Fűtőérték

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

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[1] 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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[2] 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 fütgázok 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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Tiszta vegyi anyagoknál a szokásos módon számítható a kémiai reakció és a reakcióhő. Például a gázállapotú metán égése: \Delta _cH^\ominus_{({\mathrm{CH}}_4,\mathrm{g},298,15 \mathrm{K})}=-890,3\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}az IUPAC szerint[3] a következő reakcóra értelmezve:
\mathrm{CH_4(g)+2O_2(g) \to CO_2(g)+2H_2O(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[4]
  • Kísérletileg megmérik kaloriméterben[2]

Anyagok égéshője és fűtőértéke[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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

Szilárd fűtőanyagok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fűtőanyag Égéshő \Delta_c{H}[3], 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 [5]
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)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fűtőanyag Égéshő (MJ/kg) Fűtőérték (MJ/kg) Fűtőérték (kWh/kg)
Biodízel 40 (Repceolaj-metilészter) 37 10,2
Metilalkohol 22,7 19,9 5,5
Etilalkohol 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

Gáznemű fűtőanyagok (25 °C mellett)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fűtőanyag Égéshő (MJ/kg) Fűtőérték (MJ/kg) Égéshő (MJ/m³) Fűtőérték (MJ/m³) Fűtőérték (kWh/m³)
Hidrogén 143 120 11,7 9,9 3,25
Szén-monoxid 10,1 - 11,5 - 3,24
Torokgáz (nagyolvasztóktól) 1,5–2,1 1,5–2,1 2,5–3,4 2,5–3,3 n.a.
Városi gáz n.a. n.a. 19–20 17–18 5,2-5,36
Földgáz n.a. n.a. 35–45 32–42 9,7-12,5
Metán 55,5 50,0 36,3 32,7 -
Etán 51,9 47,5 63,6 58,2 -
Etilén …. * …. * 57,8 54,2 -
Acetilén …. * …. * 53,4 51,6 -
Propán 50,3 46,3 90,4 83,2 25
Bután 49,5 45,7 117 108 32,5

Források és jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Budó, Ágoston, Pócza Jenő. (Hőtan), Kísérleti fizika I.. Budapest: Tankönyvkiadó. ISBN 963 17 8772 9 (1986) 
  2. ^ a b Éghető minta mérése bombakaloriméterrel. ttk.pte.hu, 2007. (Hozzáférés: 2012. június 23.)
  3. ^ a b IUPAC Green Book, 2.11.1 fejezet. media.iupac.org, 2011. (Hozzáférés: 2012. június 21.) Standard enthalpy of combustion
  4. Szilárd tüzelőanyagok fűtőértéke és égéshője. glink.hu, 2012. (Hozzáférés: 2012. június 23.)
  5. Brennstoffdaten und Infos für Getreidekorn und Halmgut. Energiegetreide, Stroh, Strohpellets Miscanthus etc. Heizwert, Schüttgewicht, Aschegehalt, Schmelzpunkt, chemische Zusammensetzung, Brennstoff- und Energiekosten