الحرارة النوعية لاحتراق الوقود: الفحم ، الحطب ، الغاز

يمكن لبعض غلايات الوقود الصلب أن تعمل على أي وقود ، ولكن ليس كلها. لذلك ، قبل شراء الفحم ، انظر إلى جواز سفر وحدتك. يجب الإشارة إلى العلامات التجارية التي تم حساب المرجل من أجلها هناك. في حالة عدم وجود مثل هذه المعلومات ، يمكنك اتباع الطريقة التجريبية. تقوم معظم الشركات التي تبيع هذا النوع من الوقود بتعبئة الفحم. سوف تحتاج إلى أن تأخذ كيسًا من درجات وكسور مختلفة ، وتغرق بالتناوب مع كل منها. حاول استخدام نفس الكمية من الفحم وقم بتقييم المعلمات التالية: مقدار الحرارة ومدة الاحتراق وكمية بقايا الرماد.

الحطب

هذه هي قطع الخشب المنشورة أو المقطعة ، والتي عند حرقها في الأفران والمراجل وغيرها من الأجهزة ، تولد طاقة حرارية.

لسهولة التحميل في صندوق الاحتراق ، يتم تقطيع المواد الخشبية إلى عناصر منفصلة يصل طولها إلى 30 سم ، ولزيادة كفاءة استخدامها ، يجب أن يكون الخشب جافًا قدر الإمكان ، ويجب أن تكون عملية الاحتراق بطيئة نسبيًا. في كثير من النواحي ، تعتبر الحطب من الأخشاب الصلبة مثل البلوط والبتولا والبندق والرماد والزعرور مناسبة لتدفئة المباني. نظرًا لارتفاع محتوى الراتينج وزيادة معدل الحرق وانخفاض قيمة السعرات الحرارية ، تعد الصنوبريات أقل شأناً بشكل ملحوظ في هذا الصدد.

كيف تقارن تكلفة قوالب الوقود بتكلفة الحطب؟

كما تعلم ، غالبًا ما يتم بيع الحطب بكميات كبيرة أو مكدسة. إذا تم إحضار الحطب إليك على منصات نقالة في التراص ، فإن المتر المكعب من هذا الحطب يعادل 0.7 متر مكعب من الخشب الكثيف. إذا تم إحضار الحطب بكميات كبيرة في الجزء الخلفي من الشاحنة ، فإن طول الحطب من 30 إلى 35 سم سيحتوي المتر المكعب على 52 ٪ فقط من الخشب الكثيف.

بعبارة أخرى ، من أجل مقارنة تكلفة الحطب السائب للأخشاب الصلبة بتكلفة قوالب الوقود ، ينبغي مضاعفة تكلفة الحطب.

لذلك دعونا نقارن الأسعار. الحطب السائب في منطقة لينينغراد يكلف 1500-1600 روبل. لكل متر مكعب. من حيث الخشب الكثيف ، سيكلف المتر المكعب من الحطب 3000-3200 روبل. في المناطق المجاورة ، يمكن أن يكلف الحطب حوالي مرة ونصف. وبالتالي ، فإن المتر المكعب من قوالب الوقود من نوع Ruf يكلف المشتري ، حسب المنطقة ، 2-3 مرات أكثر تكلفة من الحطب.

قررنا معرفة ما إذا كان هذا الاختلاف في السعر يستحق المزايا الإعلانية المعلنة لقوالب الوقود في شكل الراحة ، وزيادة نقل الحرارة وزيادة وقت احتراق قوالب الوقود. تم إجراء تجربة للهواة ، والتي ، على الرغم من أنها لا تدعي أنها موثوقة علميًا ، يمكن أن توضح بعض جوانب استخدام قوالب الوقود بدلاً من الحطب.

المرجع حسب الموضوع: أنواع أنظمة التدفئة وترتيبها في منزل ريفي - أي تصميم للاختيار

فحم

هي مادة نباتية طبيعية مستخرجة من الصخور الرسوبية.

يحتوي هذا النوع من الوقود الصلب على الكربون وعناصر كيميائية أخرى. هناك تقسيم للمادة إلى أنواع حسب عمرها. يعتبر الفحم البني الأصغر ، يليه الفحم الصلب ، والأنثراسايت أقدم من جميع الأنواع الأخرى. يتم تحديد عمر المادة القابلة للاحتراق أيضًا من خلال محتواها الرطوبي ، والذي يوجد أكثر في المواد الفتية.

في عملية حرق الفحم ، يحدث تلوث بيئي ، ويتشكل الخبث على شبكات المرجل ، مما يخلق ، إلى حد ما ، عقبة أمام الاحتراق الطبيعي. يعد وجود الكبريت في المادة أيضًا عاملاً غير مواتٍ للغلاف الجوي ، حيث يتم تحويل هذا العنصر إلى حمض الكبريتيك في الهواء.

ومع ذلك ، لا ينبغي أن يهتم المستهلكون بصحتهم.يسعى مصنعو هذه المواد ، الذين يعتنون بالعملاء الخاصين ، إلى تقليل محتوى الكبريت فيها. يمكن أن تختلف حرارة احتراق الفحم حتى داخل نفس النوع. يعتمد الاختلاف على خصائص النوع الفرعي ومحتوى المعادن فيه ، وكذلك جغرافية الاستخراج. كوقود صلب ، لا يوجد فقط الفحم النقي ، ولكن أيضًا خبث الفحم منخفض التخصيب ، المضغوط في قوالب.

أصناف الفحم وخصائصها

يعتمد الاقتصاد والكفاءة في تشغيل غلاية الوقود الصلب بشكل مباشر على نوع الوقود المستخدم. بالإضافة إلى نفايات الخشب ، غالبًا ما تستخدم أنواع مختلفة من الفحم كمصدر رئيسي للطاقة. هذا هو السبب في أن أولئك الذين يستخدمونه كوقود رئيسي يحتاجون إلى معرفة قيمته الحرارية المحددة.

أولا، يتميز الفحم بأصله... تحتوي على بقايا نباتات قديمة وكتل بيتومينية خضعت لتغييرات محددة أثناء الغمر. تم تحويل كل هذه المواد إلى وقود فعال في درجات حرارة عالية وفي ظروف نقص الأكسجين. يلاحظ الخبراء أن الوقود الأحفوري يشمل الفحم الحجري والبني ، وكذلك الأنثراسيت.

في هذا الفيديو سوف تتعرف على عملية حرق الفحم البني:

مادة الحجر الطبيعي

ظهر هذا النوع من الوقود في وقت أبكر بكثير من الفحم البني. توجد طبقات كبيرة من المواد تحت الأرض على عمق 3 كيلومترات. يحتوي تركيبه على ما يصل إلى 97٪ من الكربون النقي ، لكن كمية الشوائب المتطايرة في حدود 35٪. أما محتوى الرطوبة في الفحم فهو لا يزيد عن 15٪. وهذا له تأثير إيجابي على الكفاءة الحرارية للحفريات.

في ظل الظروف المثالية ، تكون الحرارة النوعية لاحتراق الفحم في حدود 2100 درجة مئوية. ولكن في فرن التسخين التقليدي ، يتم حرق هذه المواد بحد أقصى 1000 درجة مئوية.

يختلف مستوى انتقال الحرارة في حدود 7 آلاف كيلو كالوري / كجم. وتجدر الإشارة إلى أن هذا النوع من الوقود من الصعب إشعالها، لأنه من الضروري لهذه الأغراض تسخين الفرن إلى 400 درجة مئوية.

هذه المادة ليست مناسبة لإشعال النار

كما تبين الممارسة ، فإن الفحم يستخدم في الغالب من قبل المواطنين العاديين لتدفئة المنازل والبيوت الصيفية والمباني لأغراض أخرى.

مظهر بني عالمي

من بين جميع أنواع الفحم الأحفوري الموجودة ، يعتبر هذا النوع الأصغر سناً. حصل الوقود على اسمه بسبب لونه البني المحدد. من بين خصائصه الرئيسية أنه يحتوي على العديد من الشوائب المتطايرة والرطوبة - أكثر من 40٪. على الرغم من ذلك ، يمكن أن تصل كمية الكربون النقي إلى 75٪. بما أن الفحم البني يحتوي على الكثير من الرطوبة ، فهو كذلك درجة حرارة احتراق منخفضة ونسبة صغيرة من انتقال الحرارة... يبدأ الوقود في الاشتعال عند 260 درجة ، لكن درجة حرارة الاحتراق يمكن أن تصل إلى 2000 درجة مئوية. أما بالنسبة للقيمة الحرارية ، فإن هذا الرقم هو 3600 كيلو كالوري / كجم.

بالطبع ، كمصدر رئيسي للطاقة ، يعتبر الفحم البني أدنى بكثير من الحطب العادي ، وهذا هو السبب في أنه نادرًا ما يستخدم في غلايات الوقود الصلب والمواقد الموجودة في المنازل الخاصة.

من المثير للاهتمام: خصائص حطب ألدر.

تحتوي هذه المادة على الكثير من الرطوبة.
لكن الشكل المقطوع من هذه الحفرية ، والذي خضع لتدريب خاص في الإنتاج على نطاق واسع ، يحظى بشعبية كبيرة. في ظل الظروف الاصطناعية ، يقوم المصنعون بتقليل محتوى الرطوبة ، وبالتالي زيادة كفاءة الطاقة بشكل كبير. وتجدر الإشارة إلى أن انتقال الحرارة للفحم البني المقولب يصل إلى 5 آلاف كيلو كالوري / كجم.

هذا هو واحد من أقدم المعادن ، والذي لا يحتوي عمليا على شوائب ورطوبة متطايرة. لكن كمية الكربون تتجاوز 95٪.أظهرت الدراسات أن الحرارة النوعية لاحتراق الفحم تتراوح من 8500 إلى 9 آلاف كيلو كالوري / كجم - وهذا هو أعلى مؤشر بين جميع أنواع الفحم الموجودة. في ظل الظروف المثالية ، يحترق هذا الوقود عند 2250 درجة مئوية ، لكنه يشتعل عند 600 درجة مئوية. وتجدر الإشارة إلى أن هذا المؤشر نموذجي للأنواع الأقل سعرات حرارية. لإشعال أنثراسايت ، تحتاج إلى استخدام الخشب الجاف ، لأنه من الضروري إنشاء تسخين معين للغلاية أو الموقد.

تصنف هذه المادة الأحفورية كوقود صناعي. استخدمه في غلاية عادية أو فرن باهظ الثمن وغير مربح... على الرغم من حقيقة أن أنثراسيت يقارن بشكل إيجابي مع نظرائه مع انخفاض الدخان ومحتوى الرماد المنخفض.

الى جانب ذلك ، هذه المواد باهظة الثمن.

الكريات

الكريات (كريات الوقود) هي وقود صلب ينتج صناعيًا من نفايات الخشب والنباتات: نجارة ، لحاء ، ورق مقوى ، قش.

يتم تجفيف المواد الخام التي يتم سحقها إلى حالة الغبار وصبها في المحبب ، حيث تخرج على شكل حبيبات ذات شكل معين. يستخدم البوليمر النباتي ، اللجنين ، لإضافة اللزوجة إلى الكتلة. يشكل تعقيد عملية الإنتاج وارتفاع الطلب تكلفة الكريات. يتم استخدام المواد في غلايات مجهزة بشكل خاص.

القيمة الحرارية للحطب

تعتمد كمية الحرارة الناتجة عن حرق الأخشاب على نوع الخشب ومحتوى الرطوبة في الخشب. تقلل الرطوبة من القيمة الحرارية للحطب ، لأن الماء المتبخر يحمل جزءًا من الطاقة الحرارية. تعتمد الخسائر الناتجة عن الرطوبة بشكل طفيف على درجة الحرارة الأولية للحطب (بتعبير أدق ، الماء الموجود فيها) ويتم أخذها بما يعادل 0.63 كيلو واط ساعة لكل كيلوغرام من الماء.

ينتج الحطب النفضي الجاف تمامًا حوالي 5 كيلو وات ساعة من الحرارة لكل كيلوغرام من الحطب. يعطي الحطب الصنوبري الجاف تمامًا حوالي 5.2 كيلو وات في الساعة من الحرارة لكل كيلوغرام من الحطب ، بسبب الاختلاف الكيميائي في خشبهم.

في الظروف الواقعية ، من المستحيل تحقيق جفاف مثالي ، وبالتالي ، يوضح الجدول أدناه القيمة الحرارية لحطب الوقود لأنواع مختلفة من الخشب بمحتوى رطوبة بنسبة 15٪ وللمقارنة بين أنواع الوقود الأخرى:

على الرغم من أن القيمة الحرارية للكتلة للخشب الصنوبري أعلى من تلك الموجودة في الخشب المتساقط ، نظرًا لانخفاض كثافة الخشب ، فإن القيمة الحرارية الحجمية المحددة لحطب الوقود الصنوبري أقل من قيمة الخشب المتساقط. يشغل الخشب الصنوبري مساحة أكبر ويحترق بشكل أسرع.

يمكن للمتر المكعب من الحطب الجاف المتساقط أن يحل محل 200 لتر من الزيت و 200 متر مكعب من الغاز الطبيعي. الطاقة المستخرجة من الخشب هي أيضًا من أصل شمسي. لكن في الوقت نفسه ، على عكس النفط والفحم والغاز ، فإن الخشب مورد متجدد. الحطب كنوع من أنواع الوقود الحيوي هو مصدر للطاقة المتجددة.

قوالب

القوالب عبارة عن وقود صلب يشبه في كثير من النواحي الكريات. تستخدم في تصنيعها مواد متطابقة: رقائق الخشب ، ونشارة الخشب ، والجفت ، والقشور ، والقش. أثناء عملية الإنتاج ، يتم سحق المواد الخام وضغطها في قوالب. يتم تصنيف هذه المواد أيضًا على أنها وقود صديق للبيئة. من الملائم تخزينها حتى في الهواء الطلق. يمكن ملاحظة الاحتراق السلس والموحد والبطيء لهذا الوقود في كل من المواقد والمواقد وفي غلايات التدفئة.

تعد أنواع الوقود الصلب الصديقة للبيئة التي تمت مناقشتها أعلاه بديلاً جيدًا لتوليد الحرارة. بالمقارنة مع المصادر الأحفورية للطاقة الحرارية ، والتي لها تأثير سلبي على البيئة أثناء الاحتراق وهي ، علاوة على ذلك ، غير متجددة ، فإن الوقود البديل له مزايا واضحة وتكلفة منخفضة نسبيًا ، وهو أمر مهم للمستهلكين من بعض الفئات.

في الوقت نفسه ، فإن خطر الحريق من مثل هذا الوقود أعلى من ذلك بكثير. لذلك ، يلزم اتخاذ بعض تدابير السلامة فيما يتعلق بتخزينها واستخدام مواد مقاومة للحريق للجدران.

استخدام الفحم

إنتاج الفحم النباتي اتجاه واعد. يتزايد استهلاكه باستمرار ، ويتم استخدامه في كل من الإنتاج والأغراض المحلية. الاستخدام في الحياة اليومية مألوف للجميع: الطهي على الشواية وفي الشواء اليوم لا يمكن عمليًا الاستغناء عن الفحم. يفضل الكثير من الناس وضع الفحم في المواقد: هذا الوقود لا يدخن ولا ينبعث منه غازات (على وجه الخصوص ، أول أكسيد الكربون) وله قيمة عالية من السعرات الحرارية.

إنتاج الفحم النباتي اتجاه واعد

في الصناعة ، يستخدم الفحم في علم المعادن (لا يُمارس عمليًا في بلدنا) ، لتصنيع المرشحات لأغراض مختلفة. يتم استخدامه في صهر بعض المعادن القيمة ، والسيليكون البلوري ، والكربون المنشط. يتم استخدامه في الزراعة والطب.

يمكنك أيضًا استخدام الفحم للتدفئة. خصوصية احتراقه هو أنه لا توجد ألسنة عالية من اللهب. ولكن هناك حرارة ثابتة موحدة. تعتمد درجة حرارة احتراق الفحم على عدة عوامل: على الكثافة (أنواع مختلفة من الخشب تنتج الفحم بكثافات مختلفة) وعلى جودته (ظروف الاحتراق) وعلى كمية الأكسجين التي يتم توفيرها أثناء الاحتراق. في الموقد المفتوح العادي ، يمكن أن تتراوح درجة الحرارة من 400 درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية ، ولكن في ظل ظروف خاصة يمكن أن تصل إلى 1200 درجة مئوية (تشكيل). إذا تحدثنا عن متوسط ​​القيم ، فإن القيمة الحرارية للفحم تعتبر 30 ميجا جول / كجم.

كما ترون من الجدول ، فإن الفحم ينبعث منه حرارة على الأقل لا تقل عن الفحم وحوالي مرتين ونصف المرة أكثر من أفضل حطب للوقود. لماذا لا يتم استخدامه للتدفئة تقريبًا؟ أولاً ، في بلدنا ، يتم إنتاج الفحم بكميات صغيرة جدًا (ينتج العالم 9 ملايين طن سنويًا ، وروسيا تبلغ 100 ألف طن) وله سعر مرتفع. حتى إذا قمت بشرائه من الشركات المصنعة ، فعند شراء ما يصل إلى 5 أطنان ، يطلبون 180 روبل لكل 10 كجم (18000 لكل طن). حتى مع وجود نفقات اقتصادية ، فقد تكون باهظة الثمن. إذا كنت تعيش في مكان يوجد به عدد كبير من الغابات ، حيث يوجد دائمًا ما يكفي من الأخشاب الميتة ، فإن تأمين كمية معينة من الفحم ليس بالأمر الصعب حتى بدون معدات. يمكنك استخدام تقنيات الفحم التقليدية ، والتي تتطلب فقط برميلًا معدنيًا للعملية ، وحتى مع ذلك فهي ليست ضرورية. بالطبع ، لا يمكنك التخزين بهذه الطريقة طوال فصل الشتاء ، ولكن يمكنك حرقه لوضع بعض الكمية في الغلاية ليلاً للحفاظ على درجة حرارة مريحة.

القيمة الحرارية للفحم أعلى قليلاً من القيمة الحرارية للفحم عالي الجودة