Nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp: Khái niệm và phương pháp xác định giá trị nhiệt trị nhiên liệu

Nhiệt trị là một tính chất cơ bản của nhiên liệu, nó góp phần quan trọng trong việc thiết kế và chế tạo thiết bị chuyển hoá năng lượng từ nhiên liệu thành công có ích một cách hiệu quả. Trong các ngành công nghiệp hiện nay thì nó đóng vai trò trong việc quyết định hiệu suất làm việc của lò hơi. Vậy nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp là gì và cách tính cũng như có thiết bị nào để đo giá trị này, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu qua bài viết sau.

Khái niệm nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp

Nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp là hai giá trị thể hiện lượng nhiệt sinh ra trong quá trình đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn là P= 760 mmHg và t= 0^oC. Nhiệt trị cao là giá trị nhiệt lượng được tính khi sản phẩm cháy vẫn còn hơi nước ngưng tụ trong đó, còn nhiệt trị thấp là giá trị khi trong sản phẩm cháy không còn hơi nước ngưng tụ.

Trong kỹ thuật và trong tính toán ta hay sử dụng giá trị nhiệt trị thấp này do trong thực tế khi đốt nhiên liệu, hơi nước đều đi theo khói thải ra ngoài môi trường.

Nhiệt trị của nhiên liệu có thể xác định trực tiếp bằng thực nghiệm trên nhiệt lượng kế hoặc dùng các công thức thực nghiệm theo các thành phần của nhiên liệu.

Nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp

Phương pháp xác định nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp theo tính toán

Nhiệt trị cao: là nhiệt trị nhiên liệu được tính khi có hơi nước ngưng tụ trong sản phẩm cháy và được tính theo công thức:

Q_c = Q_t + r(M+9h)

Trong đó:

Q_c là nhiệt trị cao của nhiên liệu

Q_t là nhiệt trị thấp của nhiên liệu,

r có giá trị là 2453 kJ/kg

Nhiệt trị thấp: là nhiệt trị của nhiên liệu khi đốt cháy mà sản phẩm cháy không có hơi nước ngưng tụ. Nhiệt trị thấp của nhiên liệu sẽ thấp hơn nhiệt trị cao và dưới đây sẽ là giá trị nhiệt trị thấp của một số nhiên liệu:

Tính nhiệt trị nhiên liệu từ thành phần hoá học (kJ/kg):

Thành phần hoá học của nhiên liệu gồm có: C + H +S +O +N +A +M= 100%.

Từ đó ta tình được nhiệt trị thấp của nhiên liệu theo nhóm như sau:

Hỗn hợp nhiên liệu rắn hoặc lỏng:

Q_t = g₁Q_t1 + g₂Q_t2 + g₃Q_t3 +….,

Với g_i  và Q_ti là tỷ lệ khối lượng nhiên liệu thứ i và nhiệt trị thấp của nó, và tổng của chúng bằng 100%.

Nhiên liệu lỏng (sai lệch khoảng 400 kJ/kg):

Q_t = 35100C + 94000H + 10500 (S- O)

Nhiên liệu khí ở trạng thái khô (kJ/m3tc):

CO.Q_CO + H₂.Q_H2 + H₂S.Q_H2S + C_mH_n.Q_CmHn

Nhiên liệu tiêu chuẩn: Q_t = 29303 kJ/kg (tức 7000 kcal/kg).

Nhiệt tri cao, nhiệt trị thấp

Nhiệt lượng kế đo nhiệt trị

Nhiệt lượng kế là thiết bị được sử dụng để đo nhiệt lượng hoặc quá trình đo nhiệt của các phản ứng hóa học, thay đổi vật lý hoặc khả năng nhiệt. Nguyên lý chung của tất cả các loại nhiệt lượng kế là chuyển tất cả nhiệt đốt cháy của một lượng đã biết nhiên liệu cho một lượng xác định, từ sự tăng nhiệt độ của nước, người ta tính được nhiệt trị của nhiên liệu.

Để xác định trực tiếp nhiệt tri của nhiên liệu thì có một số điều kiện cơ bản cần đáp ứng để đó được giá trị chính xác sau:

• Sự cháy phải diễn ra hoàn toàn, không có khói và không còn tạo ra khí CO.
• Không còn khí hydrocacbon chưa cháy hết thoát ra.
• Không có cacbon chưa bị cháy.
• Nhiệt phải truyền hoàn toàn cho nước, đối với các lượng nhiệt mất đi trong khi xác định cần được hiệu chỉnh.
• Sự tăng nhiệt độ của nước phải được xác định chính xác, vì khối lượng nhiên liệu phải sử dụng là rất nhỏ soi với lượng nước cần làm bay hơi.

Cách đo nhiệt trị bằng nhiệt lượng kế

Khi sử dụng nhiệt lượng kế để đó giá trị nhiệt lượng của nhiên liệu, chúng ta thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Cho vật có khối lượng m1 (kg) ở nhiệt độ t1 (°C) có nhiệt dung riêng là c1 (J/kg.K).

Bước 2: Khi cân bằng nhiệt xảy ra, đo nhiệt kế thấy vật có nhiệt độ t2 (°C).

Bước 3: Sử dụng phương trình tính nhiệt lượng để tính nhiệt lượng:

Q = m.c. ∆t

Trong đó: Q là nhiệt lượng, đơn vị: Jun (J)

m: Khối lượng của vật,  đơn vị Kilogam (Kg)

c: Nhiệt dung riêng của chất tạo ra vật với đơn vị là J/kg.K

∆t: Là độ tăng hay giảm nhiệt độ của vật, có đơn vị là °C hoặc K.

Để dễ hình dung hơn, chúng ta sẽ có vị dụ cụ thể như sau:

Lấy khoảng 1g mẫu chất dạng rắn hoặc lỏng, cho vào trong một chén nung rồi đặt vào bên trong một bình kín bằng thép không gỉ. Bình kín hay bom nhiệt lượng, nhiệt lượng kế được cấp đầy oxy kỹ thuật (99,95%) ở áp suất 30 bar.

Mẫu được đốt cháy nhờ một sợi cotton nối với dây bắt lửa bên trong nhiệt lượng kế và bốc cháy. Trong quá trình cháy, nhiệt độ bên trong chén nung có thể tăng lên đến 1000 ° C, kéo theo sự gia tăng áp suất. Lúc này, tất cả các vật chất hữu cơ đều bị đốt cháy và oxy hóa hoàn toàn.

Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình đốt cháy mẫu có thể được tính toán theo phương pháp đoạn nhiệt, đẳng nhiệt hay động lực.

Nhiệt lượng kế đo nhiệt trị

Các loại nhiệt lượng kế đo nhiệt trị

Có 3 loại nhiệt lượng kế thường dùng nhất như:

Nhiệt lượng kế đoạn nhiệt:

Với nhiệt lượng kế đoạn nhiệt, trong suốt quá trình thí nghiệm, nhiệt độ của bình cách nhiệt bên ngoài và nhiệt độ của bình chứa bom nhiệt lượng bên trong là bằng nhau. Điều này đồng nghĩa với việc sự cách nhiệt gần như hoàn hảo nhất.

Khi sử dụng nhiệt lượng kế đoạn nhiệt, người thực hiện không cần tính toán hiệu chỉnh.

Nhiệt lượng kế đẳng nhiệt:

Với nhiệt lượng kế đẳng nhiệt, trong suốt quá trình thí nghiệm, nhiệt độ của bình cách nhiệt bên ngoài được duy trì và không thay đổi . Mọi tác động của môi trường đều đã được giảm thiểu bằng cách duy trì nhiệt độ không khí trong phòng một cách ổn định.

Khi sử dụng nhiệt lượng kế đẳng nhiệt, sự cách nhiệt diễn ra không hoàn toàn bởi xảy quá trình truyền nhiệt giữa bình chứa bom nhiệt lượng và bình cách nhiệt vẫn ở mức độ nhỏ. Vì vậy, người thực hiện cần tính toán đến sự trao đổi nhiệt này bằng một hệ số hiệu chỉnh gọi là hệ số Regnault – Pfaundler.

Nhiệt lượng kế động lực:

Đây là phiên bản rút gọn của chế độ đo đoạn nhiệt và/hoặc đẳng nhiệt. Kết quả phép đo bằng nhiệt lượng kế động lực vẫn phải tuân theo các tiêu chuẩn Relative Standard Deviation (RSD).

Nhiệt trị là đại lượng không thể bỏ qua khi quyết định lựa chọn nhiên liệu đốt để đảm bảo tiết kiệm chi phí vận hành cũng như nâng cao hiệu quả hoạt động của thiết bị đốt như lò hơi công nghiệp. Hãy gọi cho Lò hơi Bách Khoa để sở hữu sản phẩm lò hơi chất lượng khi quý khách có nhu cầu.