МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И РАСЧЕТА ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
ГОСТ 30517-97
Энергосбережение
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И РАСЧЕТА
ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Энергазберажэнне
МЕТАДЫ ВЫМЯРЭННЯ I РАЗЛIКУ
ЦЕПЛА ЗГАРАННЯ ПАЛIВА
Издание официальное
Межгосударственный совет по
стандартизации, метрологии и
сертификации
Минск
ГОСТ 30517-97
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН МТК 111 и Техническим комитетом по стандартизации № 48 «Энергосбережение»
ВНЕСЕН Госстандартом Украины по стандартизации, метрологии и сертификации
2 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации
(протокол № 12 от 20 ноября 1997 г.)
За принятие проголосовали:
Наименование государства
Наименование национального органа по стандартизации
Азербайджанская Республика
Азгосстандарт
Республика Армения
Армгосстандарт
Республика Беларусь
Госстандарт Республики Беларусь
Республика Казахстан
Госстандарт Республики Казахстан
Кыргызская Республика
Кыргызстандарт
Республика Молдова
Молдовастандарт
Республика Таджикистан
Таджикгосстандарт
Туркменистан
Главгосинспекция «Туркменстандартлары»
Украина
Госстандарт Украины
3 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Госстандарта Республики Беларусь от 30 октября 2002 г.
№ 52 непосредственно в качестве государственного стандарта Республики Беларусь с 1 марта 2003 г.
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и
распространен в качестве официального издания на территории Республики Беларусь без разрешения
Госстандарта Республики Беларусь
II
ГОСТ 30517-97
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТАНДАРТ
Энергосбережение
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И РАСЧЕТА ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Energy сonservation
METHODS FOR MEASUREMENT AND CALCULATION OF CALORIFIC VOLUE FUEL
Дата введения 2003-03-01
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы измерения и расчета теплоты сгорания топлива и
является обязательным для применения предприятиями, учреждениями и организациями, а также
гражданами − субъектами предпринимательской деятельности независимо от форм собственности и
видов деятельности в области производства и потребления топлива.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 8.417-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы физических
величин
ГОСТ 147-95 (ИСО 1928-76) Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания
и вычисление низшей теплоты сгорания
ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление
низшей теплоты сгорания
ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа «Воббе»
ГОСТ 27193-86 Газы горючие природные. Метод определения теплоты сгорания водяным калориметром
3 Определения и обозначения
В настоящем стандарте применяются следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 Теплота сгорания топлива Q – это количество теплоты, выделяемой при полном сгорании
1 моля, 1 кг или 1 м3 топлива. Для газообразного топлива применяется понятие объемной теплоты
сгорания. При этом различают теплоту сгорания 1 м3 газа при нормальных условиях (температура газа
0 °С и давление 0,1 МПа) и при стандартных условиях (температура газа 20 °С и давление 760 мм рт. ст.).
Пересчет значений теплоты сгорания газа при разных условиях проводится по формуле
Qст. =
273
,
Q
293 норм.
(1)
где Qcт. и Qнорм. – значения теплоты сгорания газа соответственно при стандартных и нормальных
условиях.
3.2 Высшая теплота сгорания QВ – это количество теплоты, выделяемой при полном сгорании
единицы массы топлива с образованием СО2 и SО2 в газообразном и Н2О в жидком состояниях.
3.3 Низшая теплота сгорания QН – это количество теплоты, выделяемой при полном сгорании
единицы массы топлива с образованием СО2, SО2 в газообразном и Н2О в парообразном состояниях.
Издание официальное
1
ГОСТ 30517-97
Низшая теплота сгорания QН отличается от высшей QВ на величину расхода теплоты в килоджоулях на килограмм топлива, затраченной на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании водорода
QНa = QВa − 24,42(W a + 8,94H a ) ,
(2)
где 24,42
8,94
– удельная теплота парообразования, кДж/кг;
– коэффициент пересчета содержания водорода в топливе на количество образующейся
воды при его сгорании;
Wа и На – массовые доли влаги и водорода в аналитической пробе топлива, %.
3.4 Различают рабочую (условное обозначение – р), аналитическую (а), сухую (с), горючую (г) и
органическую (о) массы топлива и соответственно теплоту сгорания этих масс: Q р, Q а, Q с, Q г и Q о.
Пересчет одной массы топлива в другую можно проводить используя множители таблицы 1.
При теплотехнических расчетах энерготехнологических процессов, при которых используется
теплота парообразования продуктов сгорания топлива, следует пользоваться значениями высшей
теплоты сгорания, в остальных случаях – значениями низшей теплоты сгорания.
Единицы теплоты сгорания топлива следует выбирать по ГОСТ 8.417 (Дж/кг, Дж/моль, Дж/м3 или
кДж/кг, кДж/моль, кДж/м3). Допускается пользоваться единицами, выраженными в ккал/кг, ккал/моль,
ккал/м3 с записью их значений в скобках.
Пример
Низшая теплота сгорания каменного угля равняется 22191 кДж/кг (5300 ккал/кг).
4 Методы измерения и расчета теплоты сгорания топлива
4.1 Измерение высшей и низшей теплоты сгорания топлива следует проводить: для твердого
топлива – по ГОСТ 147, жидкого топлива – по ГОСТ 21261 и газообразного топлива – по ГОСТ 27193.
Для жидкого и газообразного топлива теплота сгорания определяется хроматографическим
методом по ГОСТ 22667 с использованием промышленных хроматографических анализаторов типа
«Микрохром-1121», АХП-001, АХП-003 и другими с погрешностью не более 5 %.
4.2 Низшую теплоту сгорания QHp в килоджоулях на килограмм рабочей массы твердого или жидкого
топлива по его элементарному составу вычисляют по формуле
QHp = 339 Ср + 1030 Нр – 109 (Ор – Sр) – 25 W р,
где Ср, Нр, Ор, Sр и W
(3)
р
– массовые доли углерода, водорода, кислорода, серы и влаги в рабочей
массе топлива, %.
Для упрощения расчета низшей теплоты сгорания твердого топлива можно пользоваться таблицами 2 – 5, где приведены значения низшей теплоты сгорания твердого топлива в зависимости от
содержания в нем отдельных химических элементов и соединений.
Пример
Рассчитать низшую теплоту сгорания в килоджоулях на килограмм каменного угля следующего
химического состава, в процентах: 58,5 Ср; 4,0 Нр; 1,2 Nр; 6,3 Ор; 3,1 Sр; 18,2 Ар; 8,7 W р; где Ср, Нр, Nр,
Ор, Sр, Aр, W р – массовые доли углерода, водорода, азота, кислорода, серы, золы, влаги в топливе, %.
Согласно формуле (3) и данным таблицы 2 – 5
QHp = (19679 + 167) + 4103 − (335 − 42) − 209 = 23447 .
(4)
Для мазута и других видов жидкого топлива низшую теплоту сгорания QHp в килоджоулях на килограмм вычисляют по формуле
QHp = 34040,3 + 690,8 Hp − 230, S p − 448 O p − 339( A p + Np ) ,
р
р
р
р
р
где H , S , О , А и N – массовые доли водорода, серы, кислорода, золы и азота в топливе, %.
2
(5)
ГОСТ 30517-97
Кроме расчета по формуле (5) низшую теплоту сгорания жидкости топлива можно определить,
пользуясь данными таблицы 6.
Пример
Рассчитать низшую теплоту сгорания в килоджоулях на килограмм мазута следующего химического состава, в процентах: 87,8 Ср; 10,7 Нр; 0,75 Sр; 0,3 Nр; 3,0 W р; 0,2 Ар. Согласно формуле 5 и
данным таблицы 6
QHp = 34040,3 + (690,8 + 481) – 146 – 210 – 1089 – 168 = 39817,3.
(6)
4.3 Низшую теплоту сгорания QHc в килоджоулях на кубический метр для сухого газообразного
топлива по его компонентному составу вычисляют по формуле
QHc = 108 H2 – 126,3 CO + 358,2 СН4 + 560,5 С2Н2 + 590,6 С2Н4 + 637,3 С2Н6 +
+ 859,8 С3Н6 + 912,3 С3Н8 + 1134 С4Н8 + 1186,2 С4Н10,
(7)
где Н2, СО, СН4, С2Н2, … – содержание отдельных газовых компонентов, в процентах, по объему
при нормальных условиях.
Для влажного газообразного топлива низшую теплоту сгорания QН в килоджоулях на килограмм
вычисляют по формуле
QHp =
с с.г.
QHc
d 

1 +
,
d +a 
0,804 
+
1000
(8)
где d – содержание водяного пара в газообразном топливе, г/м3;
сс.г. – плотность сухого газа, г/м3;
а – содержание твердых частиц пыли или золы в газе, г/м3.
Низшую теплоту сгорания QHp в килоджоулях на кубический метр природного и попутного нефтяного газов с высоким содержанием метана вычисляют по формуле
QHp = 358,4 СН4 + 628 С2Н6 + 921,1 С3Н8 + 1172,4 С4Н10 + 1465,4 C5H12 + 251,2 Н2,
(9)
где СН4, С2Н6, С3Н8, ..., Н2 – массовая доля компонентов в составе топлива, %.
Для природного газа теплоту сгорания можно рассчитывать используя данные таблицы 7.
Пример
Рассчитать низшую теплоту сгорания в килоджоулях на кубический метр природного газа следующего химического состава, в процентах: 93,5 СН4; 2,6 С2Н6; 1,4 С3Н8; 2,5 С4Н10. По данным таблицы 7
вычисляем
QHp = (33326 + 167) + (1256 + 377) + (921 + 377) + (2387 + 586) = 39397.
(10)
.
3
4
Исходная масса
топлива
Рабочая
Аналитическая
Определяемая масса топлива
рабочая (р)
аналитическая (а)
сухая (с)
горючая (г)
органическая (о)
1
100 − W a
100
100
100 − W p
100 − W p
100 − (W p + A p )
100 - (W p + A p )
100
1
100
100
100
100 − W a
100 − (W a + A a )
100 − (W a + A a + S ka )
100
100
100 − W p
100 − W a
Сухая
Горючая
Органическая
100 − W p
100
100 − W a
100
1
100 - (W p + A p )
100
100 - (W a + A a )
100
100 - A c
100
1
100 - (W p + A p + S pk )
100 - (W a + A a + S ka )
100 - ( A c + S kc )
100 - S гk
100
100
100
100
100 − A
c
100 − ( A c + S kc )
100
100 − S uk
1
ГОСТ 30517-97
Таблица 1 – Множители пересчета массы топлива
Таблица 2 – Зависимость низшей теплоты сгорания твердого топлива от содержания в нем углерода
Массовая доля
углерода в
топливе Ср, %
Низшая теплота
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
6783
7118
7453
7788
8123
8458
8793
9170
9504
9839
10174
10509
10844
11221
11556
11891
12226
12561
12896
13231
13566
13901
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
Массовая доля
углерода в
топливе Ср, %
Низшая теплота
Массовая доля
углерода в
топливе Ср, %
Низшая теплота
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
Массовая доля
углерода в
топливе Ср, %
Низшая теплота
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
14236
14613
14948
15283
15618
15952
16287
16622
16957
17292
17627
17962
18339
18674
19009
19344
19679
20014
20349
20684
21019
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
21354
21731
22065
22400
22735
23070
23405
23740
24075
24410
24787
25122
25457
25792
26127
26462
26797
27132
27467
27802
28127
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
28472
28848
29183
29518
29853
30188
30523
30858
31193
31528
31905
32240
42
84
105
125
167
209
251
272
293
−
−
−
−
−
−
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
ГОСТ 30517-97
5
Массовая доля
водорода в
топливе Нр, %
Низшая теплота
Массовая доля
водорода в
топливе Нр, %
Низшая теплота
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
Массовая доля
водорода в
топливе Нр, %
Низшая теплота
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
Массовая доля
водорода в
топливе Нр, %
Низшая теплота
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
1,0
1047
2,4
2512
3,8
3936
5,2
5317
1,1
1172
2,5
2596
3,9
4019
5,3
5443
1,2
1256
2,6
2722
4,0
4103
5,4
5527
1,3
1382
2,7
2805
4,1
4187
5,5
5652
1,4
1465
2,8
2931
4,2
4313
5,6
5736
1,5
1549
2,9
3015
4,3
4396
5,7
5862
1,6
1675
3,0
3091
4,4
4522
5,8
5946
1,7
1759
3,1
3182
4,5
4606
5,9
6071
1,8
1884
3,2
3308
4,6
4731
6,0
6197
1,9
1968
3,3
3391
4,7
4815
6,1
6280
2,0
2093
3,4
3517
4,8
4941
6,2
6406
2,1
2177
3,5
3601
4,9
5024
6,3
6490
2,2
2303
3,6
3726
5,0
5150
6,4
6615
2,3
2387
3,7
3810
5,1
5234
6,5
6699
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
ГОСТ 30517-97
6
Таблица 3 – Зависимость низшей теплоты сгорания твердого топлива от содержания в нем водорода
Таблица 4 – Зависимость низшей теплоты сгорания твердого топлива от содержания в нем кислорода и серы
Массовая доля
кислорода и серы
в топливе
р
р
(О – S ), %
Низшая теплота
Низшая теплота
сгорания Q ,
кДж/кг
Массовая доля
кислорода и серы
в топливе
р
р
(О – S ), %
Низшая теплота
сгорания Q ,
кДж/кг
Массовая доля
кислорода и серы
в топливе
р
р
(О – S ), %
Низшая теплота
сгорания Q ,
кДж/кг
Массовая доля
кислорода и серы
в топливе
р
р
(О – S ), %
1
136
11
1214
21
2303
0,1
–
2
269
12
1340
22
2428
0,2
42
3
335
13
1424
23
2512
0,3
42
4
419
14
1549
24
2638
0,4
42
5
544
15
1633
25
2722
0,5
42
6
670
16
1759
26
2847
0,6
84
7
764
17
1842
27
2931
0,7
84
8
879
18
1968
28
3057
0,8
84
9
963
19
2093
29
3140
0,9
126
10
1089
20
2177
−
−
−
−
p
H
p
H
p
H
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
ГОСТ 30517-97
7
Массовая доля
влаги в топливе
W р, %
Низшая теплота
Массовая доля
влаги в топливе
р
W ,%
Низшая теплота
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
Массовая доля
влаги в топливе
р
W ,%
Низшая теплота
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
Массовая доля
влаги в топливе
р
W ,%
Низшая теплота
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
1
41
16
419
31
796
46
1172
2
42
17
419
32
796
47
1172
3
84
18
461
33
837
48
1214
4
84
19
461
34
837
49
1214
5
126
20
502
35
879
50
1256
6
167
21
544
36
921
51
1298
7
167
22
544
37
921
52
1298
8
209
23
586
38
963
53
1340
9
209
24
586
39
963
54
1340
10
251
25
628
40
1005
55
1382
11
293
26
670
41
1047
56
1424
12
293
27
670
42
1047
57
1424
13
335
28
712
43
1089
58
1465
14
335
29
712
44
1089
69
1465
15
377
30
754
45
1130
60
1507
сгорания Q Hp ,
кДж/кг
ГОСТ 30517-97
8
Таблица 5 – Зависимость низшей теплоты сгорания твердого топлива от содержания в нем влаги
Таблица 6 – Данные для расчета низшей теплоты сгорания жидкого топлива по его элементарному составу
Q Hp , кДж/кг
Массовая
доля
золы и азота
в топливе
р
р
(А + N ), %
0,1
0,2
– 42
– 84
– 63
0,3
0,4
– 84
339
0,5
419
0,6
0,7
481
0,8
Массовая
доля
водорода в
р
топливе Н , %
Низшая
теплота
сгорания
Q Hp , кДж/кг
Массовая
доля серы
в топливе
р
S ,%
0,1
0,2
63
126
0,3
Низшая
теплота
сгорания
Q Hp , кДж/кг
Массовая
доля
кислорода в
р
топливе О , %
0,1
0,2
– 21
– 42
209
0,3
0,4
293
0,5
0,6
Низшая
теплота
сгорания
Низшая
теплота
сгорания
Низшая
теплота
сгорания
Q Hp , кДж/кг
0,1
0,2
– 42
– 63
0,1
0,2
– 42
– 84
– 126
0,3
– 84
0,3
– 126
0,4
– 188
0,4
– 126
0,4
– 147
– 105
0,5
– 210
0,5
– 168
0,5
– 188
– 126
0,6
– 251
0,6
– 210
0,6
– 230
0,7
– 146
0,7
– 314
0,7
– 230
0,7
– 251
544
0,8
– 167
0,8
– 356
0,8
– 272
0,8
– 293
0,9
628
0,9
– 188
0,9
– 398
0,9
– 314
0,9
– 335
1
691
1
– 230
1
– 461
1
– 335
1
– 377
2
1382
2
– 461
2
– 900
2
– 670
2
– 733
3
2073
3
– 691
3
– 1440
3
– 1050
3
– 1089
4
2763
4
– 921
4
– 1800
4
– 1340
4
– 1466
5
3454
5
– 1151
5
– 2240
5
– 1696
5
– 1821
6
4145
–
–
6
– 2680
6
– 2031
6
– 2196
7
4836
–
–
7
– 3140
7
– 2366
7
– 2554
8
5527
–
–
8
– 3601
8
– 2701
8
– 2931
9
6218
–
–
9
– 4040
9
– 3057
9
– 3308
10
6909
–
–
10
– 4480
10
– 3391
10
– 3642
11
7599
–
–
–
–
–
–
–
–
12
8290
–
–
–
–
–
–
–
–
9
ГОСТ 30517-97
Q Hp , кДж/кг
Массовая
доля влаги
в топливе
р
W ,%
10
Метан СН4
Этан С2Н6
Пропан С3Н8
Бутан С4Н10
Пентан С5Н12
Пентан и высшие
углеводы
%
кДж/м3
%
кДж/м3
%
кДж/м3
%
кДж/м3
%
кДж/м3
%
кДж/м3
%
кДж/м3
80
28681
0,1
42
0,1
42
0,1
84
0,1
126
0,1
167
0,1
167
81
29016
0,2
84
0,2
126
0,2
187
0,2
251
0,2
293
0,2
335
82
29393
0,3
126
0,3
209
0,3
293
0,3
377
0,3
417
0,3
502
83
29728
0,4
126
0,4
251
0,4
377
0,4
461
0,4
586
0,4
679
84
30105
0,5
167
0,5
335
0,5
461
0,5
586
0,5
754
0,5
837
85
30439
0,6
209
0,6
377
0,6
544
0,6
712
0,6
879
0,6
1005
86
30816
0,7
251
0,7
419
0,7
628
0,7
837
0,7
1005
0,7
1172
87
31193
0,8
293
0,8
502
0,8
712
0,8
963
0,8
1172
0,8
1340
88
31528
0,9
335
0,9
586
0,9
837
0,9
1089
0,9
1349
0,9
1507
89
31905
–
–
1
629
1
921
1
1172
1
1465
1
1675
90
32240
–
–
2
1256
2
1800
2
2387
2
2931
2
3350
91
32617
–
–
3
1926
3
2722
3
3559
–
–
–
–
92
32952
–
–
4
2554
4
3643
–
–
–
–
–
–
93
33326
–
–
5
3182
5
4564
–
–
–
–
–
–
94
33662
–
–
6
3810
–
–
–
–
–
–
–
–
95
34040
–
–
7
4438
–
–
–
–
–
–
–
–
96
34417
–
–
8
5066
–
–
–
–
–
–
–
–
97
34752
–
–
9
5736
–
–
–
–
–
–
–
–
98
35129
–
–
10
6364
–
–
–
–
–
–
–
–
99
35464
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
100
35841
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
ГОСТ 30517-97
Таблица 7 – Данные для расчета низшей теплоты сгорания природного газа
ГОСТ 30517-97
УДК 620.9:621.311
МКС 17.040.30;
Е29
17.200.10;
27.060
Ключевые слова: энергосбережение, методы измерения, теплота сгорания топлива, методы
расчета, высшая теплота сгорания, низшая теплота сгорания, теплота парообразования
11