Основные характеристики жидкого топлива кратко

Обновлено: 30.06.2024

Топливо — это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии.

Классификация. По физическому состоянию топливо бывает твердое, жидкое, газообразное. Стекловаренные печи работают на жидком и газообразном топливе.

К топливу, используемому для стекловаренных печей, предъявляют ряд требований: при сгорании оно должно выделять значительное количество тепла на единицу своей массы или объема, не должно выделять газов, вредно действующих на здоровье людей, а также отрицательно влияющих на материалы топок и печей, должно быть удобным для транспортирования и сжигания.

Основной характеристикой топлива является его теплотворность Q. Теплотворностью топлива называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема топлива (1 кг жидкого топлива или 1 м 3 газообразного). Теплотворность измеряется в ккал/кг или ккал/м 3 (в СИ — кДж/кг, кДж/м 3 ).

Теплотворность различных видов топлива колеблется в широких пределах — от 1000 до 10 000 ккал/кг.

По происхождению топливо подразделяется на естественное и искусственное. Последнее получается в результате переработки естественного топлива. В табл. 3 приводится классификация промышленного топлива.

Таблица 3. Классификация промышленного топлива

Происхождение	Физическое состояние
Происхождение	твердое	жидкое	газообразное
Естественное	Дрова Торф Бурые угли Каменные угли Антрациты Полуантрациты Горючие сланцы	Нефть	Природный, попутный и нефтепромысловый газ
Искусственное	Древесный уголь Кокс Топливные брикеты Пылевидное топливо	Бензин Мазут Дизельное топливо Керосин Соляровое масло Смола Гудрон Бензол Спирт	Газы: сжиженный, нефтезаводской, коксовый, светильный, полукоксовый, доменный, воздушный, смешанный генераторный, водяной, полуводяной

В промышленности используют твердое, жидкое и газообразное топливо. Различают природное топливо, добываемое на поверхности земли или в ее недрах, и искусственное, получаемое путем переработки природного.

К главным требованиям, предъявляемым к технологическому топливу, относятся: низкая стоимость добычи, низкая стоимость транспортирования, удобство применения, возможность использования с высоким коэффициентом полезного действия, малое содержание вредных примесей.

Различные виды топлива (твердое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся теплота сгорания и влажность, к специфическим — зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства.

Теплота сгорания - количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 м 3 топлива. Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его теплотой сгорания.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Низшая теплота сгорания отличается от высшей количеством теплоты, затрачиваемой на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании водорода. Низшую теплоту сгорания учитывают для подсчета потребности в топливе и его стоимости при составлении тепловых балансов и определении коэффициентов полезного действия установок, использующих топливо. При сопоставлении различных видов топлива пользуются понятием условного топлива, характеризующимся низшей теплотой сгорания, равной 29 МДж/кг.

Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания вследствие увеличенного расхода теплоты на испарение влаги и увеличения объема продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).

Зольность - количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания вследствие уменьшения содержания горючих компонентов (основная причина) и увеличения расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы.

Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стекол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла.

Состав твердого и жидкого топлива выражают в процентах по массе, газообразного - в процентах по объему.

Твердое и жидкое топливо состоит из горючей и негорючей частей. К горючей части топлива относят углерод, водород, кислород, азот и серу. Кислород и азот не горят; их включают в состав горючей массы условно. Поэтому горючую часть топлива называют условно горючей массой. Негорючая часть топлива — балласт — состоит из влаги и золы. Органическую массу топлива составляют углерод, кислород и азот.

Топливо в том виде, в каком оно поступает в топки печи для сжигания, носит название рабочего топлива. Ввиду того что содержание в нем влаги может колебаться в широких пределах, состав топлива часто характеризуют его сухой массой.

Для обозначения состава, к которому относится содержание того или иного элемента в топливе, применяют индексы о, г, с и р, которые читаются соответственно: о — органическая масса; г — горючая масса; с — сухое топливо; р — рабочее топливо. Например, CO — содержание углерода в органической массе; Sr — содержание серы в условно горючей массе; Ас — содержание, золы в сухом топливе; Wp — содержание влаги в рабочем топливе.

Одной из важных характеристик жидких топлив является вязкость или внутреннее трение – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой. От вязкости зависит качество распыливания топлива форсунками, мощность насосов для перекачивания топлива по трубопроводам и др. Марки мазутов выражаются значениями вязкости в условных градусах °ВУ, замеренными при температуре 50°С. Например, мазут марки 40 имеет вязкость 40°ВУ при температуре 50°С, а мазут марки Ф5 (флотский) имеет вязкость 5°ВУ при температуре 50°С. Единицы (градусы) вязкости условной определяются как отношение времени истечения 200 см 3 мазута при 50°С ко времени истечения того же количества дистиллированной воды при 20°С. Истечение осуществляется через калиброванное отверстие специального прибора – вискозиметра.

Кроме единиц условной вязкости существуют единицы абсолютной вязкости. К ним относятся динамическая вязкость :, единица измерения которой паскаль-секунда (Па∙с) и кинематическая вязкость v, единица измерения которой метр квадратный на секунду (м 2 /с) или миллиметр квадратный на секунду (мм 2 /с). Последняя называется сантистоксом (сСт).

В зависимости от условной вязкости различают следующие марки мазутов (ГОСТ 10585-75): мазуты флотские повышенного качества марок Ф5, Ф12 и мазуты топочные марок 40, 100 и 200 (последние две марки мазутов используются на электростанциях).

Вязкость мазутов зависит от температуры. С повышением температуры она уменьшается (Рис. 2.1). Для обеспечения высокого качества распыливания и, следовательно, полного сгорания мазута его вязкость перед подачей в форсунку должна быть не более 3–3,5°ВУ. Это достигается подогревом мазута до 80–110°С в зависимости от его марки. Мазут 40 для перекачивания предварительно подогревают до 40–50°С.

Другими важными характеристиками жидкого топлива являются температура вспышки, температура воспламенения и температура застывания. Температурой вспышки называется такая температура, при которой пары топлива вспыхивают при поднесении открытого пламени; после удаления пламени горение паров топлива прекращается. Температура вспышки для судового топлива в закрытом тигле должна быть не менее 65°С. При хранении и транспортировке по трубопроводам топливо нельзя нагревать до температуры вспышки. При температуре воспламенения пары мазута загораются при соприкосновении с открытым пламенем и горят не менее 5 с после удаления источника пламени. Поэтому температура воспламенения на 10–30°С выше температуры вспышки. Условия перекачивания топлива на судне определяются температурой застывания, при которой мазут теряет естественную текучесть. Использование мазутов с высокой температурой застывания усложняет топливную систему, так как требуется предварительно разогревать мазут в бункерах и трубопроводах. Желательно, чтобы температура застывания мазута не превышала 10°С.

Плотность мазутов определяется при температуре 20°С и обозначается . От плотности зависит процесс отделения влаги: чем выше плотность мазута, тем больше надо его нагревать во время отстаивания в цистернах. Обычно при 20°С плотность мазутов составляет (0,9 ÷ 1,05)∙10 3 м 3 /кг.

Теплоемкость мазута – это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг мазута на 1°С. Теплоемкость характеризует соотношение между теплотой, которую надо подвести к телу (или отвести от него) и его температурой. Единица измерения Дж/(кг∙°С) или кДж/(кг∙°С). Теплоемкость мазутов составляет примерно 2 кДж/(кг∙°С).

Рис. 2.1. Вязкость основных марок мазута в зависимости от температуры: а – значения вязкости, необходимые для качественного распыливания мазута форсунками; b — для перекачивания насосами

Мазут – самое дешевое жидкое топливо из числа жидких топлив, применяемых на судах.

Жидкое топливо представляет собой продукты, полученные путем переработки нефти. Этот вид топлива применяется для котлов в тех зданиях, где применение электрических или газовых отопительных систем не целесообразно или практически невозможно. В нашей стране существует множество котельных на жидком топливе.

Виды жидкого топлива:

продукты, полученные способом перегонки нефти;
креозот;
сжиженный уголь или синтетические масла;
топливо, получаемое из растений.

Главный критерий жидкого топлива – это его вязкость. От этого параметра зависит транспортировка жидкого топлива и условия, при которых оно сжигается. Жидкое топливо обладает определенным КПД, который напрямую зависит от процента влаги и серы в его составе.

Самый оптимальный вариант для бытовых и промышленных котлов, работающих на жидком топливе – это дизельное топливо. Такое жидкое топливо для котлов делает его работу практически бесперебойной, так как не имеет в своем составе механических примесей и процент содержания в нем серы не высок.

При применении данного жидкого топлива в котлах вы не будете иметь проблем с возникновением коррозии на нагревательных элементах. С точки зрения экологии, это топливо не наносит большой вред природе, так как практически отсутствуют продукты сжигания серы. Основные преимущества данного жидкого топлива для котлов – это высокое распыление в топке котла и низкая температура замерзания.

Более вредным для окружающей среды является такое жидкое топливо для котлов, как мазут.

Он имеет очень высокую вязкость, застывает при плюсовой температуре. Это жидкое топливо характеризуется большим содержанием влаги, серы и некоторых механических примесей. Мазут не может применяться в котлах малой мощности.

Плюсы жидкого топлива

Плюсами жидкого печного топлива является:

большой КПД;
можно построить автоматизированный отопительный процесс, где вмешательство человека является минимальным;
большой срок работы теплоисточника.

Цена жидкого топлива зависит от его вида и качества. Вы можете купить у нас жидкое топливо по доступным ценам. Продажа топлива оптом осуществляется нашей компанией во многих регионах России, с полным списком вы можете ознакомиться в разделе Контакты.

Перевозка топлива это ответственная работа, поэтому доверьте ее профессионалам, и нас вы можете купить топливо оптом и в розницу.

Пылающий коктейль работает за счет горения этиловый спирт (зерновой спирт), вид жидкого топлива, который также содержится во всех алкогольных напитках

Жидкое топливо горючие или генерирующие энергию молекулы, которые можно использовать для создания механическая энергия, обычно производящие кинетическая энергия; они также должны принимать форму своего сосуда. Воспламеняются не жидкости, а пары жидкого топлива. Большинство широко используемых жидких топлив получают из ископаемое топливо; однако есть несколько типов, например водородное топливо (за автомобильный использует), этанол и биодизель, которые также относятся к категории жидкого топлива. Многие виды жидкого топлива играют первостепенную роль в транспорте и экономике.

Жидкое топливо противопоставляется твердое топливо и газообразное топливо.

Содержание

Общие свойства

Некоторые общие свойства жидкого топлива заключаются в том, что его легко транспортировать и с ним относительно легко обращаться. Физические свойства жидкого топлива меняются в зависимости от температуры, хотя и не так сильно, как у газообразного топлива. Некоторые из этих свойств: точка возгорания, самая низкая температура, при которой образуется легковоспламеняющийся пар; точка возгорания, температура, при которой будет происходить устойчивое горение пара; температура помутнения для дизельного топлива - температура, при которой растворенные парафиновые соединения начинают коалесцировать, и температура застывания, температура, ниже которой топливо слишком густое, чтобы его можно было свободно переливать. Эти свойства влияют на безопасность и обращение с топливом.

Нефть

Большинство жидких видов топлива, используемых в настоящее время, производится из нефть. Наиболее заметным из них является бензин. Ученые в целом признают, что нефть образовалась из окаменелых останков мертвых растений и животных под воздействием тепла и давления в земной коре.

Бензин

Бензин является наиболее широко используемым жидким топливом. Бензин, как его называют в США и Канаде, или бензин практически везде, сделан из углеводород молекулы (соединения, содержащие только водород и углерод), образующие алифатические соединения, или цепочки атомов углерода с присоединенными атомами водорода. Однако многие ароматические соединения (углеродные цепи, образующие кольца), такие как бензол естественным образом содержатся в бензине и вызывают риск для здоровья, связанный с длительным контактом с топливом.

Производство бензина достигается за счет дистилляция из сырая нефть. Желаемая жидкость отделяется от сырой нефти в нефтеперерабатывающие заводы. Сырая нефть извлекается из земли несколькими способами, наиболее часто встречающимся может быть: лучевые насосы. Чтобы создать бензин, нефть сначала необходимо удалить из сырой нефти.

Дизель

Общепринятый дизель похож на бензин в том, что он представляет собой смесь алифатических углеводородов, извлеченных из нефти. Дизельное топливо может стоить больше или меньше бензина, но, как правило, его производство дешевле, поскольку используемые процессы экстракции проще. В некоторых странах (особенно в Канаде, Индии и Италии) также действуют более низкие налоговые ставки на дизельное топливо.

После перегонки дизельная фракция обычно перерабатывается для уменьшения количества сера в топливе. Сера вызывает коррозию автомобилей, кислотный дождь и более высокие выбросы сажи из выхлопной трубы. Исторически сложилось так, что в Европе по закону требовалось более низкое содержание серы, чем в Соединенных Штатах. Однако недавнее законодательство США снизило максимальное содержание серы в дизельном топливе с 3000 ppm до 500 ppm в 2007 году и 15 ppm к 2010 году. Подобные изменения также происходят в Канаде, Австралии, Новой Зеландии и некоторых странах Азии. Смотрите также Дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы.

А дизель это тип двигатель внутреннего сгорания который воспламеняет топливо, впрыскивая его в камеру сгорания, предварительно сжатую воздухом (который, в свою очередь, повышает температуру), в отличие от использования внешнего источника зажигания, такого как свеча зажигания.

Керосин

Керосин используется в керосиновые лампы и как топливо для приготовления пищи, отопления и малых двигателей. Он вытеснил китовый жир для использования в освещении. Реактивное топливо для реактивных двигателей производится нескольких марок (Автур, Джет А, Самолет А-1, Джет Б, JP-4, JP-5, JP-7 или же JP-8), которые являются смесями типа керосина. Одна из форм топлива, известная как RP-1, сжигается с жидким кислородом в качестве ракетного топлива. Эти керосины топливного качества соответствуют спецификациям по точкам дыма и замерзания.

Керосин иногда используется в качестве добавки к дизельному топливу для предотвращения гелеобразования или образования парафина при низких температурах. Однако это не рекомендуется для некоторых современных дизельных двигателей транспортных средств, поскольку это может повлиять на работу оборудования, регулирующего выбросы двигателя.

Сжиженный углеводородный газ (LPG)

LP-газ представляет собой смесь пропан и бутан, оба из которых являются легко сжимаемыми газами в стандартных атмосферных условиях. Он обладает многими преимуществами сжатого природного газа (СПГ), но горит не так чисто, он плотнее воздуха и намного легче сжимается. Сжиженный нефтяной газ и сжатый пропан, обычно используемые для приготовления пищи и отопления помещений, все чаще используются в моторизованных транспортных средствах; пропан - третье по популярности моторное топливо в мире.

Ископаемое топливо, отличное от нефти

Когда нефть недоступна, химические процессы, такие как Процесс Фишера-Тропша может использоваться для производства жидкого топлива из каменный уголь или же натуральный газ. Синтетическое топливо из угля было стратегически важным во время Второй мировой войны для немецких военных. Сегодня синтетическое топливо, производимое из природного газа, производится, чтобы использовать более высокую ценность жидкого топлива при транспортировке.

Натуральный газ

Натуральный газ, состоящий в основном из метан, можно сжимать до жидкости и использовать вместо других традиционных жидких видов топлива. Его сгорание очень чистое по сравнению с другими углеводород топлива, но низкая точка кипения топлива требует, чтобы топливо поддерживалось при высоком давлении, чтобы поддерживать его в жидком состоянии. Хотя он имеет гораздо более низкую температуру вспышки, чем такое топливо, как бензин, он во многих отношениях безопаснее из-за более высокой температура самовоспламенения и его низкая плотность, которая заставляет его рассеиваться при выбросе в воздух.

Биодизель

Биодизель похож на дизельное топливо, но имеет различия, аналогичные различиям между бензином и этанолом. Например, биодизель имеет более высокую цетан рейтинг (45-60 по сравнению с 45-50 для дизельного топлива, полученного из сырой нефти), и он действует как чистящее средство, избавляясь от грязи и отложений. Утверждалось, что это становится экономически целесообразным только при ценах на нефть в 80 долларов (40 фунтов или 60 евро на конец февраля 2007 года) за баррель. Однако это зависит от местности, экономической ситуации, позиции правительства в отношении биодизеля и множества других факторов, и в некоторых странах было доказано, что это возможно при гораздо более низких затратах. Кроме того, он дает примерно на 10% меньше энергии, чем обычное дизельное топливо. Аналогично использованию более высоких степеней сжатия, используемых для двигателей, работающих на более высоких октановых спиртах и бензине в двигателях с искровым зажиганием, использование высокого цетанового числа биодизеля потенциально может преодолеть дефицит энергии по сравнению с обычным дизельным двигателем № 2.

Спирты

Обычно термин алкоголь относится к этанолу, первому органический химикат производится людьми, [1] но любой спирт можно сжечь как топливо. Этиловый спирт и метанол являются наиболее распространенными и достаточно недорогими, чтобы быть полезными.

Метанол

Метанол самый легкий и простой алкоголь, произведенный из натуральный газ компонент метан. Его применение ограничено в первую очередь из-за его токсичности (аналогично бензину), но также из-за его высокой коррозионная активность и смешиваемость с водой. Небольшие количества используются в некоторых типах бензина для увеличения октановое число. Топливо на основе метанола используется в некоторых гоночных автомобилях и моделях самолетов.

Метанол еще называют метиловый спирт или же древесный спирт, последний, потому что раньше он производился из дистилляция из дерева. Он также известен под названием метилгидрат.

Этиловый спирт

Этиловый спирт, также известный как зерновой спирт или этиловый спирт, обычно содержится в Алкогольные напитки. Однако его также можно использовать в качестве топлива, чаще всего в сочетании с бензином. По большей части он используется в соотношении бензина к этанолу 9: 1, чтобы уменьшить негативное воздействие бензина на окружающую среду. [ нужна цитата ]

Растет интерес к использованию смеси 85% топливного этанола и 15% бензина. Эта топливная смесь под названием E85 имеет более высокое октановое число, чем большинство бензинов премиум-класса. При использовании в современном Гибкий топливный автомобиль, он обеспечивает более высокие характеристики заменяемого бензина за счет более высокого расхода топлива из-за меньшего удельного энергосодержания этанола. [2]

Этанол для использования в бензине и в промышленных целях можно рассматривать как ископаемое топливо, поскольку он часто синтезируется из нефтепродуктов. этилен, что дешевле продукции из ферментация из зерна или же сахарный тростник.

Бутанол

Бутанол является алкоголь который может использоваться в качестве топлива в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания без модификации двигателя. Обычно это продукт ферментации биомасса посредством бактерия Clostridium acetobutylicum (также известный как организм Вейцмана). Этот процесс был впервые описан Хаим Вейцманн в 1916 году для производства ацетон из крахмал для изготовления кордитБездымный порох.

Преимуществами бутанола являются его высокое октановое число (более 100) и высокое энергосодержание, лишь примерно на 10% ниже, чем у бензина, и, следовательно, примерно на 50% более энергоемкое, чем у этанола, и на 100% больше, чем у метанола. Единственными серьезными недостатками бутанола являются его высокая температура воспламенения (35 ° C или 95 ° F), токсичность (обратите внимание, что уровни токсичности существуют, но точно не подтверждены) и тот факт, что процесс ферментации возобновляемого бутанола издает неприятный запах. Организм Вейцмана может переносить только уровни бутанола до 2% или около того, по сравнению с 14% для этанола и дрожжей. Производство бутанола из нефти не дает такого запаха, но ограниченные поставки и воздействие на окружающую среду от использования масла сводят на нет цель использования альтернативных видов топлива. Стоимость бутанола составляет около 1,25–1,32 доллара за килограмм (0,57–0,58 доллара за фунт или примерно 4 доллара за галлон США). Бутанол намного дороже этанола (примерно 0,4 доллара за литр или 1,50 доллара за галлон) и метанола.

20 июня 2006 года DuPont и BP объявили о преобразовании существующего завода по производству этанола для производства 9 миллионов галлонов (34 000 кубических метров) бутанола в год из сахарной свеклы. DuPont заявил о своей цели быть конкурентоспособным с нефтью на уровне 30-40 долларов за баррель (0,19-0,25 доллара за литр) без субсидий, поэтому разрыв в ценах на этанол сокращается.

Водород

Сжиженный водород это жидкое состояние элемента водород. Это обычная жидкость ракетное горючие за ракета приложений и может использоваться в качестве топлива в двигатель внутреннего сгорания или же топливная ячейка. Различная концепция водородные автомобили были более низкие объемные энергии, объемы водорода, необходимые для горения, велики. Впервые сжиженный водород был произведен Джеймс Дьюар в 1898 г.

Аммиак

Аммиак (NH₃) раньше использовали в качестве топлива, когда бензин был недоступен (например, для автобусов в Бельгии во время Второй мировой войны). Его объемная плотность энергии составляет 17 мегаджоулей на литр (по сравнению с 10 для водорода, 18 для метанола, 21 для диметилового эфира и 34 для бензина). Он должен быть сжат или охлажден, чтобы стать жидким топливом, хотя для этого не требуется криогенный охлаждение, как водород для сжижения. [3]

По техническим характеристикам твердое и жидкое топлива представляют собой комплекс сложных органических и минеральных соединений и состоят из горючей и негорючей частей.

Молекулярная и химическая структура горючей части изучена не достаточно полно и до настоящего времени не поддается подробной расшифровке. Вследствие этого химический состав горючей части выявить (т. е. определить вид и формулу химических соединений) чрезвычайно сложно. Структура и химические соединения, входящие в негорючую часть, наоборот, исследованы достаточно подробно.

Органическое твердое и жидкое топлива характеризуются элементарным составом, который условно представляют как сумму всех химических элементов и соединений, входящих в топливо. При этом их содержание дается в процентах к массе 1 кг топлива. Элементарный состав не дает представления о молекулярной и химической структуре топлива. Для твердого и жидкого топлив элементарный состав можно записать в следующем виде:

C + H + S_л + O + N + A + W = 100%.(18.1)

В горючую часть топлива входят углерод, водород и сера(летучая). Летучая сера S_л - это сера, входящая в состав органических соединений и серного колчедана FeS₂, т. е.

где S_к принято называть колчеданной серой.

Следует отметить, что летучая сера, входящая в горючую часть топлива, является только частью общего содержания серы. Другую часть составляет сера, входящая в минеральные соли (CaSО₄, MgSО₄, FeSО₄ и др.). Сера, содержащаяся в минеральных солях, называется сульфатной S_c. Следовательно,

В негорючую часть топлива входят азот N, кислород О, влага W, минеральные негорючие вещества, которые после сжигания топлива образуют золовый остаток А.

При изучении технических характеристик твердого и жидкого топлив различают их рабочую, сухую, горючую и органическую массы. Составу каждой массы присваивается соответствующий индекс: рабочей - р, сухой - с, горючей - г и органической - о.

Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю и подвергается сжиганию, называется рабочим, а масса и ее элементарный состав - соответственно рабочей массой и рабочим составом.

Элементарный состав рабочей массы записывают следующим образом:

C p + H p + S p /_л + O p + N p + A p + W р = 100 % (18.4)

Негорючие элементы в технических характеристиках топлива составляют его балласт, при этом кислород и азот принято называть внутренним балластом топлива, а золу и влагу - внешним, поскольку их содержание в значительной степени зависит от таких внешних факторов, как способы добычи и хранения топлива.

В рабочий состав отдельных видов топлива некоторые элементы могут и не входить, например в дровах отсутствует летучая сера.

Сухая масса топлива в отличие от рабочей массы не содержит влаги и может быть представлена равенством:

Формулы пересчета с рабочей массы на сухую имеют вид:

Зольность топлива всегда проверяется только по сухой массе топлива.

Горючий состав топлива не содержит внешнего балласта, т. е. влаги и золы, и может быть записан так:

С г + H r + S r /_л + O r + N r = 100%(18.7)

Название "горючая масса" - условное, так как действительно горючими ее элементами являются только С, Н и S состав горючей массы ископаемого топлива зависит от характера и условий происхождения топлива, а также от его геологического возраста (т. е. глубины происшедших необратимых превращений в органических веществах).

Содержание углерода в твердом топливе растет с его геологическим возрастом, а содержание водорода уменьшается. Так, например, содержание углерода в торфе составляет С_г = 50 ÷ 60 %, в буром угле С_г = 60 ÷ 75 %, в каменном угле С_г = 75 ÷ 90 %. С уменьшением геологического возраста содержание растительных остатков в топливе увеличивается.

Пересчет с сухой и рабочей масс топлива на горючую производят по формуле

Органическая масса топлива в отличие от горючей содержит только органическую серу и не включает колчеданную. Состав этой массы может быть выражен равенством:

Во всех теплотехнических расчетах состав топлива берется по его рабочей массе, являющейся наиболее полной характеристикой состояния топлива перед его сжиганием.

Технические характеристики топлива: влажность топлива.

В зависимости от способа добычи, транспортировки, хранения и т. п. количество влаги W_p может колебаться для одного и того же сорта топлива в больших пределах. Средняя влажность топлива в рабочем состоянии составляет, %: для торфа 50, сланцев 13 - 17, каменного угля 5 -14 и антрацита 5 - 8. Бурые угли в зависимости от влажности делят на три группы: группу Б1 с W_p >40%, группу Б2 с содержанием влаги W p = 30 ÷ 40 % и группу Б3 с влажностью W_p ≤ 30 %. Общее содержание влаги в топливе включает внешнюю, или воздушную W_BH, и внутреннюю, или гигроскопическую W_гиг влагу. Первый вид влаги определяют, просушивая топливо при комнатной температуре до постоянной массы, а второй вид - лабораторным путем, просушивая пробы топлива при 378 К. Гигроскопическая влажность топлива зависит от его структуры: чем больше пористость, тем больше W_гиг. Средняя гигроскопическая влажность топлива составляет, %: для торфа 10, древесины 7, бурых углей 6 - 10, каменных углей 1 - 5 и антрацита 2 - 3. Наличие влаги в топливе нежелательно не только потому, что из - за этого уменьшается доля горючих компонентов в единице массы топлива, но и потому, что она снижает тепловой эффект горения, отнимая часть теплоты на испарение.

Зола топлива. Присутствие в топливе золы нежелательно, так как вследствие ее наличия уменьшается количество теплоты, выделяющейся при сгорании, возникает эрозия металлических частей оборудования и ухудшается экономичность работы топочных устройств. Количество золы определяют по остатку от прокаливания сухого топлива в атмосферном воздухе при 1070 К. В состав золы входят преимущественно соли щелочных и щелочно - земельных металлов, окислы железа, алюминия, а также сульфатная сера. Наиболее сложный состав у сланцевой золы, в которую помимо упомянутых соединений входит большое количество карбонатных соединений: CaCО_3, MgCО₃, окись кремния, алюмосиликаты и т. д.

При нагревании сланцевой золы карбонатные соединения разлагаются с выделением свободной двуокиси углерода СО _к /₂. Вследствие этого видимая масса золы получается меньше действительной ее массы в топливе. Зольность сланцев определяют по специальной методике.

Минеральные остатки, образующиеся после сгорания топлива, имеют вид либо сыпучей массы (зола), либо сплавленных кусков (шлак). При высоких температурах, развивающихся при горении топлива, зола размягчается, а затем плавится. Размягченные зола и шлак прилипают к стенкам обмуровки топки, уменьшают сечение газоходов, откладываются на поверхностях нагрева, увеличивая тем самым термическое сопротивление в процессе теплопередачи от газов к нагреваемой среде, забивают отверстия для прохода воздуха в колосниковой решетке, обволакивают частицы топлива, затрудняя их сжигание. Зола с температурой плавления ниже 1470 К считается легкоплавкой, выше 1720 К - тугоплавкой. Плавкость золы зависит от ее химического состава. Зола древесного топлива не шлакуется, а торф имеет легко шлакующуюся золу.

Различные виды топлива содержат золу в широко колеблющемся количестве. Например, средняя зольность сухой массы топлива А_с составляет, %: для древесины 1, торфа 10, кузнецкого угля 10 - 20, подмосковного бурого угля 30, сланцев 60. Бурые угли и сланцы относятся к многозольным видам топлива. Жидкое топливо (мазут) также включает небольшое количество (0,2 - 1%) минеральных примесей, попадающих в топливо с растворами различных солей из буровых вод и при коррозии труб, цистерн и нефтехранилищ.

Летучие вещества и кокс. Из твердого топлива, нагретого до температуры 870 - 1070 К без доступа окислителя, выделяются парогазообразные вещества, которые называются летучими. Летучие вещества представляют собой продукты распада сложных органических веществ, содержащихся в органической массе топлива. В состав летучих веществ входят молекулярный азот N₂, кислород О₂, водород Н₂, окись углерода СО, углеводородные газы СН₄, С₂Н₄ и т . д., а также водяные пары, образующиеся из влаги, содержащейся в топливе.

Химический состав летучих веществ зависит от условий процесса нагревания топлива. Сумма летучих веществ обозначается V_r и относится только к горючей массе.

Содержание летучих веществ в ископаемом твердом топливе колеблется в широких пределах. Наиболее богаты по выходу летучих веществ сланцы (V_r = 90 %), торф (V_r = 75 %). Выход летучих веществ у бурых углей достигает 40 - 50 %, а у антрацитов - 4 - 6 %.

Твердый остаток, который получается после нагревания топлива (без доступа окислителя) и выхода летучих, называется коксом. В состав кокса входят остаточный углерод и зола. В зависимости от условий нагревания (например, при низких температурах) в твердом остатке кроме золы может оказаться часть элементов (С, N, S_л, Н), входящих в состав сложных органических соединений, для термического разложения которых требуется более высокая температура. В этом случае твердый остаток называется полукоксом.

По своим механическим свойствам твердый остаток (кокс) может быть порошкообразным, слабоспекшимся и спекшимся. Свойство некоторых углей (коксующихся) давать спекшийся, механически прочный кокс используется для получения металлургического кокса, применяемого в доменном процессе.

В зависимости от выхода летучих веществ и характеристики кокса каменные угли разделяются на 10 марок: длиннопламенный Д, газовый Г, газовый жирный ГЖ, жирный Ж, коксовый жирный КЖ, коксовый К, коксовый второй к₂, отощенный спекающийся ОС, слабоспекающийся СС, тощий Т.

Каменные угли с выходом летучих V_r - 174 - 37 % относятся к марке СС. При V_r = 254 - 37 % эти угли относятся к первому классу (1СС), а угли с V_r = 17 ÷ 25 % - ко второму (2СС).

В настоящее время ископаемые угли классифицируют также в зависимости от крупности кусков: крупный К (размер 50 - 100 мм), орех О (25 - 50 мм), мелкий М (13 - 25 мм), семечко С (6 - 13 мм), штыб Ш ( 3 .

Таблица 18.2. Основные характеристики твердого и жидкого топлива

Таблица 18.3. Основные характеристики горючих газов

Составы природного и искусственного газообразных топлив различны. Природный газ чисто газовых месторождений характеризуется высоким содержанием угле - водородов, в основном метана СН₄ (до 98 %). В состав природного газа в небольших количествах входят другие углеводороды: этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан, С₄Н₁₀, этилен С₂Н₄ и пропилен С₃Н6 (табл. 18.3). Содержание балласта O₂ и N₂, как правило, в природном газе невелико. В так называемом попутном газе, который добывают на нефтегазовых месторождениях, наблюдается несколько повышенное содержание высших углеводородов: этана, пропана, бутана, пентана, этилена. В искусственных газах содержание горючих составляющих (в основном водорода и окиси углерода) достигает 25 - 45 %. В балласте преобладают азот и углекислота (75 - 55 %).

Состав газообразного топлива задается в объемных долях, так как количественное содержание и химические формулы компонентов определяются достаточно точно с помощью химического или хромато графического анализов.

В общем виде состав газообразного топлива можно записать следующим образом:

Для влажного газа объемный состав, %, определяют по формуле:

где К_в - объемное содержание компонента влажного газа: К_с - объемное содержание компонента в сухом газе; 0,805 - плотность водяного пара при нормальных условиях, кг/м 3 ; d - влагосодержание газа, кг/м 3 .

Теплотехнические расчеты ведутся обычно для сухого состава топлива.

Многие физико - химические свойства и теплотехнические характеристики газового топлива и продуктов его сгорания можно установить по так называемому углеродному числу n. Сущность этого метода заключается в том, что реальная смесь углеводородов метанового ряда СnН_2n+2 заменяется одним условным углеводородом, свойства которого отождествляются со свойствами смеси. Число n показывает количество атомов углерода в этом условном углеводороде (для чистого метана n = 1). Оно может быть дробным и в общем случае больше единицы. Достоинства этого метода заключаются в том, что для расчетов состава газа не требуется полный анализ его органической части. Для этого необходимо знать только количество углеводородов метанового ряда (в процентах по объему). Число n находят по формуле:

Более подробно применение этого метода изложено в специальной литературе.

Теплота сгорания. Одной из основных характеристик любого вида топлива является теплота сгорания этого топлива, т. е. то количество теплоты, которое может быть получено при полном сгорании единицы массы или объема топлива. Полным сгоранием называется такое, при котором горючие компоненты топлива С, Н и S полностью окисляются кислородом. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлив относят к 1 кг, а газового - к 1 м 3 при нормальных условиях.

Различают теплоту сгорания топлива высшую Q_B и низшую Q_n. Различие между ними состоит в том, что в высшую теплоту сгорания топлива входит количество теплоты, которое может быть выделено при конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания топлива, а в низшую теплоту сгорания это количество теплоты не входит.

Водяные пары в дымовых газах образуются за счет испарения влаги самого топлива, при сгорании водорода, находящегося в топливе, и влаги, входящей в состав воздуха, который используют в качестве окислителя горючих компонентов топлива.

Теплота конденсации 1 кг водяного пара при атмосферном давлении составляет примерно 2500 кДж/кг. Количество водяных паров в рабочем топливе равно W_p/100. При сгорании 1 кг водорода получается 9 кг водяных паров (Н₂ + 0,5О₂ - Н₂О). Следовательно, теплоту паров определяют из формулы:

В лабораторных условиях теплоту сгорания твердого и тяжелого жидкого топлива (мазута) определяют с помощью калориметрической бомбы.

Схема калориметра показана на рис. 18.2. Калориметрическая бомба представляет собой стальной герметичный сосуд 1, заполненный кислородом под давлением 3 МПа. В сосуде сжигают навеску топлива в 1 г, отобранную из лабораторной пробы. Бомбу помещают в сосуд с водой 2 и по приращению температуры воды вследствие выделенной теплоты при сжигании навески топлива определяют теплоту его сгорания.

Рис. 18.2. Калориметрическая установка

1 - калориметрическая бомба; 2 - сосуд с водой; 3 - термостат; 4 - мешалка; 5 - термометр; 6 - приводной механизм мешалки.

Теплоту сгорания газообразного и легкого жидкого топлива (бензин, керосин и т. д.) определяют в калориметре Юнкерса, который представляет собой миниатюрный водогрейный котел, в топочном объеме которого сжигается топливо. Расход газа определяют по показанию счетчика, а расход жидкого топлива - весовым способом. Расход воды находят взвешиванием на весах или по измерительному сосуду. Зная разность температур воды при входе в калориметр и выходе из него, легко определяют теплоту, переданную воде. Затем по известному расходу газа или жидкого топлива подсчитывают теплоту его сгорания.

При известном элементарном составе твердого и жидкого топлив теплоту их сгорания, кДж/кг, можно приближенно определить по эмпирическим формулам, из которых наиболее распространена предложенная Д. И. Менделеевым:

Теплоту сгорания сухого газа определяют по объемному составу, %, и известной теплоте сгорания компонентов.

Низшая теплота сгорания, кДж/м 3, составит:

Величины Q с /_н и Q с /_в определяют по составу сухого газа.

Если в состав газа входят неизвестные углеводородные компоненты (при условий, что содержание метана известно), то сумму углеводородов условно принимают как содержание этана С₂Н₄ и теплоту сгорания рассчитывают по формулам, аналогичным уравнениям (18.16) и (18.17).

Теплоту сгорания природного газа можно также определять по углеродному числу n с помощью следующих линейных зависимостей, предложенных Г. Ф. Кнорре:

Теплота сгорания природного газа находится в пределах 33 000 - 36 000 кДж/м 3 , искусственных горючих газов - 3700 - 21 000 кДж/м 3 .

Для сравнения различных видов топлива по их тепловому эффекту и облегчения государственного планирования топливных ресурсов страны введено понятие об условном топливе, теплота сгорания которого принята равной 29 300 кДж/кг.

Отношение данного топлива к Q условного топлива называется топливным эквивалентом, обозначаемым буквой Э. Тогда для пересчета расхода натурального топлива В_н в условное В_у.т достаточно величину В_н умножить на эквивалент Э, т. е.

Читайте также: