Ciepło spalania gazu. paliwo gazowe

Paliwo gazowe dzieli się na naturalne i sztuczne i jest to mieszanina gazów palnych i niepalnych zawierająca pewną ilość pary wodnej, a czasem pyłu i smoły. Ilość paliwo gazowe wyrażone w metrach sześciennych w normalnych warunkach (760 mm Hg i 0 ° C), a skład - jako procent objętości. Pod składem paliwa rozumiemy skład jego suchej części gazowej.

paliwo gazowe

Najpopularniejszym paliwem gazowym jest gaz ziemny, który ma wysoką kaloryczność. Podstawą gazu ziemnego jest metan, którego zawartość wynosi 76,7-98%. Inne gazowe związki węglowodorowe wchodzą w skład gazu ziemnego od 0,1 do 4,5%.

Gaz płynny produkt rafinacji oleju - składa się głównie z mieszaniny propanu i butanu.

Gaz ziemny (CNG, NG): metan CH4 powyżej 90%, etan C2 H5 poniżej 4%, propan C3 H8 poniżej 1%

Gaz płynny (LPG): propan C3 H8 ponad 65%, butan C4 H10 mniej niż 35%

Do gazów palnych należą: wodór H 2, metan CH 4, Inne związki węglowodorowe C m H n, siarkowodór H 2 S i gazy niepalne, dwutlenek węgla CO2, tlen O 2, azot N 2 i niewielka ilość pary wodnej H 2 O. Indeksy m oraz P w C i H charakteryzują związki różnych węglowodorów, na przykład dla metanu CH 4 t = 1 i n= 4, dla etanu С 2 Н b t = 2 oraz n= b itd.

Skład suchego paliwa gazowego (w procentach objętości):

CO + H 2 + 2 C m H n + H2S + CO2 + O2 + N2 = 100%.

Niepalną częścią suchego paliwa gazowego – balastem – jest azot N i dwutlenek węgla CO 2 .

Skład mokrego paliwa gazowego wyraża się następująco:

CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.

Ciepło spalania, kJ/m (kcal/m3), 1 m3 czystego suchego gazu w normalnych warunkach określa się w następujący sposób:

Q n s \u003d 0,01,

gdzie Qco, Q n 2 , Q z m n n Q n 2 s. - ciepło spalania poszczególne gazy zawarte w mieszaninie, kJ / m 3 (kcal / m 3); CO, H2, Cm H n , H 2 S - składniki wchodzące w skład mieszanki gazowej, % objętości.

Ciepło spalania 1 m3 suchego gazu ziemnego w normalnych warunkach dla większości złóż przydomowych wynosi 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3). Charakterystykę paliwa gazowego podano w tabeli 1.

Przykład. Wyznacz wartość opałową gazu ziemnego (w normalnych warunkach) o następującym składzie:

H2S = 1%; CH4 = 76,7%; C2H6 = 4,5%; C3H8 = 1,7%; C4H10 = 0,8%; C5H12 = 0,6%.

Podstawiając do wzoru (26) charakterystyki gazów z tablicy 1 otrzymujemy:

Q ns \u003d 0,01 \u003d 33981 kJ / m 3 lub

Q ns \u003d 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) \u003d 8109 kcal / m 3.

Tabela 1. Charakterystyka paliwa gazowego

Gaz	Przeznaczenie	Ciepło spalania Q n s
		KJ/m3	kcal/m3
Wodór	H,	10820	2579
tlenek węgla	WIĘC	12640	3018
siarkowodór	H2S	23450	5585
Metan	CH 4	35850	8555
Etan	C2H6	63 850	15226
propan	C3H8	91300	21795
Butan	C 4 H 10	118700	22338
Pentan	C 5 H 12	146200	34890
Etylen	C2H4	59200	14107
Propylen	C3H6	85980	20541
Butylen	C4H8	113 400	27111
Benzen	C6H6	140400	33528

Kotły typu DE zużywają od 71 do 75 m3 gazu ziemnego do wytworzenia jednej tony pary. Koszt gazu w Rosji we wrześniu 2008 r. wynosi 2,44 rubla za metr sześcienny. W konsekwencji tona pary będzie kosztować 71 × 2,44 = 173 rubli 24 kopiejek. Rzeczywisty koszt tony pary w fabrykach wynosi dla kotłów DE co najmniej 189 rubli za tonę pary.

Kotły typu DKVR zużywają od 103 do 118 m3 gazu ziemnego do wytworzenia jednej tony pary. Minimum Szacowany koszt ton pary dla tych kotłów wynosi 103 × 2,44 = 251 rubli 32 kopiejek. Rzeczywisty koszt pary dla roślin wynosi co najmniej 290 rubli za tonę.

Jak obliczyć maksymalne zużycie gazu ziemnego dla kotła parowego DE-25? To jest Specyfikacja techniczna bojler. 1840 kostek na godzinę. Ale możesz też obliczyć. 25 ton (25 tys. kg) należy pomnożyć przez różnicę entalpii pary i wody (666,9-105), a to wszystko podzielić przez sprawność kotła 92,8% i ciepło spalania gazu. 8300. i wszystko

Sztuczne paliwo gazowe

Sztuczne gazy palne są paliwami lokalnymi, ponieważ mają znacznie niższą wartość opałową. Ich głównymi palnymi pierwiastkami są tlenek węgla CO i wodór H2. Gazy te są wykorzystywane w granicach produkcji, gdzie pozyskiwane są jako paliwo dla elektrowni i technologicznych.

Wszystkie naturalne i sztuczne gazy palne są wybuchowe, zdolne do zapalenia się otwartym płomieniem lub iskrą. Rozróżnij niższe i Górna granica wybuchowość gazu, tj. najwyższe i najniższe stężenia procentowe w powietrzu. Dolna granica wybuchowości gazy naturalne waha się od 3% do 6%, a szczyt - od 12% do 16%. Wszystkie gazy palne mogą powodować zatrucie organizmu człowieka. Głównymi substancjami toksycznymi gazów palnych są: tlenek węgla CO, siarkowodór H2S, amoniak NH3.

Zarówno naturalne gazy palne, jak i sztuczne są bezbarwne (niewidoczne), bezwonne, co czyni je niebezpiecznymi, gdy dostaną się do wnętrza wnętrze kotłowni przez nieszczelności w armaturze gazociągów. Aby uniknąć zatrucia, gazy palne należy traktować środkiem zapachowym - substancją o nieprzyjemnym zapachu.

Otrzymywanie tlenku węgla CO w przemyśle poprzez zgazowanie paliw stałych

Do celów przemysłowych tlenek węgla pozyskiwany jest przez zgazowanie paliwa stałego, czyli przekształcenie go w paliwo gazowe. Możesz więc uzyskać tlenek węgla z dowolnego paliwa stałego - węgla kopalnego, torfu, drewna opałowego itp.

Proces zgazowania paliwa stałego przedstawiono w: doświadczenie laboratoryjne(rys. 1). Wypełnianie rury ogniotrwałej kawałkami węgiel drzewny, podgrzej go mocno i przepuść tlen z gazometru. Pozwól gazom wychodzącym z rury przejść przez myjkę z wodą wapienną, a następnie podpal ją. Woda wapienna staje się mętna, gaz płonie niebieskawym płomieniem. Wskazuje to na obecność dwutlenku CO2 i tlenku węgla CO w produktach reakcji.

Powstawanie tych substancji można wytłumaczyć faktem, że gdy tlen wchodzi w kontakt z gorącym węglem, ten ostatni jest najpierw utleniany do dwutlenku węgla: C + O2 \u003d CO2

Następnie, przechodząc przez gorący węgiel, dwutlenek węgla jest przez niego częściowo redukowany do tlenku węgla: CO2 + C \u003d 2CO

Ryż. 1. Pozyskiwanie tlenku węgla (doświadczenie laboratoryjne).

W warunkach przemysłowych zgazowanie paliw stałych odbywa się w piecach zwanych generatorami gazu.

Powstała mieszanina gazów nazywana jest gazem generatorowym.

Urządzenie generatora gazu pokazano na rysunku. Jest to stalowy cylinder o wysokości około 5 m i średnica około 3,5 m, wyłożone wewnątrz cegłami ogniotrwałymi. Z góry generator gazu jest ładowany paliwem; Od dołu powietrze lub para wodna doprowadzana jest wentylatorem przez ruszt.

Tlen w powietrzu reaguje z węglem zawartym w paliwie, tworząc dwutlenek węgla, który unosząc się przez warstwę gorącego paliwa jest redukowany przez węgiel do tlenku węgla.

Jeżeli do generatora wdmuchuje się tylko powietrze, to uzyskuje się gaz, który w swoim składzie zawiera tlenek węgla i azot z powietrza (a także pewną ilość CO 2 i innych zanieczyszczeń). Ten gaz generatorowy nazywa się gazem powietrznym.

Jeżeli natomiast do generatora zostanie wdmuchnięta para wodna z węglem rozżarzonym, to w wyniku reakcji powstaje tlenek węgla i wodór: C + H 2 O \u003d CO + H 2

Ta mieszanina gazów nazywana jest gazem wodnym. Gaz wodny ma wyższą wartość opałową niż gaz powietrzny, ponieważ obok tlenku węgla zawiera również drugi gaz palny - wodór. Gaz wodny (syntezowy), jeden z produktów zgazowania paliw. Gaz wodny składa się głównie z CO (40%) i H2 (50%). Gaz wodny jest paliwem (wartość opałowa 10 500 kJ/m3 lub 2730 kcal/mg) i jednocześnie surowcem do syntezy metanolu. Gazu wodnego nie można jednak uzyskać przez długi czas, ponieważ reakcja jego powstawania jest endotermiczna (z pochłanianiem ciepła), a zatem paliwo w generatorze ochładza się. Aby węgiel był gorący, wtrysk pary wodnej do generatora jest naprzemienny z wtryskiem powietrza, którego tlen, jak wiadomo, reaguje z paliwem, uwalniając ciepło.

Ostatnio do zgazowania paliw szeroko stosuje się podmuch parowo-tlenowy. Jednoczesne przedmuchiwanie warstwy paliwa parą wodną i tlenem pozwala na prowadzenie procesu w sposób ciągły, znaczne zwiększenie wydajności generatora oraz uzyskanie gazu o wysokiej zawartości wodoru i tlenku węgla.

Nowoczesne generatory gazu są potężne urządzenia ciągłe działanie.

Aby paliwo dostarczane do generatora gazu było palne i trujące gazy nie przeniknął do atmosfery, bęben załadowczy jest podwójny. Podczas gdy paliwo wchodzi do jednej komory bębna, paliwo jest wylewane z drugiej komory do generatora; gdy bęben się obraca, procesy te powtarzają się, podczas gdy generator pozostaje cały czas odizolowany od atmosfery. Równomierne rozprowadzanie paliwa w generatorze odbywa się za pomocą stożka, który można zainstalować na różnych wysokościach. Przy opuszczaniu węgiel leży bliżej środka generatora, przy podnoszeniu stożka węgiel jest wyrzucany bliżej ścian generatora.

Usuwanie popiołu z generatora gazu jest zmechanizowane. Ruszt w kształcie stożka jest powoli obracany przez silnik elektryczny. W takim przypadku popiół jest przemieszczany do ścian generatora i za pomocą specjalnych urządzeń wrzucany jest do popielnika, skąd jest okresowo usuwany.

Pierwsze lampy gazowe zapalono w Petersburgu na Wyspie Aptekarskiej w 1819 roku. Wykorzystany gaz pochodził ze zgazowania węgla. Nazywano go lekkim gazem.

Wielki rosyjski naukowiec D. I. Mendelejew (1834-1907) jako pierwszy wyraził ideę, że zgazowanie węgla można przeprowadzić bezpośrednio pod ziemią, bez jego podnoszenia. Rząd carski nie docenił propozycji Mendelejewa.

Ideę podziemnego zgazowania gorąco poparł V.I. Lenin. Nazwał to „jednym z wielkich triumfów techniki”. Podziemną gazyfikację przeprowadziło po raz pierwszy państwo sowieckie. Już przed Wielką Wojną Ojczyźnianą podziemne generatory działały w zagłębiach węglowych regionu donieckiego i moskiewskiego w Związku Radzieckim.

Wyobrażenie o jednej z metod podziemnego zgazowania daje rysunek 3. W pokładzie węgla znajdują się dwa odwierty, które od spodu są połączone kanałem. W takim kanale w pobliżu jednej ze studni podpalany jest węgiel i tam dostarczany jest wybuch. Produkty spalania, poruszające się wzdłuż kanału, oddziałują z węglem rozżarzonym, w wyniku czego powstaje gaz palny, jak w konwencjonalnym generatorze. Drugim odwiertem gaz wypływa na powierzchnię.

Gaz generatorowy jest szeroko stosowany do ogrzewania piece przemysłowe- metalurgicznym, koksowniczym oraz jako paliwo w samochodach (rys. 4).

Ryż. 3. Schemat podziemnego zgazowania węgla.

Z wodoru i tlenku węgla gazu wodnego syntetyzuje się serię produkty organiczne takich jak paliwo płynne. Syntetyczne paliwo płynne – paliwo (głównie benzyna), otrzymywane na drodze syntezy z tlenku węgla i wodoru w temperaturze 150-170 stopni Celsjusza i ciśnieniu 0,7 – 20 MN/m2 (200 kgf/cm2), w obecności katalizatora (niklu, żelazo, kobalt ). Pierwsza produkcja syntetycznych paliw płynnych została zorganizowana w Niemczech podczas II wojny światowej z powodu braku ropy. Syntetyczne paliwa płynne nie są szeroko rozpowszechnione ze względu na ich wysoki koszt. Do produkcji wodoru wykorzystywany jest gaz wodny. W tym celu gaz wodny w mieszaninie z parą wodną jest podgrzewany w obecności katalizatora, w wyniku czego oprócz tego już obecnego w gazie wodnym otrzymuje się wodór: CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I CHEMICZNE GAZÓW ZIEMNYCH

Gazy naturalne nie mają koloru, zapachu ani smaku.

Do głównych wskaźników gazu ziemnego należą: skład, ciepło spalania, gęstość, temperatura spalania i zapłonu, granice wybuchowości oraz ciśnienie wybuchu.

Gazy ziemne ze złóż czystego gazu składają się głównie z metanu (82-98%) i innych węglowodorów.

Gaz palny zawiera palny i substancje niepalne. Do gazów palnych należą: węglowodory, wodór, siarkowodór. Do materiałów niepalnych należą: dwutlenek węgla, tlen, azot i para wodna. Ich skład jest niski i wynosi 0,1-0,3% CO 2 i 1-14% N 2 . Po ekstrakcji z gazu ekstrahowany jest toksyczny gaz siarkowodoru, którego zawartość nie powinna przekraczać 0,02 g/m3.

Wartość opałowa to ilość ciepła uwolnionego podczas całkowite spalanie 1 m3 gazu. Ciepło spalania mierzone jest w kcal/m3, kJ/m3 gazu. Wartość opałowa suchego gazu ziemnego wynosi 8000-8500 kcal/m 3 .

Wartość obliczona przez stosunek masy substancji do jej objętości nazywana jest gęstością substancji. Gęstość mierzona jest w kg/m3. Gęstość gazu ziemnego zależy wyłącznie od jego składu i zawiera się w granicach c = 0,73-0,85 kg/m3.

Najważniejsza cecha dowolnego gazu palnego to moc cieplna, tj. Maksymalna temperatura osiąga się przy całkowitym spaleniu gazu, jeśli wymagana ilość powietrza do spalania dokładnie odpowiada chemicznym wzorom spalania, a początkowa temperatura gazu i powietrza wynosi zero.

Pojemność cieplna gazów ziemnych wynosi około 2000 -2100°C, metanu - 2043°C. Rzeczywista temperatura spalania w piecach jest znacznie niższa niż moc cieplna i zależy od warunków spalania.

Temperatura zapłonu to temperatura mieszanki paliwowo-powietrznej, w której mieszanka zapala się bez źródła zapłonu. Dla gazu ziemnego mieści się w zakresie 645-700 °C.

Wszystkie gazy palne są wybuchowe, zdolne do zapalenia się otwartym płomieniem lub iskrą. Wyróżnić dolny i górny limit koncentracji rozprzestrzenianie się płomienia , tj. dolne i górne stężenia, przy których możliwa jest eksplozja mieszaniny. Dolna granica wybuchowości gazów wynosi 3÷6%, górna 12÷16%.

Granice wybuchowości.

Mieszanina gazowo-powietrzna zawierająca ilość gazu:

do 5% - nie pali się;

od 5 do 15% - wybucha;

ponad 15% - pali się przy doprowadzeniu powietrza.

Ciśnienie podczas wybuchu gazu ziemnego wynosi 0,8-1,0 MPa.

Wszystkie gazy palne mogą powodować zatrucie organizmu człowieka. Główne substancje toksyczne to: tlenek węgla (CO), siarkowodór (H 2 S), amoniak (NH 3).

Gaz ziemny nie ma zapachu. W celu stwierdzenia nieszczelności gaz jest nawaniany (tj. podawany) specyficzny zapach). Nawanianie prowadzi się przy użyciu merkaptanu etylowego. Przeprowadź nawanianie na stacjach dystrybucji gazu (GDS). Gdy do powietrza przedostanie się 1% gazu ziemnego, jego zapach zaczyna być wyczuwalny. Praktyka pokazuje, że średnia dawka merkaptanu etylowego do nawaniania gazu ziemnego dostarczanego do sieci miejskich powinna wynosić 16 g na 1000 m3 gazu.

W porównaniu do twardych i płynne paliwo gaz ziemny wygrywa na wiele sposobów:

Względna taniość, którą tłumaczy więcej łatwa droga górnictwo i transport;

Brak popiołu i usuwanie cząstek stałych do atmosfery;

Wysokie ciepło spalania;

Nie jest wymagane przygotowanie paliwa do spalania;

Ułatwia się pracę pracownikom usług oraz poprawiają warunki sanitarno-higieniczne ich pracy;

Ułatwia automatyzację procesów pracy.

Ze względu na możliwe nieszczelności w połączeniach i armaturach gazociągów, korzystanie z gazu ziemnego wymaga szczególnej ostrożności i ostrożności. Wnikanie ponad 20% gazu do pomieszczenia może doprowadzić do uduszenia, a jeśli jest obecny w objętości zamkniętej od 5 do 15%, może spowodować wybuch mieszaniny gaz-powietrze. Niepełne spalanie powoduje toksyczność tlenek węgla CO, który nawet w niskich stężeniach prowadzi do zatrucia personelu serwisowego.

Ze względu na pochodzenie gazy naturalne dzielą się na dwie grupy: suche i tłuste.

Suchy Gazy to gazy pochodzenia mineralnego, które można znaleźć na obszarach związanych z obecną lub przeszłą aktywnością wulkaniczną. Suche gazy składają się prawie wyłącznie z samego metanu z nieznaczną ilością składników balastowych (azot, dwutlenek węgla) i mają wartość opałową Qn=7000÷9000 kcal/nm3.

tłuszczowy gazy towarzyszą polom naftowym i zwykle gromadzą się w górnych warstwach. Ze względu na swoje pochodzenie gazy tłuszczowe są zbliżone do oleju i zawierają wiele łatwo kondensujących się węglowodorów. Wartość opałowa gazy ciekłe Qн=8000-15000 kcal/nm3

Zaletami paliw gazowych są łatwość transportu i spalania, brak popiołu wilgotnego oraz znaczna prostota wyposażenia kotła.

Jak również gazy naturalne wykorzystywane są również sztuczne gazy palne otrzymywane podczas przetwarzania paliwa stałe lub w wyniku pracy instalacje przemysłowe jako gazy odlotowe. Gazy sztuczne składają się z gazów palnych niepełne spalanie paliwo, gazy balastowe i para wodna i dzielą się na bogate i ubogie, o średniej wartości opałowej odpowiednio 4500 kcal/m3 i 1300 kkam3. Skład gazów: wodór, metan, inne związki węglowodorowe CmHn, siarkowodór H 2 S, gazy niepalne, dwutlenek węgla, tlen, azot i niewielka ilość pary wodnej. Balast - azot i dwutlenek węgla.

Tak więc skład suchego paliwa gazowego można przedstawić jako następującą mieszaninę pierwiastków:

CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 \u003d 100%.

Skład mokrego paliwa gazowego wyraża się następująco:

CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.

Ciepło spalania suchy paliwo gazowe kJ/m3 (kcal/m3) na 1 m3 gazu w normalnych warunkach określa się w następujący sposób:

Qn \u003d 0,01,

Gdzie Qi jest wartością opałową odpowiedniego gazu.

Ciepło spalania paliwa gazowego podano w tabeli 3.

Gaz wielkopiecowy powstały podczas wytopu żelaza w wielkich piecach. Jego wydajność i skład chemiczny zależą od właściwości wsadu i paliwa, trybu pracy pieca, sposobów intensyfikacji procesu i innych czynników. Wydajność gazu waha się od 1500-2500 m 3 na tonę surówki. Udział składników niepalnych (N 2 i CO 2) w gazie wielkopiecowym wynosi około 70%, co powoduje jego niską sprawność cieplną (najniższa wartość opałowa gazu wynosi 3-5 MJ/m 3).

Podczas spalania gazu wielkopiecowego maksymalna temperatura produktów spalania (z wyłączeniem strat ciepła i zużycia ciepła na dysocjację CO 2 i H 2 O) wynosi 400-1500 0 C. Jeżeli gaz i powietrze są ogrzewane przed spalaniem, temperatura produktów spalania może ulec znacznemu podwyższeniu.

gaz żelazostopowy powstające podczas wytapiania żelazostopów w piecach do redukcji rudy. Gaz pochodzący z zamknięte piekarniki, może służyć jako paliwo SER (wtórne źródła energii). W piecach otwartych, ze względu na swobodny dostęp powietrza, gaz pali się na górze. Wydajność i skład gazu żelazostopowego zależy od gatunku wytopu

stop, skład wsadu, tryb pracy pieca, jego moc itp. Skład gazu: 50-90% CO, 2-8% H 2 , 0,3-1% CH 4 , O 2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

gaz konwertorowy powstające podczas wytopu stali w konwertorach tlenowych. Gaz składa się głównie z tlenku węgla, jego wydajność i skład podczas topienia ulegają znacznym zmianom. Po oczyszczeniu skład gazu jest w przybliżeniu następujący: 70-80% CO; 15-20% CO 2 ; 0,5-0,8% O2; 3-12% N 2. Ciepło spalania gazu wynosi 8,4-9,2 MJ/m 3 . Maksymalna temperatura spalania osiąga 2000 0 С.

gaz koksowniczy powstające podczas koksowania wsadu węglowego. W metalurgii żelaza stosuje się go po ekstrakcji produktów chemicznych. Skład gazu koksowniczego zależy od właściwości wsadu węglowego i warunków koksowania. Udziały objętościowe składników w gazie mieszczą się w następujących granicach, %: 52-62H 2 ; 0,3-0,6 O2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO 2 . Ciepło spalania wynosi 17-17,6 MJ / m^3, maksymalna temperatura produktów spalania to 2070 0 С.

Substancje pochodzenia organicznego obejmują paliwo, które po spaleniu uwalnia pewną ilość energii cieplnej. Wytwarzanie ciepła powinno charakteryzować się wysoką sprawnością i brakiem skutków ubocznych, w szczególności substancji szkodliwych dla zdrowia człowieka i środowiska.

Aby ułatwić załadunek do pieca, materiał drzewny jest cięty na pojedyncze elementy o długości do 30 cm, aby zwiększyć efektywność ich wykorzystania, drewno opałowe powinno być jak najbardziej suche, a proces spalania powinien być stosunkowo powolny. Pod wieloma względami drewno opałowe z twardego drewna, takiego jak dąb i brzoza, leszczyna i jesion, głóg nadaje się do ogrzewania pomieszczeń. Ze względu na dużą zawartość żywicy, zwiększoną szybkość spalania i niską kaloryczność, drzewa iglaste są pod tym względem znacznie gorsze.

Należy rozumieć, że gęstość drewna wpływa na wartość kaloryczności.

Jest to naturalny materiał pochodzenia roślinnego, pozyskiwany ze skał osadowych.

Ten rodzaj paliwa stałego zawiera węgiel i inne pierwiastki chemiczne. Istnieje podział materiału na rodzaje w zależności od jego wieku. Węgiel brunatny jest uważany za najmłodszy, za nim jest węgiel kamienny, a antracyt jest najstarszy ze wszystkich pozostałych gatunków. Wiek substancji palnej również decyduje o jej wilgotności, która jest bardziej obecna w młodym materiale.

Podczas spalania węgla następuje zanieczyszczenie środowiska, a na ruszcie kotła powstaje żużel, co w pewnym stopniu utrudnia normalne spalanie. Obecność siarki w materiale jest również niekorzystnym czynnikiem dla atmosfery, ponieważ pierwiastek ten w przestrzeni powietrznej przekształca się w kwas siarkowy.

Konsumenci nie powinni jednak obawiać się o swoje zdrowie. Producenci tego materiału, dbając o klientów prywatnych, dążą do obniżenia w nim zawartości siarki. Wartość opałowa węgla może się różnić nawet w ramach tego samego rodzaju. Różnica zależy od cech podgatunku i zawartości w nim minerałów, a także geografii produkcji. Jako paliwo stałe występuje nie tylko czysty węgiel, ale również niskowzbogacony żużel węglowy sprasowany w brykiety.

Pelety (pelety paliwowe) to paliwo stałe wytwarzane przemysłowo z odpadów drzewnych i roślinnych: wiórów, kory, tektury, słomy.

Rozdrobniony do stanu pyłu surowiec jest suszony i wsypywany do granulatora, skąd wychodzi już w postaci granulek o określonym kształcie. Aby dodać lepkość do masy, stosuje się polimer roślinny, ligninę. Złożoność procesu produkcyjnego i duże zapotrzebowanie tworzą koszt pelletu. Materiał stosowany jest w specjalnie wyposażonych kotłach.

Rodzaje paliwa określane są w zależności od materiału, z którego są przetwarzane:

• okrągłe drewno drzew dowolnego gatunku;
• słoma;
• torf;
• łuska słonecznika.

Wśród zalet peletów paliwowych warto zwrócić uwagę na następujące cechy:

• przyjazność dla środowiska;
• niezdolność do deformacji i odporność na grzyby;
• łatwość przechowywania nawet na zewnątrz;
• jednolitość i czas palenia;
• stosunkowo niski koszt;
• możliwość zastosowania do różnych urządzeń grzewczych;
• odpowiednia wielkość peletu do automatycznego załadunku do specjalnie wyposażonego kotła.

Brykiety

Brykiety nazywane są paliwem stałym, pod wieloma względami podobnymi do peletów. Do ich produkcji wykorzystywane są identyczne materiały: zrębki, wióry, torf, plewy i słoma. Podczas procesu produkcyjnego surowiec jest rozdrabniany i formowany w brykiety poprzez prasowanie. Ten materiał należy również do paliw przyjaznych dla środowiska. Wygodne jest przechowywanie nawet na zewnątrz. Płynne, równomierne i powolne spalanie tego paliwa można zaobserwować zarówno w kominkach i piecach, jak iw kotłach grzewczych.

Omówione powyżej odmiany przyjaznych środowisku paliw stałych stanowią dobrą alternatywę dla wytwarzania ciepła. W porównaniu z kopalnymi źródłami energii cieplnej, które niekorzystnie wpływają na środowisko podczas spalania, a ponadto są nieodnawialne, paliwa alternatywne mają wyraźne zalety i stosunkowo niski koszt, co jest ważne dla niektórych kategorii odbiorców.

Jednocześnie zagrożenie pożarowe takich paliw jest znacznie wyższe. Dlatego należy podjąć pewne środki ostrożności dotyczące ich przechowywania i stosowania ognioodpornych materiałów ściennych.

Paliwa płynne i gazowe

Jeśli chodzi o płynne i gazowe substancje palne, sytuacja jest następująca.

Co to jest paliwo?

Jest to jeden składnik lub mieszanina substancji, które są zdolne do przemian chemicznych związanych z wydzielaniem ciepła. Różne rodzaje paliw różnią się zawartością ilościową zawartego w nich utleniacza, który służy do uwalniania energii cieplnej.

W szerokim znaczeniu paliwo jest nośnikiem energii, czyli potencjalnym rodzajem energii potencjalnej.

Klasyfikacja

Obecnie paliwa dzieli się ze względu na stan skupienia na ciekłe, stałe, gazowe.

Kamień i drewno opałowe, antracyt uważane są za solidne gatunki naturalne. Brykiety, koks, termoantracyt to odmiany sztucznego paliwa stałego.

Ciecze obejmują substancje zawierające substancje pochodzenia organicznego. Ich głównymi składnikami są: tlen, węgiel, azot, wodór, siarka. Sztuczne paliwo płynne będzie różnymi żywicami, olejem opałowym.

Jest to mieszanina różnych gazów: etylenu, metanu, propanu, butanu. Oprócz nich paliwo gazowe zawiera dwutlenek i tlenek węgla, siarkowodór, azot, parę wodną i tlen.

Wskaźniki paliwa

Główny wskaźnik spalania. Wzór na określenie wartości opałowej jest rozważany w termochemii. emitują „paliwo wzorcowe”, co implikuje wartość opałową 1 kilograma antracytu.

Domowy olej opałowy przeznaczony jest do spalania w urządzeniach grzewczych małej mocy, które znajdują się w pomieszczeniach mieszkalnych, generatorach ciepła stosowanych w rolnictwie do suszenia pasz, konserw.

Ciepło właściwe spalania paliwa jest taką wartością, że pokazuje ilość ciepła, jaka powstaje podczas całkowitego spalania paliwa o objętości 1 m 3 lub masie jednego kilograma.

Do pomiaru tej wartości stosuje się J / kg, J / m 3, kalorie / m 3 . Aby określić ciepło spalania, użyj metody kalorymetrycznej.

Wraz ze wzrostem ciepła właściwego spalania paliwa jednostkowe zużycie paliwa maleje, a sprawność pozostaje niezmieniona.

Ciepło spalania substancji to ilość energii uwalnianej podczas utleniania stałej, ciekłej, gazowej substancji.

Decyduje o tym skład chemiczny, a także stan skupienia substancji palnej.

Cechy produktów spalania

Wyższa i niższa kaloryczność związana jest ze stanem skupienia wody w substancjach otrzymanych po spaleniu paliwa.

Wartość opałowa to ilość ciepła uwalnianego podczas całkowitego spalania substancji. Wartość ta obejmuje ciepło kondensacji pary wodnej.

Dolna opałowa robocza to wartość odpowiadająca wydzielaniu ciepła podczas spalania bez uwzględnienia ciepła kondensacji pary wodnej.

Utajone ciepło kondensacji to wartość energii kondensacji pary wodnej.

Matematyczna zależność

Wyższą i niższą kaloryczność łączy zależność:

QB = QH + k(W + 9H)

gdzie W jest ilością wagową (w %) wody w substancji palnej;

H to ilość wodoru (% masowych) w substancji palnej;

k - współczynnik 6 kcal/kg

Metody obliczania

Wartość opałową wyższą i niższą określa się dwoma głównymi metodami: obliczeniową i eksperymentalną.

Kalorymetry służą do obliczeń eksperymentalnych. Najpierw spala się w nim próbkę paliwa. Ciepło, które zostanie w tym przypadku uwolnione, jest całkowicie pochłaniane przez wodę. Mając wyobrażenie o masie wody, można określić wartość jej ciepła spalania poprzez zmianę jej temperatury.

Technika ta jest uważana za prostą i skuteczną, zakłada jedynie znajomość danych analizy technicznej.

W metodzie obliczeniowej najwyższą i najniższą wartość opałową oblicza się według wzoru Mendelejewa.

Q p H \u003d 339C p + 1030H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)

Uwzględnia zawartość węgla, tlenu, wodoru, pary wodnej, siarki w składzie roboczym (w procentach). Ilość ciepła podczas spalania określana jest z uwzględnieniem paliwa wzorcowego.

Ciepło spalania gazu pozwala na dokonanie wstępnych obliczeń, w celu określenia efektywności wykorzystania określonego rodzaju paliwa.

Cechy pochodzenia

Aby zrozumieć, ile ciepła uwalnia się podczas spalania danego paliwa, konieczne jest zrozumienie jego pochodzenia.

W naturze występują różne rodzaje paliw stałych, różniące się składem i właściwościami.

Jego tworzenie odbywa się w kilku etapach. Najpierw powstaje torf, następnie pozyskuje się węgiel brunatny i kamienny, następnie powstaje antracyt. Głównymi źródłami powstawania paliw stałych są liście, drewno i igły. Umierające części roślin wystawione na działanie powietrza są niszczone przez grzyby, tworząc torf. Jego nagromadzenie zamienia się w brązową masę, po czym uzyskuje się brązowy gaz.

Przy wysokim ciśnieniu i temperaturze brązowy gaz zamienia się w węgiel, następnie paliwo gromadzi się w postaci antracytu.

Oprócz materii organicznej w paliwie znajduje się dodatkowy balast. Organiczne rozważ tę część, która powstała z substancji organicznych: wodoru, węgla, azotu, tlenu. Oprócz tych pierwiastków chemicznych zawiera balast: wilgoć, popiół.

Technologia pieca polega na alokacji masy roboczej, suchej, a także palnej spalonego paliwa. Masa robocza nazywana jest paliwem w pierwotnej postaci, dostarczanym konsumentowi. Sucha masa to kompozycja, w której nie ma wody.

Pogarszać

Najcenniejszymi składnikami są węgiel i wodór.

Pierwiastki te znajdują się w każdym rodzaju paliwa. W torfie i drewnie zawartość węgla sięga 58%, w węglu kamiennym i brunatnym 80%, a w antracycie 95%. W zależności od tego wskaźnika zmienia się ilość ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa. Wodór jest drugim najważniejszym składnikiem każdego paliwa. W kontakcie z tlenem tworzy wilgoć, co znacznie obniża wartość cieplną każdego paliwa.

Jego zawartość procentowa waha się od 3,8 w łupkach bitumicznych do 11 w oleju opałowym. Tlen, który jest częścią paliwa, działa jak balast.

Nie jest pierwiastkiem chemicznym wytwarzającym ciepło, dlatego negatywnie wpływa na wartość jego ciepła spalania. Spalanie azotu zawartego w postaci wolnej lub związanej w produktach spalania jest uważane za szkodliwe zanieczyszczenia, dlatego jego ilość jest wyraźnie ograniczona.

Siarka zawarta jest w składzie paliwa w postaci siarczanów, siarczków, a także jako gazowy dwutlenek siarki. Po uwodnieniu tlenki siarki tworzą kwas siarkowy, który niszczy urządzenia kotłowe i niekorzystnie wpływa na roślinność i organizmy żywe.

Dlatego siarka jest pierwiastkiem chemicznym, którego obecność w naturalnym paliwie jest wysoce niepożądana. Związki siarki przedostające się do pomieszczenia roboczego powodują znaczne zatrucie personelu.

W zależności od pochodzenia, wyróżnia się trzy rodzaje popiołu:

• podstawowy;
• wtórny;
• trzeciorzędowy.

Forma pierwotna powstaje z substancji mineralnych zawartych w roślinach. Popiół wtórny powstaje w wyniku spożycia resztek roślinnych przez piasek i ziemię podczas formowania.

Popiół trzeciorzędowy okazuje się być częścią paliwa w procesie wydobycia, magazynowania, a także transportu. Przy znacznym odkładaniu popiołu następuje zmniejszenie wymiany ciepła na powierzchni grzewczej zespołu kotłowego, zmniejsza się ilość wymiany ciepła do wody z gazów. Ogromna ilość popiołu negatywnie wpływa na pracę kotła.

Wreszcie

Substancje lotne mają istotny wpływ na proces spalania każdego rodzaju paliwa. Im większa ich moc, tym większa będzie objętość frontu płomienia. Np. węgiel, torf łatwo się zapalają, procesowi towarzyszą nieznaczne straty ciepła. Koks, który pozostaje po usunięciu zanieczyszczeń lotnych, zawiera w swoim składzie wyłącznie związki mineralne i węglowe. W zależności od właściwości paliwa ilość ciepła znacznie się różni.

W zależności od składu chemicznego wyróżnia się trzy etapy powstawania paliw stałych: torf, węgiel brunatny, węgiel.

W małych kotłowniach wykorzystywane jest naturalne drewno. Przeważnie używa się zrębków, trocin, płyt, kory, w niewielkich ilościach używa się samego drewna opałowego. W zależności od rodzaju drewna ilość wydzielanego ciepła jest bardzo zróżnicowana.

Wraz ze spadkiem wartości opałowej drewno opałowe zyskuje pewne zalety: szybką palność, minimalną zawartość popiołu i brak śladów siarki.

Wiarygodne informacje o składzie paliw naturalnych lub syntetycznych, ich kaloryczności, to doskonały sposób na prowadzenie obliczeń termochemicznych.

Obecnie istnieje realna szansa na zidentyfikowanie tych głównych opcji paliw stałych, gazowych i ciekłych, które w danej sytuacji staną się najbardziej wydajne i niedrogie w użyciu.

W tabelach przedstawiono masowe ciepło właściwe spalania paliwa (ciekłego, stałego i gazowego) oraz niektórych innych materiałów palnych. Pod uwagę brane są paliwa takie jak: węgiel, drewno opałowe, koks, torf, nafta, ropa, alkohol, benzyna, gaz ziemny itp.

Wykaz tabel:

W egzotermicznej reakcji utleniania paliwa jego energia chemiczna jest przekształcana w energię cieplną z uwolnieniem pewnej ilości ciepła. Powstała energia cieplna nazywana jest ciepłem spalania paliwa. Zależy od jego składu chemicznego, wilgotności i jest głównym. Wartość opałowa paliwa, odniesiona do 1 kg masy lub 1 m 3 objętości, stanowi właściwą wartość opałowa masy lub objętości.

Ciepło właściwe spalania paliwa to ilość ciepła uwalniana podczas całkowitego spalania jednostki masy lub objętości paliwa stałego, ciekłego lub gazowego. W międzynarodowym układzie jednostek wartość ta jest mierzona w J / kg lub J / m 3.

Ciepło właściwe spalania paliwa można wyznaczyć doświadczalnie lub obliczyć analitycznie. Eksperymentalne metody wyznaczania wartości opałowej opierają się na praktycznym pomiarze ilości ciepła wydzielanego podczas spalania paliwa np. w kalorymetrze z termostatem i bombą spalinową. W przypadku paliwa o znanym składzie chemicznym ciepło właściwe spalania można wyznaczyć ze wzoru Mendelejewa.

Występują wyższe i niższe ciepło właściwe spalania. Wartość opałowa jest równa maksymalnej ilości ciepła wydzielanego podczas całkowitego spalania paliwa, z uwzględnieniem ciepła zużytego na odparowanie wilgoci zawartej w paliwie. Niższa wartość opałowa jest mniejsza od wartości wyższej o wartość ciepła kondensacji, które powstaje z wilgoci w paliwie i wodoru z masy organicznej, który podczas spalania zamienia się w wodę.

Do określenia wskaźników jakości paliw, a także w obliczeniach ciepłowniczych zwykle używamy najniższego ciepła właściwego spalania, która jest najważniejszą charakterystyką cieplną i eksploatacyjną paliwa i została podana w poniższych tabelach.

Ciepło właściwe spalania paliwa stałego (węgiel, drewno opałowe, torf, koks)

W tabeli przedstawiono wartości ciepła właściwego spalania suchego paliwa stałego w jednostce MJ/kg. Paliwo w tabeli jest uporządkowane według nazw w kolejności alfabetycznej.

Spośród rozważanych paliw stałych najwyższą wartość opałową ma węgiel koksujący – jego ciepło właściwe spalania wynosi 36,3 MJ/kg (lub 36,3·106 J/kg w jednostkach SI). Ponadto wysoką kaloryczność charakteryzuje węgiel, antracyt, węgiel drzewny i węgiel brunatny.

Paliwa o niskiej efektywności energetycznej to drewno, drewno opałowe, proch strzelniczy, freztorf, łupek bitumiczny. Na przykład ciepło właściwe spalania drewna opałowego wynosi 8,4 ... 12,5, a prochu - tylko 3,8 MJ / kg.

Ciepło właściwe spalania paliwa stałego (węgiel, drewno opałowe, torf, koks)

Paliwo
Antracyt	26,8…34,8
Pellet drzewny (pelety)	18,5
Drewno opałowe suche	8,4…11
Suche drewno opałowe brzozowe	12,5
koks gazowy	26,9
koks wielkopiecowy	30,4
półkoks	27,3
Proszek	3,8
Łupek	4,6…9
Łupki bitumiczne	5,9…15
paliwo stałe	4,2…10,5
Torf	16,3
torf włóknisty	21,8
Torf do mielenia	8,1…10,5
Okruchy torfowe	10,8
brązowy węgiel	13…25
Węgiel brunatny (brykiety)	20,2
Węgiel brunatny (pył)	25
Węgiel doniecki	19,7…24
Węgiel drzewny	31,5…34,4
Węgiel	27
Węgiel koksowy	36,3
Węgiel Kuźniecki	22,8…25,1
Węgiel czelabiński	12,8
Węgiel Ekibastuz	16,7
freztorf	8,1
Żużel	27,5

Ciepło właściwe spalania paliw płynnych (alkohol, benzyna, nafta, olej)

Podano tabelę ciepła właściwego spalania paliwa płynnego i niektórych innych płynów organicznych. Należy zauważyć, że paliwa takie jak benzyna, olej napędowy i olej charakteryzują się dużym wydzielaniem ciepła podczas spalania.

Ciepło właściwe spalania alkoholu i acetonu jest znacznie niższe niż tradycyjnych paliw silnikowych. Ponadto paliwo ciekłe ma stosunkowo niską wartość opałową i przy całkowitym spaleniu 1 kg tych węglowodorów zostanie uwolniona ilość ciepła równa odpowiednio 9,2 i 13,3 MJ.

Ciepło właściwe spalania paliw płynnych (alkohol, benzyna, nafta, olej)

Paliwo	Ciepło właściwe spalania, MJ/kg
Aceton	31,4
Benzyna A-72 (GOST 2084-67)	44,2
Benzyna lotnicza B-70 (GOST 1012-72)	44,1
Benzyna AI-93 (GOST 2084-67)	43,6
Benzen	40,6
Zimowy olej napędowy (GOST 305-73)	43,6
Letni olej napędowy (GOST 305-73)	43,4
Propelent ciekły (nafta + ciekły tlen)	9,2
Nafta lotnicza	42,9
Nafta oświetleniowa (GOST 4753-68)	43,7
ksylen	43,2
Olej opałowy o wysokiej zawartości siarki	39
Olej opałowy o niskiej zawartości siarki	40,5
Olej opałowy o niskiej zawartości siarki	41,7
Siarkowy olej opałowy	39,6
Alkohol metylowy (metanol)	21,1
Alkohol n-butylowy	36,8
Olej	43,5…46
Metan naftowy	21,5
Toluen	40,9
Biały duch (GOST 313452)	44
glikol etylenowy	13,3
Alkohol etylowy (etanol)	30,6

Ciepło właściwe spalania paliwa gazowego i gazów palnych

Przedstawiono tabelę ciepła właściwego spalania paliwa gazowego i niektórych innych gazów palnych w wymiarze MJ/kg. Z rozważanych gazów różni się największe ciepło właściwe spalania. Przy całkowitym spaleniu jednego kilograma tego gazu uwolnione zostanie 119,83 MJ ciepła. Również paliwo takie jak gaz ziemny ma wysoką kaloryczność – ciepło właściwe spalania gazu ziemnego wynosi 41...49 MJ/kg (dla czystego 50 MJ/kg).

Ciepło właściwe spalania paliwa gazowego i gazów palnych (wodór, gaz ziemny, metan)

Paliwo	Ciepło właściwe spalania, MJ/kg
1-buten	45,3
Amoniak	18,6
Acetylen	48,3
Wodór	119,83
Wodór, mieszanina z metanem (50% H 2 i 50% CH 4 masowo)	85
Wodór, mieszanina z metanem i tlenkiem węgla (33-33-33% mas.)	60
Wodór, mieszanina z tlenkiem węgla (50% H 2 50% CO 2 masowo)	65
Gaz wielkopiecowy	3
gaz koksowniczy	38,5
Gaz płynny LPG (propan-butan)	43,8
Izobutan	45,6
Metan	50
n-butan	45,7
n-Heksan	45,1
n-pentan	45,4
Powiązany gaz	40,6…43
Gazu ziemnego	41…49
Propadien	46,3
propan	46,3
Propylen	45,8
Propylen, mieszanina z wodorem i tlenkiem węgla (90%-9%-1% wag.)	52
Etan	47,5
Etylen	47,2

Ciepło właściwe spalania niektórych materiałów palnych

W tabeli podano ciepło właściwe spalania niektórych materiałów palnych (drewno, papier, plastik, słoma, guma itp.). Należy zwrócić uwagę na materiały o dużym wydzielaniu ciepła podczas spalania. Do takich materiałów należą: różnego rodzaju kauczuki, polistyren ekspandowany (polistyren), polipropylen i polietylen.

Ciepło właściwe spalania niektórych materiałów palnych

Paliwo	Ciepło właściwe spalania, MJ/kg
Papier	17,6
Skóra ekologiczna	21,5
Drewno (pręty o wilgotności 14%)	13,8
Drewno w stosach	16,6
Drewno dębowe	19,9
drewno świerkowe	20,3
drewno zielone	6,3
drewno sosnowe	20,9
Kapron	31,1
Produkty karbolitowe	26,9
Karton	16,5
Kauczuk butadienowo-styrenowy SKS-30AR	43,9
Kauczuk naturalny	44,8
Kauczuk syntetyczny	40,2
Guma SCS	43,9
Kauczuk chloroprenowy	28
Linoleum z polichlorku winylu	14,3
Dwuwarstwowy linoleum z polichlorku winylu	17,9
Polichlorek winylu linoleum na podłożu filcowym	16,6
Polichlorek winylu Linoleum na ciepło	17,6
Polichlorek winylu linoleum na bazie tkaniny	20,3
Kauczuk linoleum (relin)	27,2
Stała parafina	11,2
Polipian PCV-1	19,5
Pianka FS-7	24,4
Polipian FF	31,4
Styropian PSB-S	41,6
pianka poliuretanowa	24,3
płyta pilśniowa	20,9
Polichlorek winylu (PVC)	20,7
Poliwęglan	31
Polipropylen	45,7
Polistyren	39
Polietylen o wysokiej gęstości	47
Polietylen niskociśnieniowy	46,7
Guma	33,5
Ruberoid	29,5
Kanał sadzy	28,3
Siano	16,7
Słoma	17
Szkło organiczne (pleksi)	27,7
Tekstolit	20,9
Tol	16
TNT	15
Bawełna	17,5
Celuloza	16,4
Wełna i włókna wełniane	23,1

Źródła:

1. GOST 147-2013 Stałe paliwo mineralne. Wyznaczanie wyższej wartości opałowej i obliczanie niższej wartości opałowej.
2. GOST 21261-91 Produkty naftowe. Metoda wyznaczania wartości opałowej brutto i obliczania wartości opałowej netto.
3. GOST 22667-82 Palne gazy ziemne. Metoda obliczeniowa do wyznaczania wartości opałowej, gęstości względnej i liczby Wobbego.
4. GOST 31369-2008 Gaz ziemny. Obliczanie wartości opałowej, gęstości, gęstości względnej i liczby Wobbego na podstawie składu składników.
5. Zemsky G. T. Właściwości palne materiałów nieorganicznych i organicznych: książka referencyjna M .: VNIIPO, 2016 - 970 s.