Склад і теплотехнічні властивості палива
Тема 1.3 (3)
ПАЛИВО
ПЛАН
1. Види і призначення палива
2. Склад і теплотехнічні властивості палива
3. Тверде паливо
4. Рідке паливо
5. Газоподібне паливо
ЛІТЕРАТУРА:
1. Гольстрем В.А., Кузнецов Ю.Л. Энергетический справочник инженера. – К.: Техника, 1983.
2. Клушин Ю.А. Тепловые електрические станции. – М.: Высшая школа, 1986.
3. Корець М.С. Лабораторний практикум з машинознавства. – К.: НПУ, 2000. – 274 с.
4. Корець М.С. Машинознавство: Основи гідравліки та теплотехніки. Гідравлічні машини та теплові двигуни: Навч. посібник для студ. вищ. пед. закл. освіти. – К.: Знання України, 2001. – 448 с.: іл. – Бібліогр.: с. 440 – 441.
5. Кузов лев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. – М.: Высшая школа, 1983.
6. Лариков Н.Н. Теплотехника. – М.: Стройиздат, 1985.
7. Панкратов Г.Н. Сборник задач по теплотехнике. – М.: Высшая школа, 1986.
8. Резников М.И., Липов Ю.М. Котельные установки электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
9. Тепловое оборудование и тепловые сети / Под ред. Г.В. Арсеньев, В.П. Белоусов, А.А. Дранченко и др. – М.: Энергоатомиздат, 1988.
10. Черняк О.В., Рибчинська Г.В. Основи теплотехніки і гідравліки. – К.: Вища школа, 1982.
11. Швець І.Т., Кіраковський М.Ф. Загальна теплотехніка та теплові двигуни. – К.: Вища школа, 1977.
1. Види і призначення палива
Вітчизняна енергетика розвивається переважно за рахунок електростанцій на органічному і ядерному паливі. Органічним паливом називають речовини, які здатні активно вступати в реакцію з киснем і мають значне тепловиділення на одиницю маси.
Таким чином паливо – це речовина, яка навмисно спалюється з метою отримання теплоти. Воно повинно відповідати наступним вимогам:
· при згоранні виділяти якомога більшу кількість теплоти(С > 50 %), тобто бути економічно доцільним для використання; порівняно легко запалюватися і давати високу температуру при горінні;
· бути достатньо широко розповсюдженим у природі;
· бути доступним для розробки;
· бути дешевим при використанні і не бути цінною сировиною для інших галузей;
· зберігати свої початкові властивості під час довготривалого зберігання.
Дуже важливим фактором є те, щоб у процесі горіння не утворювалися шкідливі для навколишнього середовища речовини. Цим вимогам найбільш задовольняють речовини органічного походження: нафта, природні гази, вугілля, горючі сланці, торф.
Паливо складається із горючої та негорючої частини. Горюча частина представляє собою сукупність різного роду з'єднань, в котрі входить водень, кисень, вуглець, азот та сірка. Негорюча частина (баласт) складається із мінеральних домішок, які включають у себе попіл та вологу.
Вуглець С – основна горюча частина палива. При збільшенні його вмісту теплова цінність палива підвищується. В різних видах палива міститься від 50 % до 97 % вуглецю.
Водень Н – друга за значенням після вуглецю горюча складова палива. У порівнянні з вуглецем вміст водню в паливі менший (до 25 %), а теплоти при його згоранні виділяється у 4 рази більше.
Кисень О – складова частина палива, яка не горить і не виділяє теплоти, тому фактично є внутрішнім баластом. Його доля в залежності від виду палива становить 0,5-4,3 %.
Азот N не горить і так само як і кисень є внутрішнім баластом палива. Вміст його у рідкому та твердому видах палива складає 0,5-1,5 %.
Сірка S, при згоранні якої виділяється деяка кількість теплоти, є дуже небажаною складовою частиною палива, тому що продукти її згорання – SO 2 та S О3 ангідриди – викликають спільну газову або рідинну корозію металевих поверхонь. Вміст сірки в твердому паливі коливається від долей процента до 8%, а в нафтовому пальному – від 0,1 до 4 %.
Попіл А є негорючим твердим компонентом, кількість якого визначається після повного згорання палива. Він є небажаною і навіть шкідливою домішкою, так як в її присутності посилюються абразивні зношення, ускладнюється експлуатація установок і таке інше. У паливі з високим вмістом попелу знижується теплота згорання і запалюваність.
Волога W є дуже небажаною домішкою палива, тому що частина теплоти відбирається на її випаровування, внаслідок чого понижується теплота та температура згорання палива. З наявністю вологи ускладнюється експлуатація установок (особливо в зимовий період), зростає корозія і таке інше.
Мінеральні домішки – попіл та вологу – поділяють на зовнішні та внутрішні. Перші потрапляють в паливо з оточуючого середовища при його добуванні, транспортуванні або зберіганні, інші входять в його хімічний склад.
В залежності від фізичного стану палива, при якому визначають його елементний склад, одержують різні дані про вміст тих чи інших речовин. Це ускладнює об'єктивний порівняльний склад палива та його робочу, аналітичну (лабораторну), суху, горючу та органічну маси.
Паливо, яке поступає до споживача у натуральному стані і містить, крім горючої частини, попіл та вологу, називається робочим паливом.
За агрегатним станом розрізняють тверде, рідке та газоподібне; за шляхами отримання – натуральне та штучне.
Склад і теплотехнічні властивості палива
Склад твердого та рідкого палива прийнято виражати у вагових відсотках. Якщо позначити ваговий відсотковий вміст компонентів у робочому паливі СР, НР і т.д., то очевидно, що
С + Н Р + ОР + N Р + S Л + АР + W Р = 100 % (1)
Паливо, з якого в результаті сушки повністю знищена волога, називається абсолютно сухим паливом чи абсолютно сухою масою палива.
Абсолютно сухе паливо містить шість компонентів:
СС + НС + ОС + N С + S С + АС = 100 % (2)
де СС, НС і т. ін. – ваговий відсоток вуглецю, кисню та іншого в абсолютно сухому паливі.
Якщо допустити, що з абсолютно сухого палива вилучено негорючі домішки А, то залишиться п'ять компонентів, яхі складають так звану горючу масу палива. її елементарний склад такий:
С + Hr + Or + Nr + Sr л = 100 % (3)
Сірка в паливі знаходиться у вигляді різних з'єднаннях: а) сульфата SC, що входить до складу сульфатів CaSO 4, Na 2 SO 4, K 2 SO 4; б) колчедана SK, який є в з'єднанні з металами (як правило, з залізом у вигляді FeS) та в) органічних Sop – у складі органічних з'єднань. Сульфатна сірка не горить, а її наявність береться до уваги у негорючих домішках А. Органічна та колчеданна сірка беруть участь у горінні, а їх сума складає летючу (чи горючу) сірку палива S П = Sop + SK. Якщо виключити з горючої маси палива колчеданну сірку, залишиться паливо такого складу:
С° + Н° + О° + N ° + S ° = 100 % (4)
Такий склад палива називається органічною масою. У більшості випадків вміст органічної сірки в паливі невеликий (біля десятої долі відсотка). Тому склад органічної маси палива іноді записують спрощено: С° + Н° + О° + N ° = 100 %.
Горіння палива. Горінням називається неперервний процес інтенсивного з'єднання горючої речовини з окислювачем (киснем), який йде при високих (1000-2000°С) температурах і характеризується інтенсивним тепловиділенням.
Механізм горіння навіть простіших за своїм хімічним складом горючих речовин достатньо складний і для багатьох речовин мало вивчений. Тим більше складний він для таких комплексних з'єднань, як органічне тверде паливо.
Теплота згорання. Теплота згорання (теплотворність) палива Q кДж/кг – це теплота реакції і горіння палива, тобто та кількість теплоти, яка виділяється при повному згоранні 1 кг твердого та рідкого палива при охолодженні продуктів горіння до початкової температури процеса.
В паливі знаходяться три горючих компонента – вуглець, водень та сірка. В результаті реакції водню з киснем та випарування вологи палива виникає водяна пара, яка може залишатися у димових газах або конденсуватися.
У двигунах будівельних та дорожніх машин використовують рідке паливо, що отримують в результаті переробки нафти. До них відносяться дизельне паливо, бензин та газові конденсати. Ці види палив є сумішшю різноманітних вуглеводородів: парафіни С n Н2 n +2, нафтени С n H 1 n, ароматичні С n Н2 n -6 та ін. Число атомів вуглецю, що входять до молекул в дизельному паливі доходить до 30, у бензині – до 5...12.
Для дизельного палива основною якістю є легкість запалювання при контакті з повітрям, що має високу температуру. Запалювання палива оцінюється цетановим числом (Ц.Ч.). Чим вище Ц.Ч., тим менш стійке до окислення молекул паливо і тим легше його запалення. Ц.Ч. даного палива характеризується процентним вмістом цетана (С16Н34, Ц.Ч. = 100) у суміші з α-метилнафталіном (C 10 H 7 CH 3, Ц.Ч. = 0).
У карбюраторних двигунах на відміну від дизелів не повинно протікати інтенсивного окислення молекул палива у процесі стиснення в об'ємі циліндра, не охоплених полум'ям. У протилежному випадку згорання буде мати вибуховий характер (детонаційне згорання), що негативно відбивається на економічності та потужності двигуна. Детонаційна стійкість палива оцінюється октановим числом (О.Ч). Октанове число чисельно дорівнює процентному вмісту (по об'єму) ізооктана у суміші з Н-гептаном. Збільшення О.Ч. відповідає більшій детонаційній стійкості палива. Найбільш міцні внутрішньомолекулярні зв'язки мають молекули із замкнутою кільцевою структурою вуглеводнів. Ненасичені молекули не є стійкими і можуть окислятися навіть при температурах навколишнього середовища.
Фізичні та хімічні властивості палива повинні задовольняти вимогам масової експлуатації двигунів у різноманітних кліматичних умовах. Паливо не повинно застигати при низьких температурах (до t = – 60°), утворювати парові пробки в паливопроводах при температурі до t = + 50°. Основні фізичні та хімічні властивості палива регламентуються відповідними ГОСТами.
Тверде паливо
Тверде паливо має рослинне походження, але в його склад входять речовини тваринного походження. Хімічний вік палива визначається ступінню його вуглецефікації. В залежності від глибини його залягання існує відкритий (кар'єрний) і шахтний способи добування. Відкритий спосіб суттєво економічніший за шахтний.
До натурального твердого палива відносяться: антрацити, кам'яні вуглі, торф, дрова, горючі сланці, відходи промисловості та сільського господарства – тирсу, щепу.
Штучні види твердого палива: брикети (торф'яні, буровугільні, кам'яновугільні), кокс (кам'яновугільний, торф'яний, нафтовий), дерев'яне вугілля, пил (вугільний, торф'яний, сланцевий).
Рідке паливо
Природнім рідким паливом є нафта — рідка суміш органічних сполук, головним чином вуглеводнів. До складу сирої нафти входять також рідкі кисневі, сірнисті і азотні сполуки, а також різні смоли. Мінеральних домішок в нафті мало (0,1...0,3 %), вміст вологи 1...2 %. Сира нафта як паливо в енергетиці практично не використовується. Вона підлягає переробці із отриманням більш легких фракцій (бензин, лігроїн, гас, газойль), доля яких від вихідних компонентів становить 40...60 %. Після переробки залишаються тяжкі фракції — мазут, який використовують як енергетичне паливо.
Натуральне рідке паливо – нафта (сира нафта). Штучне рідке паливо – нафтові продукти – бензин, гас, мазут, спирт, колоїдальне паливо (суміш мазута з вугільним пилом).
Газоподібне паливо
Газоподібне паливо складається з горючих і негорючих газів, які містять невелику кількість домішок у вигляді водяної пари та пилу. Природній газ, так як і нафта, мають біологічне походження. Його отримують із чисто газових покладів, де він викидається із надр землі під тиском до 100 aтм. При добуванні нафти виділяються гази, які називаються попутніми або нафтопромисловими. Попутній газ знаходиться також у і розчиненому стані в нафті і видаляється з неї на нафтопереробних заводах в сепараторах. Основними складовими природного газу є метан СН4 (85...95 %), тяжкі вуглеводні С m Hm (4...9 %), азот N 2 (1...5 %). Штучне газоподібне паливо в залежності від теплоти згорання поділяється на низькокалорійне ( 
ккал/м3), середньокалорійне ( 
2500...5000 ккал/м3) і висококалорійне ( 
5000 ккал/м3).
Натуральне газоподібне паливо – природний газ. Штучне – гази (доменний, коксовий, генераторний, крекинг-газ).
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 80; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!