Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Разница между высшей и низшей теплотой сгорания равна теплоте, затраченной на испарение влаги топлива и воды, образующейся при окислении водорода. В отечественной теплоэнергетике за расчётную величину почти всегда принимают низшую теплоту сгорания на рабочую массу (Qнр). Терминология и методы — по ГОСТ 147-2013 и ГОСТ 21261-91.
Значения приведены для сухой массы; в реальном (рабочем) состоянии теплота сгорания ниже из-за влаги и золы. Метод определения — сжигание в калориметрической бомбе по ГОСТ 147-2013 (ISO 1928:2009) с последующим расчётом низшей теплоты сгорания. Для угля точные данные берут из паспорта качества конкретной марки.
Для жидких нефтепродуктов высшую теплоту сгорания определяют калориметрическим методом по ГОСТ 21261-91 либо ГОСТ 33299-2015 / ГОСТ 34210-2017, а низшую вычисляют расчётом. Заметно более низкие значения у спиртов объясняются присутствием связанного кислорода в молекуле.
Для газов основной расчётной величиной служит объёмная теплота сгорания, так как учёт ведётся в кубометрах. По ГОСТ 5542-2022 низшая теплота сгорания товарного природного газа при стандартных условиях должна быть не менее 31,8 МДж/м³ (7600 ккал/м³). Объёмную теплоту сгорания газовой смеси по компонентному составу вычисляют по ГОСТ 31369-2021 (ИСО 6976:2016). У водорода уникально высокая массовая, но низкая объёмная теплота сгорания из-за малой плотности.
Калорийный эквивалент равен отношению низшей теплоты сгорания рабочего топлива к 29,3 МДж/кг: Эк = Qнр / 29,3. Чтобы перевести натуральное топливо в условное, его массу (или объём для газа) умножают на этот коэффициент. Значения ориентировочные — для точного учёта берут фактическую теплоту сгорания партии.
Теплота сгорания топлив — основной энергетический показатель, по которому ведут расчёт расхода топлива, мощности горелок, КПД котлов и теплового баланса установок. Ниже собрана справочная таблица значений низшей и высшей теплоты сгорания для твёрдого, жидкого и газообразного топлива, разобрана разница между ними, единицы измерения (МДж/кг, МДж/м³, ккал) и порядок применения этих данных в инженерных расчётах.
Теплота сгорания — это количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании единицы количества топлива. Её относят либо к единице массы (массовая удельная теплота сгорания, МДж/кг), либо к единице объёма для газов (объёмная, МДж/м³). Физически это результат экзотермической реакции окисления горючих составляющих — прежде всего углерода и водорода — кислородом воздуха, при которой химическая энергия связей переходит в тепловую.
Величина зависит от химического состава топлива и его влажности. Поэтому одно и то же по названию топливо (скажем, бурый уголь или дрова) в разных партиях может заметно отличаться по теплотворности. В справочных таблицах приводят либо усреднённые значения, либо диапазон, а для ответственных расчётов теплоту сгорания берут из паспорта качества партии или определяют в калориметрической бомбе.
Теплота сгорания — это «энергетическая плотность» топлива: чем она выше, тем меньше топлива требуется для получения той же тепловой мощности.
Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Разница между ними связана с агрегатным состоянием воды в продуктах сгорания.
При горении водорода топлива и при испарении содержащейся в нём влаги образуется водяной пар. Если пар сконденсировать и охладить продукты сгорания до начальной температуры, выделится дополнительная теплота конденсации — её учитывает высшая теплота сгорания (Qв). На практике в большинстве установок дымовые газы уходят горячими, влага не конденсируется, а уносится в виде пара. Реально полезное тепловыделение в этом случае описывает низшая теплота сгорания (Qн), которая меньше высшей на величину теплоты конденсации.
На испарение примерно 1 кг влаги затрачивается около 2,5 МДж теплоты. При сгорании топлива, содержащего Hр процентов водорода, образуется примерно 9·Hр воды, к которой добавляется собственная влага Wр. Отсюда связь величин на рабочую массу:
В отечественных теплотехнических расчётах за основу почти всегда принимают низшую теплоту сгорания на рабочую массу. Высшую используют при метрологических измерениях в калориметре и при оценке конденсационных котлов, способных утилизировать теплоту конденсации.
Таблицы 2–4 в начале статьи разбиты по агрегатному состоянию топлива. Чтобы правильно ими воспользоваться, важно учитывать несколько моментов.
Значения в таблице 2 даны для сухой массы. В рабочем состоянии теплота сгорания будет ниже на величину, связанную с влажностью и зольностью. Для угля разброс особенно велик: антрацит и качественный каменный уголь приближаются к условному топливу, тогда как сырой бурый уголь с высокой влажностью отдаёт в 2–3 раза меньше тепла. Поэтому марку и характеристики угля всегда сверяют с паспортом.
Жидкие нефтепродукты однородны по составу, и разброс значений невелик: бензин, дизельное топливо и керосин лежат в узком коридоре около 43–44 МДж/кг. Мазут стоит чуть ниже из-за содержания серы, смол и влаги. Для перевода в объёмные единицы (МДж/л) массовую теплоту умножают на плотность топлива.
Для газов основной величиной служит объёмная теплота сгорания (МДж/м³), приведённая к стандартным условиям. Именно она нужна при подборе горелок и расчёте расхода газа, поскольку коммерческий учёт ведётся в кубометрах. Обратите внимание на разницу между массовой и объёмной теплотворностью: у водорода рекордная массовая теплота сгорания, но из-за крайне малой плотности объёмная теплота втрое ниже, чем у природного газа.
Если известен элементный состав твёрдого или жидкого топлива, теплоту сгорания можно вычислить аналитически по формуле Д. И. Менделеева. Для низшей теплоты сгорания на рабочую массу она имеет вид:
Первые слагаемые отражают вклад горючих элементов, кислород топлива снижает тепловыделение (он уже частично связал водород и углерод), а последний член вычитает теплоту, уносимую с водяным паром. Если последний член отбросить, формула даёт высшую теплоту сгорания. Для газовых смесей применяют аналогичный принцип — суммируют теплоту отдельных компонентов с учётом их долей (ГОСТ 31369-2021).
Чтобы сопоставлять разные виды топлива и суммарно учитывать их в энергетике, введено понятие условного топлива. За единицу принимают топливо с низшей теплотой сгорания 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг) — это близко к теплотворности качественного каменного угля. Одна тонна условного топлива (т.у.т.) эквивалентна 29,3 ГДж тепловой энергии.
Перевод натурального топлива в условное выполняют через калорийный эквивалент — отношение низшей теплоты сгорания рабочего топлива к 29,3 МДж/кг:
Готовые ориентировочные коэффициенты сведены в таблицу 5. Например, у природного газа эквивалент превышает единицу, а у дров и сырого бурого угля он существенно меньше — на единицу массы они дают меньше тепла, чем эталон.
Теплота сгорания входит практически во все базовые теплотехнические расчёты:
На фактическую теплотворность топлива влияет несколько факторов:
Чем больше влаги, тем ниже рабочая теплота сгорания: часть тепла тратится на испарение воды, а сама вода балласт. Особенно чувствительны к этому дрова, торф и бурый уголь.
Минеральные примеси не выделяют тепла, но входят в массу топлива, снижая его удельную теплотворность. У пеллет зольность мала (менее 1 %), у некоторых углей и сланцев — значительна.
Тепловыделение растёт с содержанием углерода и водорода. У водорода рекордная массовая теплота сгорания, поэтому богатые водородом топлива энергоёмки по массе. Связанный кислород (как в спиртах) снижает теплотворность.
Чем «старше» уголь, тем выше доля углерода и теплотворность: антрацит превосходит каменный уголь, а тот — бурый.
Теплоту сгорания определяют экспериментально (сжигание навески в калориметрической бомбе с измерением выделившейся теплоты) либо расчётом по составу. Методы и терминология закреплены действующими стандартами:
При расхождении справочных данных приоритет отдают первоисточнику — действующему стандарту или паспорту качества конкретной партии топлива.
В подавляющем большинстве теплотехнических расчётов используют низшую теплоту сгорания на рабочую массу (Qнр), поскольку в обычных установках водяной пар не конденсируется и уходит с дымовыми газами. Высшую теплоту применяют при калориметрических измерениях и для конденсационных котлов.
Низшая теплота сгорания товарного природного газа при стандартных условиях по ГОСТ 5542-2022 должна быть не менее 31,8 МДж/м³ (7600 ккал/м³). На практике для большинства сетей значение находится в диапазоне примерно 31,8–36 МДж/м³ в зависимости от состава.
По массе водород действительно вне конкуренции — около 120 МДж/кг. Но из-за крайне малой плотности его объёмная теплота сгорания составляет лишь около 10,8 МДж/м³, что втрое ниже природного газа. Сложности хранения и транспортировки пока ограничивают его широкое использование.
1 МДж ≈ 238,8 ккал (1 ккал ≈ 4,1868 кДж). Например, 29,3 МДж/кг ≈ 7000 ккал/кг — это и есть теплотворность условного топлива.
Это расчётная единица с теплотой сгорания 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг), к которой приводят разные виды топлива для сопоставления и сводного учёта. Перевод выполняют через калорийный эквивалент — отношение низшей теплоты сгорания топлива к 29,3 МДж/кг.
Главная причина — влажность и зольность. Вода и минеральные примеси не выделяют тепла, но входят в массу топлива; часть энергии к тому же тратится на испарение влаги. Поэтому для таких топлив всегда указывают диапазон, а точное значение берут по результатам анализа.
Да, для твёрдого и жидкого топлива применяют формулу Менделеева, которая по содержанию углерода, водорода, кислорода, серы и влаги даёт низшую (или высшую) теплоту сгорания. Это инженерная оценка; арбитражным остаётся прямое калориметрическое определение.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.