Энергетическое топливо. Технические характеристики и элементарный состав.

Топливом можно считать всякое вещество, выделяющее при определенных условиях большое количество тепловой энергии, которую в зависимости от технических и экономических показателей используют в различных отраслях. В котельных установках выделившаяся теплота используется для получения рабочего тела - водяного пара или горячей воды, используемых в технологических и отопительных установках, а также производства электрической энергии.

В настоящее время топливо можно разделить на две группы, различающиеся по принципу освобождения энергии: горючее, выделяющее теплоту при взаимодействии с другим веществом (окислителем); расщепляющееся (ядерное), которое выделяет теплоту в результате расщепления вещества топлива с одновременным образованием молекул других химических элементов.

Горючее топливо делят на органическое и неорганическое. Органическое топливо включает углеводородные химические соединения природного и искусственного происхождения, углерод и водород, а также их смеси. Неорганическим топливом являются неорганические вещества и их композиции, которые при взаимодействии с окислителем выделяют большое количество теплоты. Такими веществами могут быть металлы: алюминий (А1), магний (Mg), железо (Fe) и др.

Органическое топливо делят на ископаемое природное и искусственное, которое, в свою очередь, подразделяют на композиционное и синтетическое. Ископаемое природное топливо - это топливо, накопленное в недрах Земли и являющееся продуктом биохимических и химических превращений органического вещества растений и микроорганизмов, существовавших на Земле 0.5-500 млн. лет назад. К нему относятся: уголь, сланец, торф, природный газ, извлекаемые человеком из недр Земли. Искусственное топливо - это органическое топливо, созданное человеком путем соответствующей переработки, как правило, природных соединений (в том числе и природных топлив) с целью получения топлив с новыми наперед заданными свойствами. Композиционное топливо - это механическая смесь горючих (в том числе органического топлива), а в ряде случаев горючих и негорючих веществ, обладающая новыми теплотехническими свойствами по сравнению со свойствами исходных горючих. К композиционному топливу относятся топливные суспензии, топливные эмульсии, топливные брикеты, гранулы, топливо из горючих отходов и др. Синтетическое топливо - продукт термохимической переработки горючих веществ (в том числе и органического топлива), обладающий новыми теплотехническими свойствами по сравнению с исходным горючим веществом. К синтетическому топливу относятся все продукты переработки нефти: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, жидкое топливо и газ, полученные из угля, и др.

1. Углерод (С) входит в состав топлива в виде сложных соединений с другими элементами. Чем выше содержание углерода, тем выше тепловая ценность топлива. В твердом топливе содержание его колеблется от 50 % для древесины до 93% для антрацита в зависимости от глубины обуглероживания растительных (или животных) остатков. Теплота сгорания углерода около 33 МДж/кг.

2. Водород (Н) занимает в топливе второе место по располагаемой теплоте. Для антрацита содержание Н падает в несколько раз за счет глубины метаморфизма угля. При сгорании водорода получается вода, которая может находиться в парообразном или жидком состоянии. В зависимости от этого колеблется теплота сгорания водорода: для парообразного состояния продуктов окисления она равна 120 МДж/кг, для жидкого - 142 МДж/кг.

3. Кислород (О) является балластной составляющей топлива, так как своим присутствием уменьшает горючую часть в топливе. Содержание кислорода колеблется в пределах от 0,5% у каменных углей до 42% у растений.

4. Азот (N), как и кислород, также считается внутренним балластом топлива, снижающим горючую часть, так как входит в органическое вещество. В твердом топливе содержание доходит до 3%, но в доменном и генераторном газах содержание азота существенно увеличивается, что снижает теплоценность этих искусственных горючих газов. Азот топлива при горении целиком превращается в токсичные окислы NO и NO₂.

5. Сера (S) имеет невысокую теплоту сгорания и в твердом топливе находится в виде органической (S_о), колчеданной (S_K) (что то же - ипритной FeS₂) и в виде сульфатов (S_c).

Органическую и колчеданную серу называют летучей (горючей), так как она участвует в процессе горения. Теплота сгорания серы 9.05 МДж/кг. Сульфатная сера не горит, так как является конечным продуктом окисления серы, например FeSO₄, MgSO₄, CaSO₄ и др. В твердом топливе содержание серы достигает 8%, в жидкой 3,5%, в газообразном - сера содержится в газообразном состоянии в виде двух соединений: H₂S и SO₂.

При сгорании H₂S сера в основном окисляется в сернистый ангидрид SO₂, в меньшей степени - в серный ангидрид SO₃. Эти окислы в присутствии влаги образуют слабые растворы сернистой и серной кислот, вызывающих наружную коррозию элементов оборудования и оказывающих вредное действие на окружающую среду при попадании в атмосферу.

Негорючая часть топлива состоит из влаги W_t и минеральной части М, образующей при сгорании золу А.

6. Зола (А) представляет собой твердый минеральный остаток после сжигания топлива и состоит из топочных шлаков и летучей золы, покидающей топку с продуктами сгорания. Следующие компоненты определяют химический состав и свойства топочных шлаков и золы SiO₂, А1₂О₃, Fe₂O₃, известь - СаО, окислы щелочных металлов Na₂O, К₂O и сульфаты.

7. Летучая зола, выбрасываемая через дымовую трубу, кроме вреда для окружающей среды, наносит вред непосредственно поверхностям нагрева своими эрозионными свойствами (SiO,) и загрязнением (СаО). Соединения ванадия в минеральный части топлива вызывают интенсивную ванадиевую коррозию металла.

8. Влага W, как и зольность, является внешним балластом топлива, снижает его теплоценность и, кроме того, требует затрат теплоты на испарение. Испарившаяся влага отбирает от дымовых газов часть теплоты на свой подогрев, отчего понижается температура газов, а вместе с ней и температурный напор между газами и рабочей средой, что уменьшает количество передаваемой теплоты.

Технические Характеристики:

1. Теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, выделяемой при полном сгорании единицы массы, кДж/кг, или объема, кДж/м3, топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшей теплотой сгорания Q_В называют количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива (или 1 м3 газового топлива) при условии, что образующиеся при сгорании водяные пары конденсируются и выделяется их теплота конденсации. В паровых котлах продукты сгорания не охлаждаются до температуры конденсации паров. В этих условиях теплота конденсации теряется и общее используемое тепловыделение при горении топлива будет меньше. Количество теплоты, которая выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого (или 1 м3 газового) топлива за вычетом теплоты конденсации водяных паров, называют низшей теплотой сгорания Q_Н.

2. Выход летучих веществ. Если твердое топливо постепенно нагревать в инертной среде без доступа воздуха, то при высоких температурах сначала выделяются водяные пары, а затем происходит разложение кислородосодержащих молекул топлива с образованием газообразных веществ, получивших название летучие вещества (СО, Н₂, СО₂, C_nH_m, H₂S, CN, HCN и др.).

3. Структура кокса. Оставшаяся после выхода летучих веществ твердая часть топлива состоит в основном из углерода и минеральной части и называется коксом. Термические преобразования исходного вещества топлива в провесе выхода летучих приводят к изменению структуры твердой части, результате чего коксовый остаток может быть спекшимся (твердым, сплавленным), слабоспекшимся (разрушающимся при надавливании или ударе), порошкообразным (рассыпающимся после нагрева).

4. Температуры плавления золы. Поскольку эоловые частицы представляют собой смесь минералов с различной температурой их явления, то по мере нагрева спрессованного образца из золы в лабораторной печи происходит постепенное размягчение золовой частицы вплоть до расплавленного состояния.

5. Вязкость. Важнейшей технической характеристикой, определяющей возможность и условия транспорта мазута, является вязкость. Она весьма существенно зависит от температуры. Повышение вязкости мазутов с понижением температуры определяется присутствием в них парафинов.

6. Плотность. Обычно пользуются относительной плотностью мазутов (плотностью по отношению к плотности воды при температуре 20°С). Последняя составляет ρ₂₀ = 0.99-1.06.

7. Температура вспышки и воспламенения. Температурой вспышки считается такая температура, при которой пары мазута над поверхностью жидкой фазы кратковременно воспламеняются при поднесении источника огня. Температурой воспламенения считается такая температура паров в смеси с воздухом, при которой после вспышки продолжается устойчивое горение не менее 5 с. Эта температура обычно на 15-20 °С выше, чем при вспышке.

8. Плотность. Почти все виды газового топлива легче воздуха (ρг = 0.73-0.75 кг/м3), поэтому проникший в помещение газ скапливается под верхними перекрытиями.

9. Взрыеаемостъ. Смесь горючего газа с воздухом в определенных пропорциях при вводе в эту смесь источника огня или даже искры может взорваться, т. е. происходит процесс воспламенения смеси вблизи источника огня и распространение горения в остальной газо-воздушной смеси со скоростью перемещения волны давления во фронте.

10. Токсичность. Под токсичностью понимают способность газового топлива вызывать отравление. Наиболее опасными в этом отношении компонентами являются оксид углерода СО и сероводород H₂S. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе составляет 0.0024% объемных, или 0.03 мг/л. Опасна для жизни концентрация оксида углерода - около 0.4% объемных -при воздействии на человека в течение 5-6 мин. Даже незначительное содержание СО в воздухе (0.02% объемных) вызывает заметное отравление. Сернистые соединения в большинстве природных газов практически отсутствуют. В попутных газах некоторых месторождений содержится значительное количество сероводорода в воздухе - 0.01 мг/л.

Вопрос № 5.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: