Fűtőérték

Egy tüzelőanyag fűtőértéke az a hőmennyiség, amely 1 kg tüzelőanyagból kinyerhető olyankor, ha a füstgázzal együtt távozó víz gőz halmazállapotban hagyja el a berendezést. Értékét úgy kapjuk meg, ha az anyag égéshőjéből kivonjuk a gőzként távozó vízmennyiség párolgáshőjét.

A fűtőérték tipikus mértékegységei szilárd anyagoknál kJ/kg, MJ/kg, légnemű anyagoknál kJ/Nm³, kémiailag tiszta anyagoknál J/mol, vagy kJ/mol.

A fűtőérték használata indokolt a gyakorlati számításokban (tüzelőanyag-igény vagy kazánhatásfok számítása) minden olyan esetben, amikor a távozó víz halmazállapota gőz, vagyis, amikor a füstgáz >100 °C hőmérsékletű. A fűtőérték nem használható az ún. kondenzációs kazánok esetében, ahol a füstgázt 100 °C hőmérséklet alá hűtik. Ekkor a gőz még a kazánban kicsapódik a füstgázból, s így hasznosítható a párolgáshője.

A fűtőértéket időnként az angolszász irodalomból tükörfordítással létrehozott „alsó fűtőértékként” (Lower Heating Value – LHV) szokás nevezni. A felső fűtőérték (Higher Heating Value) nagyobb, mert beleszámítják az égésnél keletkező vízgőz kondenzációs hőjét (az égésvégi hőmérsékletről a szobahőmérsékletre lehűlő és cseppfolyósodó víz által visszanyert hőmennyiséget). A fűtőérték elnevezése eredetileg $\Delta _{i}{H}$ inferior calorific value (alsó fűtőérték), illetve $\Delta _{s}{H}$ superior calorific value (felső fűtőérték), izobár entalpia-növekményként kifejezve.

Értelmezése

Iniciáló gyújtásnál az éghető anyag és az égést tápláló oxigén elegyének csak egy kis részét hevítjük a gyulladási hőmérsékletre; annyit, amennyi elegendő az égési folyamathoz.

A jelenség hasonló a bomba kaloriméter működéséhez. Ott egy pamutszálat helyezünk oxigén atmoszférába, és elektromos szikrával begyújtjuk a keveréket.

Az anyagok égése a következő folyamatokat tartalmazza.

• Az éghető anyag felmelegítése a gyulladási hőmérsékletre. A természetes anyagok vizet is tartalmaznak, ez azonban nem vesz részt az égési folyamatban, de fel kell melegíteni.
• A levegő felmelegítése a gyulladási hőmérsékletre
• A gyulladáshoz szükséges hőmenyiség bevezetése (nem öngyulladó elegyeknél)
• Égés. A folyamatnál létrejövő reakcióhő általában pozitív.
  • A hétköznapi jelenségeknél nem ég el az éghető anyag egésze, illetve nem is érintkezik az oxigénnel. Ezért az égéstermék tartalmazhat valamennyit az éghető anyagból
  • Tekintettel arra, hogy nem képes az oxigén hiánytalanul érintkezni az éghető anyaggal, ezért az égéshez elméletileg szükségesnél több levegőre van szükségünk. A valóságos és az elméleti levegőszükséglet hányadosa a légfeleslegtényező
• Az égéstermékek expanziója – nem feltétlenül adiabatikus
• Ha az égéstermékekből az égési reakcióból származó víz kondenzálódik, ez hőbevezetésként jelenik meg.
• A füstgázok nem hűlnek le a kiinduló hőmérsékletre, ezt veszteségként számítják. Szükséges azonban ahhoz, hogy létrejöjjön a kéményhatás, vagyis a füstgáz az alacsonyabb sűrűsége miatt természetes úton távozzék

Mérése és számítása

• Tiszta vegyi anyagoknál a szokásos módon számítható a kémiai reakció és a reakcióhő. Például a gázállapotú metán égése: $\Delta _{c}H_{({\mathrm {CH} }_{4},\mathrm {g} ,298,15\mathrm {K} )}^{\ominus }=-890,3\ \mathrm {kJ\ mol^{-1}}$az IUPAC szerint a következő reakcóra értelmezve:

$\mathrm {CH_{4}(g)+2O_{2}(g)\to CO_{2}(g)+2H_{2}O(l)}$    (ahol l liquid, tehát a víznek cseppfolyós állapotára vonatkozik)

• Általános anyagoknál vegyelemzés útján meghatározzák az összetevő elemeket, és mindegyikhez hozzárendelik az égéshőt. Barnaszén esetén például C 49,6%; H 3,7%; S 0,4%; O 18,7%; N 0,6%; hamu 7%; víz 20%, ebből a fűtőérték 19,678 MJ/kg
• Kísérletileg megmérik kaloriméterben

Anyagok égéshője és fűtőértéke

1 MJ/kg = 1000 kJ/kg; 1 MJ = 0,27778 kWh; 1kWh = 3,6 MJ

Szilárd fűtőanyagok

Fűtőanyag	Égéshő $\Delta _{c}{H}$, MJ/kg	Fűtőérték, MJ/kg	Fűtőérték, kWh/kg
Frissen vágott fa	*	6,8	1,9
Szárított fa	19	14,4-15,8	4-4,4
Papír	*	15	4,2
Szalma	*	17	4,8
Fapellet	*	18	5
Tőzeg	23	15	4,2
Olajosmagvak	*	20	5,6
Barnaszén	10	8	2,2
Barnaszén brikett	21	20	5,6
Kőszén	29–32,7	27–32,7	7,5-9
Grafit	32,8	egyenlő az égéshővel	9,1
Gumi	*	35	9,7
Paraffin	49	45	12,5
Foszfor	25,2	egyenlő az égéshővel	7
Kén	9,3	egyenlő az égéshővel	2,6
Magnézium	25,2	egyenlő az égéshővel	7

Folyékony tüzelőanyagok (25 °C hőmérsékleten)

Fűtőanyag	Égéshő (MJ/kg)	Fűtőérték (MJ/kg)	Fűtőérték (kWh/kg)
Biodízel	40 (Repceolaj-metilészter)	37	10,2
Metil-alkohol	22,7	19,9	5,5
Etil-alkohol	29,7	26,8	7,4
Izopropanol	33,6	30,7	8,5
Benzol	41,8	40,1	11,1
Fűtőolaj	43–46	40–43	11,1-11,9
Gázolaj	46	43	11,9
Benzin	47	43	11,9
Paraffinolaj	49	45	12,5

Légnemű fűtőanyagok (25 °C-on)

Fűtőanyag	Égéshő (MJ/kg)	Fűtőérték (MJ/kg)	Égéshő (MJ/m³)	Fűtőérték (MJ/m³)	Fűtőérték (kWh/m³)
Hidrogén	141,800	119,972	12,745	10,783	2,995
Szén-monoxid	10,103	10,103	12,633	12,633	3,509
Torokgáz (nagyolvasztóktól)	1,5–2,1	1,5–2,1	2,5–3,4	2,5–3,3	0,695–0,917
Városi gáz	18,21	16,34	19–20	17–18	4,72–5,00
Földgáz	36–50	32–45	35–46	31–41	8,6–11,4
Metán	55,498	50,013	39,819	35,883	9,968
Etán	51,877	47,486	70,293	64,345	17,874
Etilén	50,283	47,146	63,414	59,457	16,516
Acetilén	49,912	48,222	58,473	56,493	15,693
Propán	50,345	46,354	101,242	93,215	25,893
n-Bután	49,500	45,715	134,061	123,810	34,392
i-Bután	49,356	45,571	133,119	122,910	34,142