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 inferior calorific value (alsó fűtőérték), illetve superior calorific value (felső fűtőérték), izobár entalpia-növekményként kifejezve.

ÉrtelmezéseSzerkesztés

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 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 számításaSzerkesztés

  • Tiszta vegyi anyagoknál a szokásos módon számítható a kémiai reakció és a reakcióhő. Például a gázállapotú metán égése:  az IUPAC szerint[3] a következő reakcóra értelmezve:
     (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 fűtőértékeSzerkesztés

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

Szilárd fűtőanyagokSzerkesztés

Fűtőanyag Égéshő  ,[3] MJ/kg Fűtőérték, MJ/kg Fűtőérték, kWh/kg
Frissen vágott fa[5] * 6,8 1,9
Szárított fa 19 14,4-15,8 4-4,4
Papír * 15 4,2
Szalma * 17 4,8 [6]
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

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[7] 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)Szerkesztés

Fűtőanyag Égéshő (MJ/kg) Fűtőérték (MJ/kg) Égéshő (MJ/m³) Fűtőérték (MJ/m³) Fűtőérték (kWh/m³)
Hidrogén[8] 141,800 119,972 12,745 10,783 2,995
Szén-monoxid[8] 10,103 10,103 12,633 12,633 3,509
Torokgáz (nagyolvasztóktól)[9] 1,5–2,1 1,5–2,1 2,5–3,4 2,5–3,3 0,695–0,917
Városi gáz[9] 18,21 16,34 19–20 17–18 4,72–5,00
Földgáz[9] 36–50 32–45 35–46 31–41 8,6–11,4
Metán[7] 55,498 50,013 39,819 35,883 9,968
Etán[8] 51,877 47,486 70,293 64,345 17,874
Etilén[8] 50,283 47,146 63,414 59,457 16,516
Acetilén[7] 49,912 48,222 58,473 56,493 15,693
Propán[7] 50,345 46,354 101,242 93,215 25,893
n-Bután[10] 49,500 45,715 134,061 123,810 34,392
i-Bután[10] 49,356 45,571 133,119 122,910 34,142

JegyzetekSzerkesztés

  1. Budó, Ágoston, Pócza Jenő. (Hőtan), Kísérleti fizika I.. Budapest: Tankönyvkiadó (1986). ISBN 963 17 8772 9 
  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. Michael Herrmann, Jürgen Weber: Öfen und Kamine: Raumheizungen fachgerecht planen und bauen. (hely nélkül): Beuth Verlag. 2011. 58. o. ISBN 3-410-21307-4 korlátozott előnézet a Google Könyvekben  
  6. Brennstoffdaten und Infos für Getreidekorn und Halmgut. Energiegetreide, Stroh, Strohpellets Miscanthus etc. Heizwert, Schüttgewicht, Aschegehalt, Schmelzpunkt, chemische Zusammensetzung, Brennstoff- und Energiekosten
  7. a b c d Erich Hahne: Technische Thermodynamik: Einführung und Anwendung. (hely nélkül): Oldenbourg Verlag. 2010. 406., 408. o. ISBN 3-486-59231-9 korlátozott előnézet a Google Könyvekben  
  8. a b c d Karl-Heinrich Grote: Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau. (hely nélkül): Springer DE. 2011. 48. o. ISBN 3-642-17306-3 korlátozott előnézet a Google Könyvekben  
  9. a b c Günter Cerbe: Grundlagen der Gastechnik: Gasbeschaffung – Gasverteilung – Gasverwendung. (hely nélkül): Hanser. 2008. ISBN 3-446-41352-9  
  10. a b Gase, Heizwerte