1.5.3. Види і основні характеристики палива

Паливо – речовина, при спалюванні якої виділяється значна кількість теплоти, яка використовується як джерело одержання теплової енергії і як сировина в хімічній, металургійній та інших галузях промисловості.

Паливо, що містить органічні речовини, називають вуглеводним.

Розрізняють природне і штучне паливо. До природного належать видобувні й рослинні види палива, а до штучних – продукти переробки його природних видів. Усі палива за агрегатним станом підрозділяються на тверді (видобувне вугілля і сланці, торф, деревина), рідкі (нафта, нафтопродукти) і газоподібні (природний і побіжний гази й ін.).

Основною характеристикою палива є його теплота горіння, тобто кількість тепла, що виділяється при повному його спалюванні. Розрізняють теплоту горіння питому (МДж/кг) і об’ємну (МДж/м³).

За питомою теплотою горіння (МДж/кг) види палива характеризуються наступним чином:

Паливо Питома теплота горіння

МДж/кг

Дрова 8,3-15,5

Пальний сланець 8,4-20

Торф 8,4-21

Буре вугілля 10,5-21

Кам’яне вугілля прибл. 29,4

Антрацит 32,8-32,6

Природний пальний газ на 1 куб. м 25,2-46,2

Нафта 42

За енергетичною цінністю види палива характеризуються наступним чином:

Паливо Енергетична цінність

кВт·г/кг

Дрова 2,33- 4,32

Пальний сланець 2,33- 5,82

Торф 2,33- 4,66

Буре вугілля 2,92- 5,82

Кам’яне вугілля прибл. 8,15

Антрацит 9,08- 9,32

Природний пальний газ на 1 куб.м 6,98-12,82

Нафта 11,63

Різноманітні види палива порівнюються за їх питомою теплотою горіння, тобто за кількістю енергії, що виділяється при спалюванні кілограма палива.

Для обчислення загальних запасів палива різноманітні його види умовно заміняють так званим умовним паливом із питомою теплотою горіння 29,4 МДж/кг. Якщо зазначити питому теплоту горіння даного палива через Q, а його кількість (у кілограмах або тоннах) через Т, знайдемо еквівалентну йому кількість Х умовного палива за однією з таких формул:

Х = ТQ / 29,4 або Х = ТQ / 8,15,

залежно від того, в яких одиницях (МДж/кг або кВт·г/кг) задано Q.

Практично при відповідних розрахунках приймають:

1т кам’яного вугілля = 1 т умовного палива.

1т бурого вугілля = 0,4 т умовного палива.

1т нафти = 1,4 умовного палива.

1000 м³ природного газу = 1,3 т умовного палива.

Дещо складніше порівняння паливних і непаливних енергетичних ресурсів. Потужність гідроенергії, що вимірюється в кіловатах, залежить від висоти (напору) води та її витрати, тобто кількості води, що протікає в обраному створі ріки за одиницю часу. Її обчислюють у такий спосіб.

Вода, падаючи з висоти, виконує роботу, рівну добутку її ваги на висоту падіння. Маса води пропорційна її об’єму. Якщо позначити через R її витрати, тобто кількість кубометрів води, що падає за секунду, а через Н – висоту падіння, виражену в метрах, можна обчислити потужність N водяного потоку в кіловатах за такою формулою:

N = (1000 / 102) RH = 9,8 RH.

У цій формулі 1000 – число кілограмів у кубометрі води, а 102 – число кілограмометрів у секунду, рівне одному кіловату потужності.

Приймаючи середній коефіцієнт корисної дії гідроспоруди рівним 0.80-0.85, одержуємо практичне вираження для потенційної (теоретичної) потужності водяного потоку:

N = 8RH, кВт.

Поняття умовного палива застосовують не тільки для обчислення загальних відходів палива, але і для обчислення енергетичних ресурсів будь-якого виду. Вихідною величиною при цьому служить середня кількість вагових одиниць умовного палива, що фактично витрачаються на теплових електростанціях для одержання однієї кіловат-години електроенергії при даному рівні енергетичної техніки (у даний час – біля 0,35 кг). За допомогою цього розміру визначають кількість умовного палива, еквівалентного ресурсам непаливних джерел енергії (кількість кіловат-годин електроенергії, які можна одержати від них за рік).

Запаси гідроенергії на визначеній території являють собою суму потенційної потужності усіх водотоків, помножену на число часів можливого її використання за рік. Це потенційні (теоретичні) гідроенергоресурси. Поряд із ними розрізняють: технічно придатні до використання гідроенергоресурси – частина потенційних, що при даному рівні техніки практично може бути використана; економічно ефективні гідроенергоресурси, використання яких за існуючих умов є економічно вигідним.

При порівнянні непоновлюваних і поновлюваних енергетичних ресурсів необхідно враховувати швидкість поновлення (приріст деревини, а іноді й торфу).

До складу усіх видів палива входить пальна маса (органічна маса і пальні неорганічні речовини: сірка, її з’єднання і т. ін.) і непальна маса (зола, волога). Чим більше в паливі золи, вологи, тим нижче його теплота горіння. Чим вище в органічній масі вміст вуглецю й водню і чим нижче вміст кисню й азоту, тим більше теплота горіння палива.

Одним із найважливіших видів рідкого палива є нафта, що містить в органічній частині 83-87 % вуглецю і 12-14 % водню. Питома теплота горіння нафти коливається в межах 35,8-44 МДж/кг.

Природний газ містить до 98 % метану і є найефективнішим видом палива. На теренах України є практично усі види палива, у тому числі нафта і газ.