit la energia termică disponibilă inițial în gaz. Aceasta este teorema din 1824 a inginerului și fizicianului militar francez N. L. S. Carnot. O mașină eficientă poate avea o eficiență practică de 60% din valoarea maximă Carnot, oferind un randament maxim de aproximativ 35% în general în unitățile diesel mici, cu sarcină constantă.

Spre deosebire de motoarele termice, bateriile și FC-urile sunt convertoare de energie directe care funcționează în mod ideal izoterm, adică la o temperatură internă aproape constantă. În esență, împart energia totală de încălzire a oxidării unui combustibil prin arhitectura lor specială de conversie internă într-o componentă de energie liberă Gibbs (ΔG, disponibilă ca energie electrică continuă) și căldura uzată sau entalpia prin procesul electrochimic pe care îl folosesc. Dacă un astfel de motor este ideal, expresia clasică Gibbs (convenția termodinamică normală este de a lua în considerare entalpia sau căldura pierdută în sistemul care reacționează; cu toate acestea, căldura de ardere este căldura transferată în mediu, astfel încât cantitățile termodinamice de mai sus au semne inversate comparativ cu valorile convenționale):

se va aplica, unde rGr este energia de combustie reversibilă Gibbs liberă, ΔHr valoarea de încălzire sau căldura de ardere a combustibilului și ΔSr entropia reversibilă a reacției, toate la temperatura T. Acestea sunt în unități molare în condiții de presiune standard, adică, gaze la o presiune absolută atmosferică standard (1 atm). Această expresie este ușor de înțeles prin observarea că energia rezultată dintr-o reacție trebuie să aibă o cantitate reziduală rămasă corespunzătoare cu cea a energiei interne a moleculelor de produs rezultate care intră în mediu, adică TΔSr.

La prima vedere, conversia directă a energiei poate permite eficiențe mult mai bune decât motoarele termice, deoarece la 100 ° C (373 K), ΔGr pentru metan (efectiv gaz natural (NG)) oxidarea este aproape egală cu valoarea sa de ΔHr, atât pentru gaz, cât și pentru gaz. produs de apă. Combustibilii care conțin hidrogen au două călduri de ardere sau așa-numitele valori de încălzire, valoarea de încălzire mai mare (HHV), care include energia disponibilă teoretic atunci când produsul de vapori de apă este lăsat să se condenseze (căldura latentă de condensare) și valoarea de încălzire mai mică (LHV) pentru vaporii de apă ai produsului. Pentru hidrogen la 25 ° C (298 K), primul este cu 20,8% mai mare decât al doilea. Pe baza definiției convenționale a eficienței (munca produsă de sistem împărțită la LHV a combustibilului), eficiența 100% pentru metan este teoretic posibilă. Valoarea corespunzătoare pentru hidrogen ar fi de aproximativ 93%. Cu toate acestea, celulele practice prezintă pierderi, care depind de tipul de electrolit pe care FC îl folosește. Acestea sunt discutate în secțiunile următoare.