Nhiệt trị là gì?- định nghĩa và ý nghĩa của nhiệt trị

Nhiệt trị, một thuật ngữ thường được đề cập trong ngành công nghiệp năng lượng và môi trường, đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường hiệu suất và chất lượng của nhiên liệu. Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi: "Nhiệt trị là gì?" và "Tầm quan trọng của nó trong các quy trình đốt cháy là gì?" Để giúp bạn có cái nhìn rõ ràng hơn về khái niệm này, chúng tôi sẽ trình bày những thông tin cần thiết về nhiệt trị và ứng dụng của nó. Hãy cùng khám phá sâu hơn về khái niệm này và những đóng góp quan trọng của nhiệt trị trong việc cải thiện hiệu suất và bảo vệ môi trường.

Khái niệm nhiệt trị là gì?

Nhiệt trị (còn được gọi là năng suất tỏa nhiệt) là lượng nhiệt sinh ra khi đốt 1 đơn vị nhiên liệu. Đối vơi nhiên liệu rắn thì đơn vị này là 1kg, và là 1m3tc đối với nhiên liệu khí. Trong đó kg là đơn vị phổ biến nhất vì có thể dùng cho cả ba dạng rắn, lỏng, hay khí.

Nhiệt trị được đo bằng đơn vị là kJ/kg, kCal/kg hay Cal/g, do khối lượng không đổi theo điều kiện sử dụng là nhiệt độ và áp suất.

Nhiệt trị than đá

Phân loại nhiệt trị

Nhiệt trị là một đặc tính kỹ thuật rất quan trọng của nhiên liệu, nó cho phép đánh giá và nghiên cứu chất lượng của nhiên liệu và sử dụng nó để chế tạo động cơ và máy móc.

Khi phân loại , có 2 loại nhiệt trị thường dùng đó là nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp.

Nhiệt trị cao:

Nhiệt trị cao là nhiệt lượng được xác định dựa trên phương trình phản ứng đốt cháy của nhiên liệu. Theo quy định, đây là một giá trị lý thuyết được tính toán dựa trên thành phần của nhiên liệu. Giá trị nhiệt trị cao được ký hiệu là Qc.

Nhiệt trị thấp:

Nhiệt trị thấp, Qt là nhiệt trị ứng với trường hợp khi hơi nước có trong sản phẩm cháy tồn tại ở dạng hơi.

Khi sử dụng, chúng ta không thu được lượng nhiệt tương ứng với nhiệt trị cao. Nguyên nhân là do: Bình thường trong nhiên liệu có hydro, khi cháy nước được tạo thành. Ở nhiệt độ cao của phản ứng cháy, nước biến thành hơi. Sự chuyển đổi giai đoạn này sẽ loại bỏ một lượng nhiệt.

Nếu có nước trong nhiên liệu, nhiệt độ cao của phản ứng cháy sẽ biến nước đó thành dạng hơi và chúng ta cũng bị mất một lượng nhiệt. Do đó, bằng cách đốt cháy một đơn vị nhiên liệu, lượng nhiệt thực tế thu được sẽ có giá trị thấp hơn nhiệt trị cao. Nhiệt lượng này được gọi là nhiệt trị thấp, ký hiệu là Qt.

Qt = Q – lượng nhiệt làm sôi nước.

Nhiệt trị của một số nguyên tố

Ta có một số nguyên tố thông dụng thường được đo nhiệt trị sau:

Cacbon:

Khi đốt cháy cacbon trong điều kiện thiếu oxy thì nhiệt lượng thu được Q = 10.230 kJ/kg.

Nhưng cũng có trường hợp, người ta đốt cacbon trong điều kiện thiếu oxy để thu được CO theo phản ứng (b). Sau đó đốt tiếp CO để thu CO2 thì nhiệt lượng thu được là Q = 10.120 kJ/kg.

Khi đốt cháy cacbon trong điều kiện có oxy, nhiệt lượng thu được Q = 32.700 kJ/kg.

Hydro: nhiệt lượng khi đốt cháy Hydro Q = 142.000 kJ/kg.

Lưu huỳnh: nhiệt lượng khi đốt cháy lưu huỳnh Q = 9.300 kJ/kg.

Dựa vào các số liệu trên và kinh nghiệm khi sử dụng nhiên liệu, ta có các nhận định sau:

Nếu ta không cung cấp đủ oxy thì nhiệt lượng sinh ra khi đốt cacbon chỉ bằng 30% so với khi có đủ oxy. Trong đa số nhiên liệu, cacbon chiếm một tỷ lệ đáng kể. Vì thế khi đốt nhiên liệu, việc cung cấp đủ không khí cho quá trình cháy rất quan trọng.

Nhiệt trị của hydro rất cao so với các thành phần khác. Vì thế, hàm lượng hydro trong nhiên liệu càng cao, nhiệt trị của nhiên liệu càng lớn.

Lưu huỳnh có nhiệt trị bé hơn nhiều so với những thành phần khác. Mặt khác, sản phẩm sinh ra khi lưu huỳnh cháy, SO2, còn có khả năng kết hợp với nước để tạo thành axit làm hư hỏng máy móc thiết bị, và gây ô nhiễm môi trường. Do đó người ta cần xử lý nhiên liệu để giảm hàm lượng lưu huỳnh đến mức thấp nhất có thể được. Vì thế trong các loại nhiên liệu hàm lượng lưu huỳnh rất bé, khi tính nhiệt trị ta có thể bỏ qua thành phần này.

Nhiệt trị biomass

Nhiệt trị của một số loại nhiên liệu phổ biến

Nhiên liệu thường gồm nhiều thành phần khác nhau. Khi ta biết thành phần khối lượng của các nguyên tố ta có thể xác định nhiệt trị cao của nhiên liệu.

Dưới đây là nhiệt trị cao của một số nhiên liệu thồn dụng dùng cho lò hơi:

Tầm quan trọng của việc tính nhiệt trị nhiên liệu

Nhiệt trị đóng vai trò không thể thiếu trong các quy trình đốt cháy và ngành công nghiệp năng lượng. Hiểu và áp dụng nhiệt trị không chỉ giúp đánh giá hiệu suất và năng suất của nhiên liệu, mà còn mang lại nhiều lợi ích quan trọng khác. Dưới đây là tầm quan trọng và ứng dụng của nhiệt trị trong các lĩnh vực khác nhau:

Đánh giá hiệu suất nhiệt và năng suất nhiên liệu: Nhiệt trị là tiêu chí quan trọng để so sánh và đánh giá hiệu suất của các loại nhiên liệu khác nhau. Điều này giúp lựa chọn nhiên liệu tối ưu để tăng hiệu suất và năng suất của các hệ thống nhiệt điện, nhà máy công nghiệp và các quy trình cháy khác.

Tối ưu hóa quá trình đốt cháy: Nhiệt trị giúp xác định các thông số cần thiết để tối ưu hóa quá trình đốt cháy. Bằng cách đo và đánh giá nhiệt trị, chúng ta có thể điều chỉnh các thông số quan trọng như tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu, lưu lượng không khí và quá trình đốt cháy để đạt được hiệu suất tốt nhất và giảm thiểu tổn thất năng lượng.

Lựa chọn nhiên liệu phù hợp: Bằng cách so sánh nhiệt trị của các loại nhiên liệu khác nhau, ta có thể xác định loại nhiên liệu có hiệu suất cao, tiết kiệm và góp phần vào bảo vệ môi trường. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc chọn lựa các nguồn năng lượng tái tạo và tiến xa hơn trong hướng đến một hệ thống năng lượng bền vững.

Giảm thiểu khí thải và ô nhiễm: Bằng cách sử dụng nhiệt trị để chọn lựa và tối ưu hóa nhiên liệu, ta có thể giảm lượng chất thải gây ô nhiễm khí thải, bụi và chất độc ra môi trường. Điều này đóng góp tích cực đến sự bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

Phát triển công nghệ năng lượng tiên tiến: Bằng việc nắm vững nhiệt trị của các loại nhiên liệu, ta có thể tìm hiểu và nghiên cứu các phương pháp mới để tăng hiệu suất và sử dụng năng lượng một cách tối ưu. Điều này thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng các công nghệ năng lượng sạch, tiết kiệm và bền vững.

Tóm lại, nhiệt trị là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất, lựa chọn nhiên liệu và tối ưu hóa quá trình đốt cháy. Việc hiểu và áp dụng nhiệt trị đóng vai trò không thể thiếu trong các ngành công nghiệp năng lượng và môi trường. Nó giúp chúng ta đưa ra các quyết định thông minh về lựa chọn nhiên liệu, thiết kế hệ thống và quá trình đốt cháy để đạt được hiệu suất tối đa và giảm thiểu tác động đến môi trường.