Класификация на запалими газове
За доставка на газ на градове и промишлени предприятия се използват различни запалими газове, различни по произход, химичен състав и физични свойства.
Въз основа на произхода си горимите газове се разделят на естествени или естествени и изкуствени, получени от твърди и течни горива.
Природните газове се извличат от кладенци в чисти газови находища или нефтени полета заедно с нефт. Газовете от нефтените находища се наричат свързани газове.
Газовете от находищата на чист газ се състоят главно от метан с малко съдържание на тежки въглеводороди. Характеризират се с постоянен състав и калоричност.
Свързаните газове, заедно с метана, съдържат значително количество тежки въглеводороди (пропан и бутан). Съставът и калоричността на тези газове варират в широки граници.
Изкуствените газове се произвеждат в специални газови инсталации - или се получават като страничен продукт при изгаряне на въглища в металургични заводи, както и в заводи за рафиниране на нефт.
В нашата страна газовете, произведени от въглища, се използват в много ограничени количества за градско газоснабдяване и тяхното специфично тегло непрекъснато намалява. В същото време нараства производството и потреблението на втечнени въглеводородни газове, получени от свързани нефтени газове в заводи за газ-бензин и в нефтопреработвателни заводи по време на рафинирането на нефт. Течните въглеводородни газове, използвани за общинско газоснабдяване, се състоят главно от пропан и бутан.
Състав на газовете
Видът на газа и неговият състав до голяма степен определят обхвата на приложение на газа, оформлението и диаметрите на газовата мрежа, конструктивните решения на газовите горелки и отделните компоненти на газопровода.
Консумацията на газ зависи от калоричността, а оттам и от диаметрите на газопроводите и условията на изгаряне на газа. При използване на газ в промишлени инсталации температурата на горене и скоростта на разпространение на пламъка и постоянството на състава на газовете, както и техните физични и химични свойства, зависят преди всичко от вида и метод за получаване на газовете.
Горимите газове са механични смеси от различни газове<как горючих, так и негорючих.
Горимата част на газообразното гориво включва: водород (H 2) - газ без цвят, вкус и мирис, долната му калоричност е 2579 kcal/nm 3\метан (CH 4) - газ без цвят, вкус и мирис, е основната горима част от природните газове, долната му калоричност е 8555 kcal/nm3;въглероден оксид (CO) - газ без цвят, вкус и мирис, получен при непълно изгаряне на всяко гориво, силно токсичен, с по-ниска калоричност 3018 kcal/nm3;тежки въглеводороди (S p N t),Това име<и формулой обозначается целый ряд углеводородов (этан - С2Н 6 , пропан - С 3 Нв, бутан- С4Н 10 и др.), низшая теплотворная способность этих газов колеблется от 15226 до 34890 kcal/nm*.
Негоримата част на газообразното гориво включва: въглероден диоксид (CO 2), кислород (O 2) и азот (N 2).
Негоримата част на газовете обикновено се нарича баласт. Природните газове се характеризират с висока калоричност и пълно отсъствие на въглероден окис. В същото време редица находища, главно газ и нефт, съдържат много токсичен (и корозивен) газ - сероводород (H 2 S) Повечето изкуствени въглищни газове съдържат значително количество силно токсичен газ - въглероден оксид (CO ). Наличието на оксиди в газа и други токсични вещества е силно нежелателно, тъй като те усложняват работата и увеличават опасността при използване на газ, в състава на газовете влизат различни примеси което е пренебрежимо малко, но ако вземете предвид, че през газопроводите се доставят дори милиони кубични метри, тогава в газопроводите изпадат много примеси, което в крайна сметка води до намаляване на тяхната пропускателна способност, а понякога и пълно прекратяване на преминаването на газ. Следователно наличието на примеси в газа трябва да се вземе предвид при проектирането на газопроводи и по време на работа.
Количеството и съставът на примесите зависят от метода на производство или извличане на газ и степента на неговото пречистване. Най-вредните примеси са прах, катран, нафталин, влага и серни съединения.
Прахът се появява в газа по време на производствения процес (извличане) или по време на транспортирането на газ по тръбопроводи. Смолата е продукт на термично разлагане на гориво и придружава много изкуствени газове. Ако в газа има прах, смолата допринася за образуването на катранено-кални тапи и запушвания на газопроводи.
Нафталинът обикновено се среща в въглищни газове, произведени от човека. При ниски температури нафталинът се утаява в тръбите и заедно с други твърди и течни примеси намалява площта на потока на газопроводите.
Влагата под формата на пари се съдържа в почти всички природни и изкуствени газове. Той попада в природните газове в самото газово поле поради контактите на газовете с повърхността на водата, а изкуствените газове се насищат с вода по време на производствения процес. Наличието на влага в газа в значителни количества е нежелателно, тъй като намалява калоричността В допълнение, той има висок топлинен капацитет на изпаряване, влагата по време на изгарянето на газа отвежда значително количество топлина заедно с продуктите на горенето в атмосферата. Високото съдържание на влага в газа също е нежелателно, когато кондензира газът се охлажда по време на движението си през тръбите, той може да създаде водни тапи в газопровода (на по-ниски нива), които трябва да бъдат изтрити. Това изисква инсталирането на специални колектори за кондензат и тяхното изпомпване.
Серните съединения, както вече беше отбелязано, включват сероводород, както и въглероден дисулфид, меркаптан и др. Тези съединения не само имат вредно въздействие върху човешкото здраве, но също така причиняват значителна корозия на тръбите.
Други вредни примеси включват амонячни и цианидни съединения, които се намират главно във въглищните газове. Наличието на амоняк и цианидни съединения води до повишена корозия на метала на тръбата.
Наличието на въглероден диоксид и азот в запалимите газове също е нежелателно. Тези газове не участват в процеса на горене, като баласт, който намалява калоричността, което води до увеличаване на диаметъра на газопроводите и намаляване на икономическата ефективност от използването на газообразно гориво.
Съставът на газовете, използвани за градско газоснабдяване, трябва да отговаря на изискванията на GOST 6542-50 (Таблица 1).
маса 1
Средните стойности на състава на природните газове от най-известните находища в страната са представени в табл. 2.
От газови находища (сухи)
| Западна Украйна. . . | 81,2 | 7,5 | 4,5 | 3,7 | 2,5 | - . | 0,1 | 0,5 | 0,735 | |
| Шебелинское..................................... | 92,9 | 4,5 | 0,8 | 0,6 | 0,6 | ____ . | 0,1 | 0,5 | 0,603 | |
| Ставрополски край. . | 98,6 | 0,4 | 0,14 | 0,06 | - | 0,1 | 0,7 | 0,561 | ||
| Краснодарски край. . | 92,9 | 0,5 | - | 0,5 | _ | 0,01 | 0,09 | 0,595 | ||
| Саратовское............................. | 93,4 | 2,1 | 0,8 | 0,4 | 0,3 | Стъпки | 0,3 | 2,7 | 0,576 | |
| Газли, област Бухара | 96,7 | 0,35 | 0,4" | 0,1 | 0,45 | 0,575 | ||||
| От газови и нефтени находища (свързани) | ||||||||||
| Ромашкино................................. | 18,5 | 6,2 | 4,7 | 0,1 | 11,5 | 1,07 | ||||
| 7,4 | 4,6 | ____ | Стъпки | 1,112 | __ . | |||||
| Туймази..................................... | 18,4 | 6,8 | 4,6 | ____ | 0,1 | 7,1 | 1,062 | - | ||
| Пепеляво...... | 23,5 | 9,3 | 3,5 | ____ | 0,2 | 4,5 | 1,132 | - | ||
| Дебел........ ................................ . | 2,5 | . ___ . | 1,5 | 0,721 | - | |||||
| Сизран-нефт..................................... | 31,9 | 23,9 - | 5,9 | 2,7 | 0,8 | 1,7 | 1,6 | 31,5 | 0,932 | - |
| Ишимбай................................... | 42,4 | 20,5 | 7,2 | 3,1 | 2,8 | 1,040 | _ | |||
| Андижан. ................................. | 66,5 | 16,6 | 9,4 | 3,1 | 3,1 | 0,03 | 0,2 | 4,17 | 0,801 ; | |
Калоричност на газовете
Количеството топлина, отделено при пълно изгаряне на единица количество гориво, се нарича калоричност (Q) или, както понякога се казва, калоричност, или калоричност, която е една от основните характеристики на горивото.
Калоричността на газовете обикновено се означава като 1 m 3,взети при нормални условия.
В техническите изчисления нормалните условия означават състоянието на газа при температура 0°C и налягане 760 mmHg Изкуство.Обемът на газа при тези условия е означен nm 3(нормален кубичен метър).
За измервания на промишлени газове съгласно GOST 2923-45 температурата 20°C и налягането 760 се приемат за нормални условия mmHg Изкуство.Обемът газ, определен за тези условия, за разлика от nm 3ще се обадим м 3 (кубични метра).
Калоричност на газовете (Q))изразено в kcal/nm eили в kcal/m3.
За втечнените газове калоричността се означава като 1 килограма.
Има по-високи (Qc) и по-ниски (Qn) калорични стойности. Брутната калоричност отчита топлината на кондензация на водната пара, генерирана по време на изгарянето на горивото. По-ниската калоричност не отчита топлината, съдържаща се във водната пара на продуктите от горенето, тъй като водната пара не кондензира, а се отвежда с продуктите от горенето.
Понятията Q in и Q n се отнасят само до онези газове, при чието изгаряне се отделят водни пари (тези понятия не се отнасят за въглеродния оксид, който не произвежда водни пари при изгаряне).
Когато водната пара кондензира, се отделя топлина, равна на 539 kcal/kg.Освен това, когато кондензатът се охлади до 0°C (или 20°C), се отделя топлина в количество съответно 100 или 80. kcal/kg.
Общо повече от 600 топлина се отделят поради кондензацията на водни пари. kcal/kg,което е разликата между по-високата и по-ниската калоричност на газа. За повечето газове, използвани в градското газоснабдяване, тази разлика е 8-10%.
Калоричните стойности на някои газове са дадени в табл. 3.
За градско газоснабдяване понастоящем се използват газове, които като правило имат калоричност най-малко 3500 kcal/nm3.Това се обяснява с факта, че в градските райони газът се доставя по тръби на значителни разстояния. Когато калоричността е ниска, трябва да се доставят големи количества. Това неизбежно води до увеличаване на диаметрите на газопроводите и като следствие до увеличаване на инвестициите в метал и средствата за изграждане на газови мрежи, а впоследствие и до увеличаване на експлоатационните разходи. Съществен недостатък на нискокалоричните газове е, че в повечето случаи те съдържат значително количество въглероден окис, което увеличава опасността при използване на газ, както и при обслужване на мрежи и инсталации.
Калоричност на газа по-малка от 3500 kcal/nm 3най-често се използва в промишлеността, където не е необходимо да се транспортира на дълги разстояния и е по-лесно да се организира изгарянето. За градско газоснабдяване е желателно да има постоянна калоричност на газа. Колебанията, както вече установихме, се допускат не повече от 10%. По-голямата промяна в калоричността на газа изисква нови настройки и понякога подмяна на голям брой стандартизирани горелки на домакински уреди, което е свързано със значителни трудности.
Какво е гориво?
Това е един компонент или смес от вещества, които са способни на химични трансформации, свързани с отделянето на топлина. Различните видове гориво се различават по количественото съдържание на окислител, който се използва за освобождаване на топлинна енергия.
В широк смисъл горивото е енергиен носител, тоест потенциален вид потенциална енергия.
Класификация
Понастоящем видовете горива се разделят според агрегатното им състояние на течни, твърди и газообразни.
Камъкът, дървата за огрев и антрацитът се считат за твърди естествени материали. Брикети, кокс, термоантрацит са видове изкуствено твърдо гориво.
Течностите включват вещества, съдържащи вещества от органичен произход. Основните им компоненти са: кислород, въглерод, азот, водород, сяра. Изкуствено течно гориво ще бъде разнообразие от смоли и мазут.
Това е смес от различни газове: етилен, метан, пропан, бутан. В допълнение към тях, газообразното гориво съдържа въглероден диоксид и въглероден оксид, сероводород, азот, водна пара и кислород.
Индикатори за гориво
Основният индикатор за изгаряне. Формулата за определяне на калоричността се разглежда в термохимията. отделят „стандартно гориво“, което предполага калоричността на 1 килограм антрацит.
Битовото отоплително масло е предназначено за изгаряне в отоплителни уреди с ниска мощност, които се намират в жилищни помещения, топлинни генератори, използвани в селското стопанство за сушене на фураж, консервиране.
Специфичната топлина на изгаряне на гориво е стойност, която показва количеството топлина, което се генерира при пълното изгаряне на гориво с обем 1 m 3 или маса от един килограм.
За измерване на тази стойност се използват J/kg, J/m3, калории/m3. За определяне на топлината на изгаряне се използва калориметричният метод.
С увеличаване на специфичната топлина на изгаряне на горивото специфичният разход на гориво намалява, а ефективността остава непроменена.
Топлината на изгаряне на веществата е количеството енергия, отделено по време на окисляването на твърдо, течно или газообразно вещество.
Определя се от химичния състав, както и от агрегатното състояние на горимото вещество.
Характеристики на продуктите от горенето
По-високите и по-ниските калорични стойности са свързани със състоянието на агрегиране на водата в веществата, получени след изгаряне на гориво.
По-високата калоричност е количеството топлина, отделена при пълното изгаряне на дадено вещество. Тази стойност включва и топлината на кондензация на водна пара.
Най-ниската работна топлина на изгаряне е стойността, която съответства на отделянето на топлина по време на горене, без да се отчита топлината на кондензация на водни пари.
Скритата топлина на кондензация е количеството енергия на кондензация на водна пара.
Математическа връзка
По-високите и по-ниските калорични стойности са свързани със следната зависимост:
Q B = Q H + k(W + 9H)
където W е тегловното количество (в %) вода в запалимо вещество;
H е количеството водород (% от масата) в горимото вещество;
k - коефициент, равен на 6 kcal/kg
Методи за извършване на изчисления
По-високите и по-ниските калорични стойности се определят по два основни метода: изчислителен и експериментален.
Калориметрите се използват за извършване на експериментални изчисления. Първо в него се изгаря проба гориво. Топлината, която ще се отдели, се абсорбира напълно от водата. Имайки представа за масата на водата, можете да определите чрез промяната в нейната температура стойността на нейната топлина на изгаряне.
Тази техника се счита за проста и ефективна; тя изисква само познаване на данните от техническия анализ.
При изчислителния метод по-високата и по-ниската калоричност се изчисляват по формулата на Менделеев.
Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p) - 25 W p (kJ/kg)
Отчита съдържанието на въглерод, кислород, водород, водни пари, сяра в работния състав (в проценти). Количеството топлина по време на горенето се определя, като се вземе предвид еквивалентното гориво.
Топлината на изгаряне на газа позволява да се направят предварителни изчисления и да се определи ефективността от използването на даден вид гориво.
Характеристики на произход
За да разберете колко топлина се отделя при изгарянето на определено гориво, е необходимо да имате представа за неговия произход.
В природата съществуват различни варианти на твърди горива, които се различават по състав и свойства.
Образуването му протича на няколко етапа. Първо се образува торф, след това се получават кафяви и твърди въглища, след което се образува антрацит. Основните източници на образуване на твърдо гориво са листа, дървесина и борови иглички. Когато части от растенията умират и са изложени на въздух, те се унищожават от гъбичките и образуват торф. Натрупването му се превръща в кафява маса, след което се получава кафяв газ.
При високо налягане и температура брауновият газ се превръща във въглища, след което горивото се натрупва под формата на антрацит.
В допълнение към органичните вещества, горивото съдържа допълнителен баласт. За органична се счита тази част, която се образува от органични вещества: водород, въглерод, азот, кислород. В допълнение към тези химични елементи, той съдържа баласт: влага, пепел.
Технологията на изгаряне включва разделяне на работната, сухата и горимата маса на изгореното гориво. Работната маса е горивото в оригиналната му форма, доставено на потребителя. Сухата маса е състав, в който няма вода.
Съединение
Най-ценните компоненти са въглеродът и водородът.
Тези елементи се съдържат във всеки вид гориво. В торфа и дървесината процентът на въглерод достига 58 процента, в каменните и кафявите въглища - 80%, а в антрацита достига 95 процента от теглото. В зависимост от този показател се променя количеството топлина, отделена по време на изгарянето на горивото. Водородът е вторият най-важен елемент от всяко гориво. Когато се свързва с кислорода, образува влага, което значително намалява топлинната стойност на всяко гориво.
Процентът му варира от 3,8 в нефтените шисти до 11 в мазута. Кислородът, съдържащ се в горивото, действа като баласт.
Той не е топлогенериращ химичен елемент, поради което влияе отрицателно върху стойността на топлината му на изгаряне. Изгарянето на азот, съдържащ се в свободна или свързана форма в продуктите на горенето, се счита за вредни примеси, поради което количеството му е строго ограничено.
Сярата се включва в горивото под формата на сулфати, сулфиди, а също и като газове от серен диоксид. Когато се хидратират, серните оксиди образуват сярна киселина, която разрушава котелното оборудване и влияе отрицателно върху растителността и живите организми.
Ето защо сярата е химичен елемент, чието присъствие в природното гориво е изключително нежелателно. Ако серните съединения попаднат в работната зона, те причиняват значително отравяне на оперативния персонал.
Съществуват три вида пепел в зависимост от произхода й:
- първичен;
- втори;
- третичен
Първичният вид се образува от минерали, открити в растенията. Вторичната пепел се образува в резултат на навлизането на растителни остатъци в пясъка и почвата по време на образуването.
Третичната пепел се появява в състава на горивото по време на добив, съхранение и транспортиране. При значително отлагане на пепел се получава намаляване на топлопредаването върху нагревателната повърхност на котелния агрегат, намалявайки количеството топлопредаване към водата от газовете. Огромно количество пепел влияе негативно на работата на котела.
Накрая
Летливите вещества оказват значително влияние върху процеса на изгаряне на всеки вид гориво. Колкото по-голяма е тяхната мощност, толкова по-голям ще бъде обемът на фронта на пламъка. Например, въглища и торф се запалват лесно, процесът е придружен от незначителни топлинни загуби. Коксът, който остава след отстраняване на летливи примеси, съдържа само минерални и въглеродни съединения. В зависимост от характеристиките на горивото количеството топлина се променя значително.
В зависимост от химичния състав има три етапа на образуване на твърдо гориво: торф, лигнит и въглища.
Естественото дърво се използва в малки котелни инсталации. Те използват предимно дървени стърготини, стърготини, плочи, кора, а самите дърва за огрев се използват в малки количества. В зависимост от вида на дървесината количеството генерирана топлина варира значително.
Тъй като топлината на изгаряне намалява, дървата за огрев придобиват определени предимства: бърза запалимост, минимално съдържание на пепел и липса на следи от сяра.
Надеждната информация за състава на естествено или синтетично гориво, неговата калоричност е отличен начин за извършване на термохимични изчисления.
Понастоящем има реална възможност да се идентифицират онези основни варианти за твърди, газообразни, течни горива, които ще бъдат най-ефективни и евтини за използване в определена ситуация.
Таблиците представят масовата специфична топлина на изгаряне на гориво (течно, твърдо и газообразно) и някои други горими материали. Разгледани са следните горива: въглища, дърва за огрев, кокс, торф, керосин, масло, алкохол, бензин, природен газ и др.
Списък с маси:
По време на екзотермичната реакция на окисление на горивото неговата химическа енергия се превръща в топлинна енергия с отделяне на определено количество топлина. Получената топлинна енергия обикновено се нарича топлина на изгаряне на горивото. Тя зависи от нейния химичен състав, влажност и е основната. Топлината на изгаряне на горивото на 1 kg маса или 1 m 3 обем образува масовата или обемна специфична топлина на изгаряне.
Специфичната топлина на изгаряне на горивото е количеството топлина, отделена при пълното изгаряне на единица маса или обем твърдо, течно или газообразно гориво. В Международната система от единици тази стойност се измерва в J/kg или J/m 3.
Специфичната топлина на изгаряне на горивото може да се определи експериментално или да се изчисли аналитично.Експерименталните методи за определяне на калоричността се основават на практическо измерване на количеството топлина, отделена при изгаряне на гориво, например в калориметър с термостат и горивна бомба. За гориво с известен химичен състав специфичната топлина на изгаряне може да се определи с помощта на периодичната формула.
Има по-висока и по-ниска специфична топлина на изгаряне.По-високата калоричност е равна на максималното количество топлина, отделена при пълното изгаряне на горивото, като се вземе предвид топлината, изразходвана за изпаряване на влагата, съдържаща се в горивото. Най-ниската топлина на изгаряне е по-малка от най-високата стойност с количеството топлина на кондензация, която се образува от влагата на горивото и водорода на органичната маса, която се превръща във вода по време на горенето.
За определяне на показателите за качество на горивото, както и при термични изчисления обикновено използват по-ниска специфична топлина на изгаряне, което е най-важната топлинна и производителна характеристика на горивото и е показано в таблиците по-долу.
Специфична топлина на изгаряне на твърди горива (въглища, дърва за огрев, торф, кокс)
В таблицата са представени стойностите на специфичната топлина на изгаряне на сухо твърдо гориво в измерение MJ/kg. Горивото в таблицата е подредено поименно по азбучен ред.
От разглежданите твърди горива най-висока калоричност имат коксуващите въглища - тяхната специфична топлина на изгаряне е 36,3 MJ/kg (или в единици SI 36,3·10 6 J/kg). В допълнение, високата калоричност е характерна за каменните въглища, антрацита, дървените въглища и кафявите въглища.
Горивата с ниска енергийна ефективност включват дърва, дърва за огрев, барут, торф за смилане и нефтени шисти. Така например специфичната топлина на изгаряне на дървата за огрев е 8,4...12,5, а на барута е само 3,8 MJ/kg.
| гориво | |
|---|---|
| Антрацит | 26,8…34,8 |
| Дървесни пелети (пелети) | 18,5 |
| Сухи дърва за огрев | 8,4…11 |
| Сухи брезови дърва за огрев | 12,5 |
| Газов кокс | 26,9 |
| Взривен кокс | 30,4 |
| Полукокс | 27,3 |
| Прах | 3,8 |
| шисти | 4,6…9 |
| Маслени шисти | 5,9…15 |
| Твърдо ракетно гориво | 4,2…10,5 |
| Торф | 16,3 |
| Влакнест торф | 21,8 |
| Смлян торф | 8,1…10,5 |
| Торфена троха | 10,8 |
| Кафяви въглища | 13…25 |
| Кафяви въглища (брикети) | 20,2 |
| Кафяви въглища (прах) | 25 |
| Донецки въглища | 19,7…24 |
| дървени въглища | 31,5…34,4 |
| Въглища | 27 |
| Коксуващи се въглища | 36,3 |
| Кузнецки въглища | 22,8…25,1 |
| Челябински въглища | 12,8 |
| Екибастузски въглища | 16,7 |
| Freztorf | 8,1 |
| Шлак | 27,5 |
Специфична топлина на изгаряне на течни горива (алкохол, бензин, керосин, масло)
Дадена е таблица за специфичната топлина на изгаряне на течно гориво и някои други органични течности. Трябва да се отбележи, че горивата като бензин, дизелово гориво и масло имат високо отделяне на топлина по време на изгаряне.
Специфичната топлина на изгаряне на алкохол и ацетон е значително по-ниска от традиционните моторни горива. В допълнение, течното ракетно гориво има относително ниска калоричност и при пълно изгаряне на 1 kg от тези въглеводороди ще се отдели количество топлина, равно съответно на 9,2 и 13,3 MJ.
| гориво | Специфична топлина на изгаряне, MJ/kg |
|---|---|
| ацетон | 31,4 |
| Бензин А-72 (ГОСТ 2084-67) | 44,2 |
| Авиационен бензин B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| Бензин AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| Бензол | 40,6 |
| Зимно дизелово гориво (GOST 305-73) | 43,6 |
| Лятно дизелово гориво (GOST 305-73) | 43,4 |
| Течно ракетно гориво (керосин + течен кислород) | 9,2 |
| Авиационен керосин | 42,9 |
| Керосин за осветление (ГОСТ 4753-68) | 43,7 |
| Ксилол | 43,2 |
| Мазут с високо съдържание на сяра | 39 |
| Мазут с ниско съдържание на сяра | 40,5 |
| Мазут с ниско съдържание на сяра | 41,7 |
| Мазут със сяра | 39,6 |
| Метилов алкохол (метанол) | 21,1 |
| n-Бутилов алкохол | 36,8 |
| Масло | 43,5…46 |
| Метаново масло | 21,5 |
| Толуен | 40,9 |
| Уайт спирт (GOST 313452) | 44 |
| Етиленов гликол | 13,3 |
| Етилов алкохол (етанол) | 30,6 |
Специфична топлина на изгаряне на газообразни горива и горими газове
Представена е таблица на специфичната топлина на изгаряне на газообразно гориво и някои други горими газове в размерност MJ/kg. От разглежданите газове той има най-високата специфична топлина на изгаряне. Пълното изгаряне на един килограм от този газ ще освободи 119,83 MJ топлина. Също така гориво като природния газ има висока калоричност - специфичната топлина на изгаряне на природния газ е 41...49 MJ/kg (за чистия газ е 50 MJ/kg).
| гориво | Специфична топлина на изгаряне, MJ/kg |
|---|---|
| 1-Бутен | 45,3 |
| Амоняк | 18,6 |
| ацетилен | 48,3 |
| Водород | 119,83 |
| Водород, смес с метан (50% H 2 и 50% CH 4 тегловни) | 85 |
| Водород, смес с метан и въглероден оксид (33-33-33% от теглото) | 60 |
| Водород, смес с въглероден окис (50% H 2 50% CO 2 тегловни) | 65 |
| Доменен газ | 3 |
| Коксов газ | 38,5 |
| Втечнен въглеводороден газ LPG (пропан-бутан) | 43,8 |
| Изобутан | 45,6 |
| Метан | 50 |
| n-бутан | 45,7 |
| n-хексан | 45,1 |
| n-пентан | 45,4 |
| Свързан газ | 40,6…43 |
| Природен газ | 41…49 |
| Пропадиен | 46,3 |
| Пропан | 46,3 |
| Пропилен | 45,8 |
| Пропилен, смес с водород и въглероден окис (90%-9%-1% тегловни) | 52 |
| Етан | 47,5 |
| Етилен | 47,2 |
Специфична топлина на изгаряне на някои горими материали
Предоставена е таблица за специфичната топлина на изгаряне на някои горими материали (дърво, хартия, пластмаса, слама, гума и др.). Трябва да се отбележат материали с високо отделяне на топлина при горене. Такива материали включват: каучук от различни видове, експандиран полистирол (пяна), полипропилен и полиетилен.
| гориво | Специфична топлина на изгаряне, MJ/kg |
|---|---|
| Хартия | 17,6 |
| изкуствена кожа | 21,5 |
| Дърво (пръчки с 14% съдържание на влага) | 13,8 |
| Дърва на купчини | 16,6 |
| Дъбово дърво | 19,9 |
| Смърчово дърво | 20,3 |
| Дървесно зелено | 6,3 |
| Борово дърво | 20,9 |
| Капрон | 31,1 |
| Карболитни продукти | 26,9 |
| Картон | 16,5 |
| Стирен бутадиен каучук SKS-30AR | 43,9 |
| Естествен каучук | 44,8 |
| Синтетичен каучук | 40,2 |
| Гумени SKS | 43,9 |
| Хлоропренов каучук | 28 |
| Линолеум от поливинилхлорид | 14,3 |
| Двуслоен линолеум от поливинилхлорид | 17,9 |
| Линолеум от поливинилхлорид на филцова основа | 16,6 |
| Линолеум от поливинилхлорид на топла основа | 17,6 |
| Линолеум от поливинилхлорид на тъканна основа | 20,3 |
| Гумен линолеум (Relin) | 27,2 |
| Парафин парафин | 11,2 |
| Пенопласт PVC-1 | 19,5 |
| Пенопласт FS-7 | 24,4 |
| Пенопласт FF | 31,4 |
| Експандиран полистирол PSB-S | 41,6 |
| Полиуретанова пяна | 24,3 |
| Фазер | 20,9 |
| Поливинилхлорид (PVC) | 20,7 |
| Поликарбонат | 31 |
| Полипропилен | 45,7 |
| Полистирен | 39 |
| Полиетилен високо налягане | 47 |
| Полиетилен ниско налягане | 46,7 |
| Каучук | 33,5 |
| рубероид | 29,5 |
| Канал сажди | 28,3 |
| Сено | 16,7 |
| Слама | 17 |
| Органично стъкло (плексиглас) | 27,7 |
| Текстолит | 20,9 |
| Тол | 16 |
| TNT | 15 |
| Памук | 17,5 |
| Целулоза | 16,4 |
| Вълна и вълнени влакна | 23,1 |
източници:
- ГОСТ 147-2013 Твърдо минерално гориво. Определяне на по-висока калоричност и изчисляване на по-ниска калоричност.
- ГОСТ 21261-91 Нефтопродукти. Метод за определяне на високата калоричност и изчисляване на долната калоричност.
- ГОСТ 22667-82 Природни запалими газове. Изчислителен метод за определяне на калоричността, относителната плътност и числото на Вобе.
- ГОСТ 31369-2008 Природен газ. Изчисляване на калоричност, плътност, относителна плътност и число на Wobbe въз основа на компонентния състав.
- Zemsky G. T. Запалими свойства на неорганични и органични материали: справочник М.: VNIIPO, 2016 - 970 p.
Газовото гориво се разделя на естествено и изкуствено и представлява смес от запалими и незапалими газове, съдържащи известно количество водни пари, а понякога и прах и катран. Количеството на газовото гориво се изразява в кубични метри при нормални условия (760 mm Hg и 0 ° C), а съставът се изразява в обемни проценти. Под състав на горивото се разбира съставът на неговата суха газообразна част.
Гориво от природен газ
Най-разпространеното газово гориво е природният газ, който има висока калоричност. Основата на природния газ е метанът, чието съдържание е 76,7-98%. Други газообразни въглеводородни съединения включват природен газ от 0,1 до 4,5%.
Втечненият газ е продукт на рафиниране на петрол - състои се основно от смес от пропан и бутан.
Природен газ (CNG, NG): метан CH4 повече от 90%, етан C2 H5 по-малко от 4%, пропан C3 H8 по-малко от 1%
Втечнен газ (LPG): пропан C3 H8 повече от 65%, бутан C4 H10 по-малко от 35%
Съставът на запалимите газове включва: водород H2, метан CH4, други въглеводородни съединения CmHn, сероводород H2S и незапалими газове, въглероден диоксид CO2, кислород O2, азот N2 и малко количество водна пара H2O мИ Ппри C и H характеризират съединения на различни въглеводороди, например за метан CH 4 t = 1 и н= 4, за етан C 2 N b t = 2И н= b и т.н.
Състав на сухото газообразно гориво (обемни проценти):
CO + H 2 + 2 C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100%.
Негоримата част на сухото газово гориво - баласт - се състои от азот N и въглероден диоксид CO 2.
Съставът на мокрото газообразно гориво се изразява, както следва:
CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100%.
Топлината на изгаряне, kJ/m (kcal/m3), 1 m3 чист сух газ при нормални условия се определя, както следва:
Q n s = 0,01,
където Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 с. - топлина на изгаряне на отделни газове, включени в сместа, kJ/m 3 (kcal/m 3); CO, H 2, Cm H n, H 2 S - компоненти, съставляващи газовата смес, обемни %.
Калоричността на 1 m3 сух природен газ при нормални условия за повечето битови находища е 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3). Характеристиките на газообразното гориво са дадени в таблица 1.
Пример.Определете долната калоричност на природния газ (при нормални условия) със следния състав:
H2S = 1%; СН4 = 76.7%; C2H6 = 4.5%; C3H8 = 1.7%; C4H10 = 0.8%; C5H12 = 0.6%.
Замествайки характеристиките на газовете от таблица 1 във формула (26), получаваме:
Q ns = 0,01 = 33981 kJ/m 3 или
Q ns = 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) = 8109 kcal/m3.
Маса 1. Характеристики на газообразното гориво
|
Газ |
Обозначаване |
Топлина на изгаряне Q n s |
|
|
KJ/m3 |
Kcal/m3 |
||
| Водород | Н, | 10820 | 2579 |
| Въглероден окис | CO | 12640 | 3018 |
| Водороден сулфид | H 2 S | 23450 | 5585 |
| Метан | CH 4 | 35850 | 8555 |
| Етан | C 2 H 6 | 63 850 | 15226 |
| Пропан | C 3 H 8 | 91300 | 21795 |
| Бутан | C 4 H 10 | 118700 | 22338 |
| Пентан | C 5 H 12 | 146200 | 34890 |
| Етилен | C 2 H 4 | 59200 | 14107 |
| Пропилен | C 3 H 6 | 85980 | 20541 |
| Бутилен | C 4 H 8 | 113 400 | 27111 |
| Бензол | C 6 H 6 | 140400 | 33528 |
Котлите тип DE консумират от 71 до 75 m3 природен газ за производството на един тон пара. Цената на газа в Русия към септември 2008 г. е 2,44 рубли на кубичен метър. Следователно един тон пара ще струва 71 × 2,44 = 173 рубли 24 копейки. Реалната цена на тон пара във фабриките е за DE котли не по-малко от 189 рубли на тон пара.
Котлите тип DKVR консумират от 103 до 118 m3 природен газ за производството на един тон пара. Минималната прогнозна цена на тон пара за тези котли е 103 × 2,44 = 251 рубли 32 копейки. Реалната цена на парата във фабриките е не по-малко от 290 рубли на тон.
Как да изчислим максималната консумация на природен газ за парен котел DE-25? Това е техническата характеристика на котела. 1840 кубчета на час. Но можете също да изчислите. 25 тона (25 хиляди кг) трябва да се умножат по разликата между енталпиите на парата и водата (666,9-105) и всичко това да се раздели на ефективността на котела от 92,8% и топлината на изгаряне на газа. 8300. и това е всичко
Изкуствено газово гориво
Изкуствените горими газове са гориво от местно значение, тъй като имат значително по-ниска калоричност. Основните им горими елементи са въглероден окис CO и водород H2. Тези газове се използват в производствената зона, където се получават като гориво за технологични и електроцентрали.
Всички естествени и изкуствени запалими газове са експлозивни и могат да се запалят при открит пламък или искра. Има долна и горна граница на експлозивност на газа, т.е. неговата най-висока и най-ниска процентна концентрация във въздуха. Долната граница на експлозивност на природните газове варира от 3% до 6%, а горната граница - от 12% до 16%. Всички запалими газове могат да причинят отравяне на човешкото тяло. Основните токсични вещества на запалимите газове са: въглероден окис CO, сероводород H2S, амоняк NH3.
Естествените и изкуствените запалими газове са безцветни (невидими) и без мирис, което ги прави опасни, ако проникнат във вътрешността на котелното помещение чрез течове в газопроводната арматура. За да се избегне отравяне, запалимите газове трябва да се третират с одорант - вещество с неприятна миризма.
Производство на въглероден окис CO в промишлеността чрез газификация на твърдо гориво
За промишлени цели въглеродният окис се получава чрез газификация на твърдо гориво, т.е. превръщането му в газообразно гориво. По този начин можете да получите въглероден окис от всяко твърдо гориво - изкопаеми въглища, торф, дърва за огрев и др.
Процесът на газификация на твърдо гориво е показан в лабораторен експеримент (фиг. 1). След като напълним огнеупорната тръба с парчета въглен, ние я нагряваме силно и оставяме кислорода да тече от газометъра. Прекарваме излизащите от тръбата газове през шайба с варна вода и след това я запалваме. Варовитата вода става мътна и газът гори със синкав пламък. Това показва наличието на CO2 диоксид и въглероден оксид CO в реакционните продукти.
Образуването на тези вещества може да се обясни с факта, че когато кислородът влезе в контакт с горещи въглища, последният първо се окислява до въглероден диоксид: C + O 2 = CO 2
След това, преминавайки през горещи въглища, въглеродният диоксид се редуцира частично до въглероден оксид: CO 2 + C = 2CO
Ориз. 1. Производство на въглероден окис (лабораторен експеримент).
В промишлени условия газификацията на твърдо гориво се извършва в пещи, наречени газогенератори.
Получената смес от газове се нарича генераторен газ.
Газогенераторното устройство е показано на фигурата. Представлява стоманен цилиндър с височина около 5 ми диаметър приблизително 3,5 м,облицована отвътре с огнеупорни тухли. Газогенераторът се зарежда с гориво отгоре; Отдолу въздухът или водната пара се подават от вентилатор през решетката.
Кислородът във въздуха реагира с въглерода в горивото, за да образува въглероден диоксид, който, издигайки се през слоя горещо гориво, се редуцира от въглерода до въглероден оксид.
Ако в генератора се вдухва само въздух, резултатът е газ, който съдържа въглероден окис и въздушен азот (както и определено количество CO 2 и други примеси). Този генераторен газ се нарича въздушен газ.
Ако водната пара се вдухва в генератор с горещи въглища, реакцията води до образуването на въглероден оксид и водород: C + H 2 O = CO + H 2
Тази смес от газове се нарича воден газ. Водният газ има по-висока калоричност от въздуха, тъй като неговият състав, заедно с въглеродния окис, включва и втори запалим газ - водород. Воден газ (синтетичен газ), един от продуктите на газификацията на горивата. Водният газ се състои главно от CO (40%) и H2 (50%). Водният газ е гориво (топлина на изгаряне 10 500 kJ/m3, или 2730 kcal/mg) и същевременно суровина за синтеза на метилов алкохол. Водният газ обаче не може да се произвежда дълго време, тъй като реакцията на образуването му е ендотермична (с поглъщане на топлина) и следователно горивото в генератора се охлажда. За да поддържат въглищата горещи, впръскването на водна пара в генератора се редува с впръскването на въздух, за който е известно, че кислородът реагира с горивото, за да освободи топлина.
Напоследък парно-кислородното взривяване се използва широко за газификация на гориво. Едновременното продухване на водна пара и кислород през горивния слой позволява процесът да протича непрекъснато, като значително увеличава производителността на генератора и произвежда газ с високо съдържание на водород и въглероден окис.
Съвременните газови генератори са мощни устройства за непрекъсната работа.
За да се предотврати проникването на запалими и токсични газове в атмосферата, когато горивото се подава към газовия генератор, зареждащият барабан е направен двоен. Докато горивото влиза в едно отделение на барабана, горивото се излива в генератора от друго отделение; когато барабанът се върти, тези процеси се повтарят, но генераторът остава изолиран от атмосферата през цялото време. Равномерното разпределение на горивото в генератора се извършва с помощта на конус, който може да се монтира на различни височини. Когато се спусне, въглищата падат по-близо до центъра на генератора; когато конусът се повдигне, въглищата се хвърлят по-близо до стените на генератора.
Отстраняването на пепелта от газогенератора е механизирано. Конусовидната решетка се върти бавно от електрически мотор. В този случай пепелта се измества към стените на генератора и с помощта на специални устройства се изхвърля в кутията за пепел, откъдето периодично се отстранява.
Първите газови лампи са запалени в Санкт Петербург на остров Аптекарски през 1819 г. Използваният газ е получен чрез газификация на въглища. Наричаше се светещ газ.
Големият руски учен Д. И. Менделеев (1834-1907) за първи път изрази идеята, че газификацията на въглищата може да се извърши директно под земята, без да се издигат. Царското правителство не оцени това предложение на Менделеев.
Идеята за подземна газификация беше горещо подкрепена от В.И. Той го нарече „една от големите победи на технологиите“. Подземната газификация е извършена за първи път от съветската държава. Още преди Великата отечествена война подземни генератори работеха в Донецкия и Московския регион въглищни басейни в Съветския съюз.
Идеята за един от методите за подземна газификация е дадена на фигура 3. Във въглищния пласт са положени две кладенци, които са свързани по-долу с канал. В такъв канал близо до един от кладенците се запалват въглища и там се подава взрив. Продуктите от горенето, движещи се по канала, взаимодействат с горещи въглища, което води до образуването на горим газ, както при конвенционален генератор. Газът излиза на повърхността през втория кладенец.
Газът се използва широко за отопление на промишлени пещи - металургични, коксови и като гориво в автомобили (фиг. 4).
Ориз. 3. Схема на подземна газификация на въглища.
Редица органични продукти, като течно гориво, се синтезират от водород и въглероден оксид във воден газ. Синтетичното течно гориво е гориво (предимно бензин), получено чрез синтез от въглероден окис и водород при 150-170 градуса по Целзий и налягане от 0,7 - 20 MN/m2 (200 kgf/cm2), в присъствието на катализатор (никел, желязо, кобалт). Първото производство на синтетично течно гориво е организирано в Германия по време на Втората световна война поради недостиг на петрол. Синтетичното течно гориво не се използва широко поради високата му цена. Водният газ се използва за производство на водород. За да направите това, водният газ, смесен с водна пара, се нагрява в присъствието на катализатор и в резултат на това се получава водород в допълнение към вече присъстващия във водния газ: CO + H 2 O = CO 2 + H 2
Количеството топлина, отделено при пълно изгаряне на единица количество гориво, се нарича калоричност (Q) или, както понякога се казва, калоричност, или калоричност, която е една от основните характеристики на горивото.
Калоричността на газовете обикновено се означава като 1 m 3,взети при нормални условия.
В техническите изчисления нормалните условия означават състоянието на газа при температура 0°C и налягане 760 mmHg Изкуство.Обемът на газа при тези условия е означен nm 3(нормален кубичен метър).
За измервания на промишлени газове съгласно GOST 2923-45 температурата 20°C и налягането 760 се приемат за нормални условия mmHg Изкуство.Обемът газ, определен за тези условия, за разлика от nm 3ще се обадим м 3 (кубични метра).
Калоричност на газовете (Q))изразено в kcal/nm eили в kcal/m3.
За втечнените газове калоричността се означава като 1 килограма.
Има по-високи (Qc) и по-ниски (Qn) калорични стойности. Брутната калоричност отчита топлината на кондензация на водната пара, генерирана по време на изгарянето на горивото. По-ниската калоричност не отчита топлината, съдържаща се във водната пара на продуктите от горенето, тъй като водната пара не кондензира, а се отвежда с продуктите от горенето.
Понятията Q in и Q n се отнасят само до онези газове, при чието изгаряне се отделят водни пари (тези понятия не се отнасят за въглеродния оксид, който не произвежда водни пари при изгаряне).
Когато водната пара кондензира, се отделя топлина, равна на 539 kcal/kg.Освен това, когато кондензатът се охлади до 0°C (или 20°C), се отделя топлина в количество съответно 100 или 80. kcal/kg.
Общо повече от 600 топлина се отделят поради кондензацията на водни пари. kcal/kg,което е разликата между по-високата и по-ниската калоричност на газа. За повечето газове, използвани в градското газоснабдяване, тази разлика е 8-10%.
Калоричните стойности на някои газове са дадени в табл. 3.
За градско газоснабдяване понастоящем се използват газове, които като правило имат калоричност най-малко 3500 kcal/nm3.Това се обяснява с факта, че в градските райони газът се доставя по тръби на значителни разстояния. Когато калоричността е ниска, трябва да се доставят големи количества. Това неизбежно води до увеличаване на диаметрите на газопроводите и като следствие до увеличаване на инвестициите в метал и средствата за изграждане на газови мрежи, а впоследствие и до увеличаване на експлоатационните разходи. Съществен недостатък на нискокалоричните газове е, че в повечето случаи те съдържат значително количество въглероден окис, което увеличава опасността при използване на газ, както и при обслужване на мрежи и инсталации.
Калоричност на газа по-малка от 3500 kcal/nm 3най-често се използва в промишлеността, където не е необходимо да се транспортира на дълги разстояния и е по-лесно да се организира изгарянето. За градско газоснабдяване е желателно да има постоянна калоричност на газа. Колебанията, както вече установихме, се допускат не повече от 10%. По-голямата промяна в калоричността на газа изисква нови настройки и понякога подмяна на голям брой стандартизирани горелки на домакински уреди, което е свързано със значителни трудности.