Dla przeciętnego „spalacza” węgla wartość użytkową paliwa węglowego (potocznie nazywanego węglem) stanowi ilość ciepła (czyli ilość kalorii lub dżuli) jaką można uzyskać ze spalenia 1 kilograma tego paliwa. Możliwość porównywania pod tym kątem różnych paliw dają powszechnie stosowane dwa parametry: ciepło spalania (w języku angielskim określane jako GCV – Gross Calorific Value albo HHV – Higher Heating Value) i wartość opałowa (odpowiednio NCV – Net Calorific Value albo LHV – Lower Heating Value).
Ciepło spalania węgla równe jest sumie ciepła spalania pierwiastków wchodzących w jego skład. Do pierwiastków wchodzących w skład substancji organicznej paliw, które w wyniku łączenia się z tlenem wydzielają ciepło należą węgiel (C), wodór (H), siarka (S) i fosfor (P). Oczywiście siarka i fosfor mogą dostarczać ciepło, lecz są absolutnie niepożądane w paliwie ze względu na toksyczne i degradujące środowisko produkty ich spalania, tj. tlenki siarki i fosforu. Można stwierdzić, że o ilości ciepła wydzielonego podczas spalania decyduje przede wszystkim zawartość pierwiastkowego węgla w paliwie. Przeciętnie węgle kamienne zawierają 75-95% pierwiastka C, węgle brunatne 65-75%, a torfy (prekursory węgli) poniżej 60%.
Czym zatem różnią się wymienione powyżej parametry (ciepło spalania od wartości opałowej)? Otóż różnicę pomiędzy nimi stanowi ilość ciepła jaką uzyskuje się w wyniku kondensacji zawartej w spalinach pary wodnej. Ciepło spalania oznaczane symbolem Qs to inaczej ilość ciepła, jaka jest wydzielana w czasie całkowitego i zupełnego spalenia danej jednostki masy paliwa. Oznacza to, że w stałej pozostałości po spaleniu (popiele) nie pozostała żadna cząstka, która mogłaby ulec dalszemu utlenieniu, a w spalinach nie ma składników palnych, np. monotlenku węgla (popularnie zwanego czadem), oraz że ciepło zawarte w produktach spalania jest całkowicie odzyskane, a te powracają tym samym do temperatury początkowej spalanego paliwa. Co istotne przy wyznaczaniu ciepła spalania zakłada się, że powstała para wodna zawarta w spalinach, ulega całkowitej kondensacji, przez co odzyskiwane jest ciepło tej przemiany fazowej. Natomiast wartość opałowa paliwa oznaczana symbolem Qi obliczana jest z ciepła spalania poprzez odjęcie ciepła kondensacji zawartej w spalinach pary wodnej. Stąd liczbowo wartość opałowa jest zawsze mniejsza od wartości liczbowej ciepła spalania (oczywiście w przypadku paliw, które zawierają wodór).
Na świadectwach jakości paliw stałych wartość opałowa podawana jest w MJ/kg w przeliczeniu na tzw. stan roboczy, tj. taki w jakim węgiel jest sprzedawany/użytkowany, a zatem stan ten uwzględnia zawartość składników balastowych w paliwie – popiołu oraz wilgoci (wody). Składniki te obniżają względnie wartość opałową paliwa węglowego, ponieważ ciepło uzyskiwane ze składników palnych odnoszone jest do całkowitej masy paliwa, a więc także składników palnych i balastowych – niejako „rozrzedzających” frakcję paliwa, która jest de facto odpowiedzialna za generację ciepła. Parafrazując kultową sentencję z filmu „Nie lubię poniedziałku” można stwierdzić, że udział tych dwóch składników zmniejsza udział węgla w węglu.
ITPE posiada kompetentną i wykwalifikowaną kadrę oraz niezbędną infrastrukturę i akredytowane laboratoria pozwalające na kompleksowe badania wszystkich parametrów jakościowych oraz technologicznych paliw stałych. Zachęcamy do sprawdzenia naszych możliwości.
Ideą Węglowego ABCadła jest przybliżenie użytkownikom paliw węglowych, podstawowych informacji dotyczących właściwości opału wykorzystywanego w gospodarstwach domowych.
Linki do poprzednich odcinków Węglowego ABCadła poniżej:
Przygotował: Tomasz Radko
Zakład Gospodarki o Obiegu Zamkniętym