5. PÕLEMISE TERMILINE TASAKAAL
Vaatleme gaasiliste, vedelate ja tahkete kütuste põlemisprotsessi soojusbilansi arvutamise meetodeid. Arvutamine taandub järgmiste ülesannete lahendamisele.
· Kütuse põlemissoojuse (kütteväärtuse) määramine.
· Teoreetilise põlemistemperatuuri määramine.
5.1. PÕLEMISSOOJUS
Keemiliste reaktsioonidega kaasneb soojuse eraldumine või neeldumine. Soojuse vabanemisel nimetatakse reaktsiooni eksotermiliseks ja soojuse neeldumisel endotermiliseks. Kõik põlemisreaktsioonid on eksotermilised ja põlemissaadused on eksotermilised ühendid.
Keemilise reaktsiooni käigus vabanevat (või neelduvat) soojust nimetatakse reaktsioonisoojuseks. Eksotermilistes reaktsioonides on see positiivne, endotermilistes reaktsioonides negatiivne. Põlemisreaktsiooniga kaasneb alati soojuse eraldumine. Põlemissoojus Q g(J/mol) on soojushulk, mis vabaneb ühe mooli aine täielikul põlemisel ja põleva aine muutumisel täieliku põlemisproduktideks. Mool on aine koguse SI põhiühik. Üks mool on aine kogus, mis sisaldab sama arvu osakesi (aatomeid, molekule jne), kui on aatomeid 12 g süsinik-12 isotoobis. Aine koguse mass, mis on võrdne 1 mooliga (molekul- või molaarmass), langeb arvuliselt kokku selle aine suhtelise molekulmassiga.
Näiteks hapniku (O 2) suhteline molekulmass on 32, süsinikdioksiid (CO 2) on 44 ja vastavad molekulmassid on M = 32 g/mol ja M = 44 g/mol. Seega sisaldab üks mool hapnikku 32 grammi seda ainet ja üks mool CO 2 sisaldab 44 grammi süsinikdioksiidi.
Tehnilistes arvutustes ei kasutata kõige sagedamini põlemissoojust. Q g ja kütuse kütteväärtus K(J/kg või J/m3). Aine kütteväärtus on 1 kg või 1 m 3 aine täielikul põlemisel eralduv soojushulk. Vedelate ja tahkete ainete puhul tehakse arvutus 1 kg kohta ja gaasiliste ainete puhul - 1 m 3 kohta.
Kütuse põlemissoojuse ja kütteväärtuse tundmine on vajalik põlemis- või plahvatustemperatuuri, plahvatusrõhu, leegi levimiskiiruse ja muude karakteristikute arvutamiseks. Kütuse kütteväärtus määratakse kas katseliselt või arvutuslikult. Kütteväärtuse katselisel määramisel põletatakse etteantud mass tahket või vedelat kütust kalorimeetrilises pommis, gaaskütuse puhul gaasikalorimeetris. Need seadmed mõõdavad kogu soojust K 0, mis vabaneb kütuse kaalumise proovi põletamisel m. Kütteväärtus Q g leitakse valemiga
Põlemissoojuse seos ja
kütuse kütteväärtus
Põlemissoojuse ja aine kütteväärtuse vahelise seose tuvastamiseks on vaja üles kirjutada põlemiskeemilise reaktsiooni võrrand.
Süsiniku täieliku põlemise saadus on süsinikdioksiid:
C+O2 →CO2.
Vesiniku täieliku põlemise saadus on vesi:
2H2 +O2 → 2H2O.
Väävli täieliku põlemise saadus on vääveldioksiid:
S +O 2 → SO 2.
Sel juhul vabaneb lämmastik, halogeenid ja muud mittesüttivad elemendid vabas vormis.
Põlev aine - gaas
Näitena arvutame metaani CH 4 kütteväärtuse, mille põlemissoojus on võrdne Q g=882.6 .
· Määrame metaani molekulmassi selle keemilise valemi (CH 4) järgi:
M = 1,12 + 4,1 = 16 g/mol.
· Määrame 1 kg metaani kütteväärtuse:
· Leiame 1 kg metaani ruumala, teades selle tihedust ρ=0,717 kg/m3 normaaltingimustes:
.
· Määrame 1 m 3 metaani kütteväärtuse:
Kõigi põlevate gaaside kütteväärtus määratakse sarnaselt. Paljude levinud ainete puhul on põlemissoojust ja kütteväärtusi mõõdetud suure täpsusega ning need on toodud vastavas teatmekirjanduses. Siin on mõnede gaasiliste ainete kütteväärtuste tabel (tabel 5.1). Suurusjärk K selles tabelis on antud MJ/m 3 ja kcal/m 3, kuna soojusühikuna kasutatakse sageli 1 kcal = 4,1868 kJ.
Tabel 5.1
Gaaskütuste kütteväärtus
|
Aine |
Atsetüleen |
|||||
|
K |
||||||
Põlev aine - vedel või tahke
Näitena arvutame etüülalkoholi C 2 H 5 OH kütteväärtuse, mille põlemissoojus on Q g= 1373,3 kJ/mol.
· Määrame etüülalkoholi molekulmassi selle keemilise valemi (C 2 H 5 OH) järgi:
M = 2,12 + 5,1 + 1,16 + 1,1 = 46 g/mol.
Määrame 1 kg etüülalkoholi kütteväärtuse:
Kõigi vedelate ja tahkete põlevainete kütteväärtus määratakse sarnaselt. Tabelis 5.2 ja 5.3 näitavad kütteväärtusi K(MJ/kg ja kcal/kg) teatud vedelike ja tahkete ainete puhul.
Tabel 5.2
Vedelkütuste kütteväärtus
|
Aine |
Metüülalkohol |
Etanool |
Kütteõli, õli |
||||
|
K |
|||||||
Tabel 5.3
Tahkekütuste kütteväärtus
|
Aine |
Puu on värske |
Kuiv puit |
Pruun kivisüsi |
Kuiv turvas |
Antratsiit, koks |
||
|
K |
|||||||
Mendelejevi valem
Kui kütuse kütteväärtus on teadmata, saab selle arvutada D.I. pakutud empiirilise valemi abil. Mendelejev. Selleks peate teadma kütuse elementaarset koostist (ekvivalentne kütusevalem), see tähendab järgmiste elementide sisaldust selles:
hapnik (O);
Vesinik (H);
Süsinik (C);
Väävel (S);
tuhk (A);
Vesi (W).
Kütuse põlemisproduktid sisaldavad alati veeauru, mis tekib nii kütuses sisalduva niiskuse tõttu kui ka vesiniku põlemisel. Jäätmete põlemisproduktid väljuvad tööstusettevõttest kastepunktist kõrgemal temperatuuril. Seetõttu ei saa veeauru kondenseerumisel eralduvat soojust otstarbekalt kasutada ja seda ei tohiks soojusarvutustes arvesse võtta.
Arvutamiseks kasutatakse tavaliselt madalat kütteväärtust Q n kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelate kütuste puhul väärtus Q n(MJ/kg) määratakse ligikaudu Mendelejevi valemiga:
Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
kus sulgudes on näidatud vastavate elementide sisaldus (massiprotsentides) kütuse koostises.
See valem võtab arvesse süsiniku, vesiniku ja väävli eksotermiliste põlemisreaktsioonide soojust (plussmärgiga). Kütuses sisalduv hapnik asendab osaliselt õhuhapnikku, mistõttu valemis (5.1) võetakse vastav termin miinusmärgiga. Niiskuse aurustumisel kulub soojust, seega võetakse ka vastav W-d sisaldav termin miinusmärgiga.
Erinevate kütuste (puit, turvas, kivisüsi, õli) kütteväärtuse arvutuslike ja eksperimentaalsete andmete võrdlus näitas, et Mendelejevi valemiga (5.1) arvutamine annab vea, mis ei ületa 10%.
Puhaskütteväärtus Q n(MJ/m3) kuivade põlevgaaside kohta saab piisava täpsusega arvutada üksikute komponentide kütteväärtuse ja nende sisalduse protsentuaalse sisalduse korrutiste summana 1 m3 gaaskütuses.
Q n= 0,108[Н 2 ] + 0,126 [СО] + 0,358 [СН 4 ] + 0,5 [С 2 Н 2 ] + 0,234 [Н 2 S ]…, (5,2)
kus sulgudes on märgitud vastavate gaaside sisaldus (mahu%) segus.
Keskmiselt on maagaasi kütteväärtus ligikaudu 53,6 MJ/m 3 . Kunstlikult toodetud põlevates gaasides on metaani CH4 sisaldus ebaoluline. Peamised tuleohtlikud komponendid on vesinik H2 ja süsinikmonooksiid CO. Näiteks koksiahju gaasis ulatub H2 sisaldus (55 ÷ 60)% ja sellise gaasi madalam kütteväärtus 17,6 MJ/m3. Generaatorigaas sisaldab CO ~ 30% ja H 2 ~ 15%, samas kui generaatorigaasi madalam kütteväärtus on Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. CO ja H 2 sisaldus kõrgahjugaasis on väiksem; suurusjärk Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.
Vaatame näiteid ainete kütteväärtuse arvutamisest Mendelejevi valemi abil.
Määrame söe kütteväärtuse, mille elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.4.
Tabel 5.4
Söe elementaarne koostis
· Asendame tabelis toodud. 5.4 andmed Mendelejevi valemis (5.1) (lämmastik N ja tuhk A ei sisaldu selles valemis, kuna need on inertsed ained ega osale põlemisreaktsioonis):
Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.
Määrakem 50 liitri vee soojendamiseks 10° C kuni 100° C küttepuidu kogus, kui kütteks kulub 5% põlemisel eralduvast soojusest, ning vee soojusmahtuvus Koos=1 kcal/(kg∙deg) või 4,1868 kJ/(kg∙deg). Küttepuude elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.5:
Tabel 5.5
Küttepuude elementaarne koostis
|
· Leiame küttepuude kütteväärtuse Mendelejevi valemiga (5.1): Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. · Määrame 1 kg küttepuude põletamisel vee soojendamiseks kuluva soojushulga (arvestades asjaolu, et 5% põlemisel eralduvast soojusest (a = 0,05) kulub selle soojendamisele): K 2 =a Q n=0,05·17,12=0,86 MJ/kg. · Määrame 50 liitri vee soojendamiseks 10° C kuni 100° C küttepuude koguse:
Seega kulub vee soojendamiseks umbes 22 kg küttepuid. |
kg.Ühiku kütusekoguse täielikul põlemisel eralduvat soojushulka nimetatakse kütteväärtuseks (Q) või, nagu mõnikord öeldakse, kütteväärtuseks ehk kütteväärtuseks, mis on kütuse üks peamisi omadusi.
Gaaside kütteväärtust nimetatakse tavaliselt 1-ks m 3, võetud tavatingimustes.
Tehnilistes arvutustes tähendavad normaaltingimused gaasi olekut temperatuuril 0 °C ja rõhul 760 °C. mmHg Art. Gaasi maht nendes tingimustes on tähistatud nm 3(tavaline kuupmeeter).
Tööstusliku gaasi mõõtmiseks vastavalt standardile GOST 2923-45 võetakse temperatuur 20°C ja rõhk 760 tavatingimustena mmHg Art. Nendele tingimustele määratud gaasi maht, erinevalt nm 3 me helistame m 3 (kuupmeeter).
Gaaside kütteväärtus (Q)) keeles väljendatud kcal/nm e või sisse kcal/m3.
Veeldatud gaaside kütteväärtust nimetatakse 1-ks kg.
On kõrgemad (Qc) ja madalamad (Qn) kütteväärtused. Brutokütteväärtus arvestab kütuse põlemisel tekkiva veeauru kondenseerumissoojust. Madalam kütteväärtus ei võta arvesse põlemisproduktide veeaurus sisalduvat soojust, kuna veeaur ei kondenseeru, vaid kantakse koos põlemisproduktidega minema.
Mõisted Q in ja Q n tähistavad ainult neid gaase, mille põlemisel eraldub veeauru (need mõisted ei kehti vingugaasi kohta, mille põlemisel veeauru ei teki).
Veeauru kondenseerumisel eraldub soojust 539 kcal/kg. Lisaks eraldub kondensaadi jahutamisel temperatuurini 0°C (või 20°C) soojust vastavalt 100 või 80. kcal/kg.
Kokku eraldub veeauru kondenseerumisel üle 600 soojuse. kcal/kg, mis on gaasi kõrgema ja madalama kütteväärtuse vahe. Enamiku linna gaasivarustuses kasutatavate gaaside puhul on see erinevus 8-10%.
Mõnede gaaside kütteväärtused on toodud tabelis. 3.
Linna gaasivarustuses kasutatakse praegu gaase, mille kütteväärtus on reeglina vähemalt 3500 kcal/nm3. Seda seletatakse asjaoluga, et linnapiirkondades tarnitakse gaasi torude kaudu märkimisväärsete vahemaade tagant. Kui kütteväärtus on madal, tuleb tarnida suur kogus. See toob paratamatult kaasa gaasitrasside läbimõõtude suurenemise ja sellest tulenevalt metalliinvesteeringute ja gaasivõrkude ehitamiseks vajalike vahendite suurenemise ning sellest tulenevalt tegevuskulude suurenemise. Madala kalorsusega gaaside oluline puudus on see, et enamikul juhtudel sisaldavad need märkimisväärses koguses vingugaasi, mis suurendab ohtu gaasi kasutamisel, samuti võrkude ja seadmete teenindamisel.
Gaasi kütteväärtus alla 3500 kcal/nm 3 kõige sagedamini kasutatakse tööstuses, kus pole vaja seda pikkade vahemaade taha transportida ja põlemist on lihtsam korraldada. Linna gaasivarustuse puhul on soovitav, et gaasi kütteväärtus oleks konstantne. Kõikumised, nagu oleme juba kindlaks teinud, on lubatud mitte rohkem kui 10%. Gaasi kütteväärtuse suurem muutus nõuab uusi kohandusi ja mõnikord ka suure hulga kodumasinate standardiseeritud põletite väljavahetamist, mis on seotud märkimisväärsete raskustega.
Gaaskütus jaguneb looduslikuks ja tehislikuks ning on tuleohtlike ja mittesüttivate gaaside segu, mis sisaldab teatud koguses veeauru ning mõnikord ka tolmu ja tõrva. Gaaskütuse kogust väljendatakse kuupmeetrites tavatingimustes (760 mm Hg ja 0 ° C) ning koostist väljendatakse mahuprotsendina. Kütuse koostise all mõistetakse selle kuiva gaasilise osa koostist.
Maagaasi kütus
Levinuim gaasikütus on maagaas, millel on kõrge kütteväärtus. Maagaasi aluseks on metaan, mille sisaldus on 76,7-98%. Muud gaasilised süsivesinikühendid sisaldavad maagaasi 0,1–4,5%.
Vedelgaas on nafta rafineerimise saadus – see koosneb peamiselt propaani ja butaani segust.
Maagaas (CNG, NG): metaan CH4 üle 90%, etaan C2 H5 alla 4%, propaan C3 H8 alla 1%
Veeldatud gaas (LPG): propaan C3 H8 üle 65%, butaan C4 H10 alla 35%
Tuleohtlike gaaside koostis sisaldab: vesinik H2, metaan CH4, muud süsivesinike ühendid CmHn, vesiniksulfiid H2S ja mittesüttivad gaasid, süsinikdioksiid CO2, hapnik O2, lämmastik N2 ja väike kogus veeauru H2O. m Ja P C ja H juures iseloomustavad erinevate süsivesinike ühendeid, näiteks metaani CH4 jaoks t = 1 ja n= 4, etaan C 2 N b t = 2 Ja n= b jne.
Kuiva gaaskütuse koostis (mahuprotsent):
CO + H2 + 2 C m H n + H2S + CO2 + O2 + N2 = 100%.
Kuiva gaasikütuse mittesüttiv osa - ballast - koosneb lämmastikust N ja süsinikdioksiidist CO 2.
Märggaaskütuse koostist väljendatakse järgmiselt:
CO + H 2 + Σ C m H n + H2S + CO2 + O2 + N2 + H2O = 100%.
Põlemissoojus kJ/m (kcal/m3), 1 m3 puhta kuiva gaasi normaaltingimustes määratakse järgmiselt:
Q n s = 0,01,
kus Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 s. - segus sisalduvate üksikute gaaside põlemissoojus, kJ/m 3 (kcal/m 3); CO, H 2, Cm H n, H 2 S - gaasisegu moodustavad komponendid, mahuprotsentides.
Kuiva maagaasi 1 m3 kütteväärtus tavatingimustes enamikel kodumaistel põldudel on 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3). Gaaskütuse omadused on toodud tabelis 1.
Näide. Määrake järgmise koostisega maagaasi madalam kütteväärtus (normaalsetes tingimustes):
H2S = 1%; CH4 = 76,7%; C2H6 = 4,5%; C3H8 = 1,7%; C4H10 = 0,8%; C5H12 = 0,6%.
Asendades tabelist 1 toodud gaaside omadused valemiga (26), saame:
Q ns = 0,01 = 33981 kJ/m 3 või
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.
Tabel 1. Gaaskütuse omadused
|
Gaas |
Määramine |
Põlemissoojus Q n s |
|
|
KJ/m3 |
Kcal/m3 |
||
| Vesinik | N, | 10820 | 2579 |
| Vingugaas | CO | 12640 | 3018 |
| Vesiniksulfiid | H2S | 23450 | 5585 |
| metaan | CH 4 | 35850 | 8555 |
| Etaan | C2H6 | 63 850 | 15226 |
| Propaan | C3H8 | 91300 | 21795 |
| butaan | C4H10 | 118700 | 22338 |
| Pentaan | C5H12 | 146200 | 34890 |
| Etüleen | C2H4 | 59200 | 14107 |
| Propüleen | C3H6 | 85980 | 20541 |
| Butüleen | C4H8 | 113 400 | 27111 |
| Benseen | C6H6 | 140400 | 33528 |
DE tüüpi katlad tarbivad ühe tonni auru tootmiseks 71-75 m3 maagaasi. Gaasi maksumus Venemaal 2008. aasta septembri seisuga. on 2,44 rubla kuupmeetri kohta. Seetõttu maksab tonn auru 71 × 2,44 = 173 rubla 24 kopikat. Auru tonni tegelik maksumus tehastes on DE-katelde puhul vähemalt 189 rubla tonni auru kohta.
DKVR tüüpi katlad tarbivad ühe tonni auru tootmiseks 103-118 m3 maagaasi. Nende katelde minimaalne hinnanguline tonni auru maksumus on 103 × 2,44 = 251 rubla 32 kopikat. Auru tegelik hind tehastes on vähemalt 290 rubla tonni kohta.
Kuidas arvutada DE-25 aurukatla maksimaalset maagaasi tarbimist? Need on katla tehnilised omadused. 1840 kuupi tunnis. Aga arvutada saab ka. 25 tonni (25 tuhat kg) tuleb korrutada auru ja vee entalpiate vahega (666,9-105) ning see kõik jagada katla kasuteguri 92,8% ja gaasi põlemissoojuse vahel. 8300. ja kõik
Tehisgaaskütus
Kunstlikud põlevgaasid on kohaliku tähtsusega kütus, kuna neil on oluliselt madalam kütteväärtus. Nende peamised põlevad elemendid on süsinikmonooksiid CO ja vesinik H2. Neid gaase kasutatakse tootmispiirkonnas, kust neid saadakse tehnoloogia- ja elektrijaamade kütusena.
Kõik looduslikud ja tehislikud tuleohtlikud gaasid on plahvatusohtlikud ja võivad lahtises leegis või sädemes süttida. Gaasil on alumine ja ülemine plahvatuspiir, s.o. selle kõrgeim ja madalaim protsentuaalne kontsentratsioon õhus. Maagaaside alumine plahvatuspiir on vahemikus 3% kuni 6% ja ülemine piir - 12% kuni 16%. Kõik tuleohtlikud gaasid võivad põhjustada inimkeha mürgistust. Tuleohtlike gaaside peamised mürgised ained on: süsinikoksiid CO, vesiniksulfiid H2S, ammoniaak NH3.
Looduslikud tuleohtlikud ja tehisgaasid on värvitud (nähtamatud) ja lõhnatud, mistõttu on need ohtlikud, kui need gaasitoruliitmike lekete kaudu katlaruumi sisemusse tungivad. Mürgistuse vältimiseks tuleks tuleohtlikke gaase töödelda lõhnaainega – ebameeldiva lõhnaga ainega.
Süsinikmonooksiidi CO tootmine tööstuses tahke kütuse gaasistamise teel
Tööstuslikul otstarbel saadakse süsinikmonooksiidi tahke kütuse gaasistamisel, st muundades see gaasiliseks kütuseks. Nii saad vingugaasi kätte mis tahes tahkest kütusest – fossiilsest kivisöest, turbast, küttepuudest jne.
Tahke kütuse gaasistamise protsess on näidatud laboratoorses katses (joonis 1). Olles täitnud tulekindla toru söetükkidega, soojendame seda tugevalt ja laseme gaasimeetrist hapniku läbi. Laseme torust väljuvad gaasid läbi lubjaveega seibi ja paneme siis põlema. Lubjavesi muutub häguseks ja gaas põleb sinaka leegiga. See näitab CO2 dioksiidi ja süsinikmonooksiidi CO olemasolu reaktsiooniproduktides.
Nende ainete teket saab seletada asjaoluga, et kui hapnik puutub kokku kuuma kivisöega, oksüdeerub viimane esmalt süsinikdioksiidiks: C + O 2 = CO 2
Seejärel, läbides kuuma kivisütt, redutseeritakse süsinikdioksiid osaliselt süsinikmonooksiidiks: CO 2 + C = 2CO
Riis. 1. Vingugaasi tootmine (laborikatse).
Tööstuslikes tingimustes toimub tahke kütuse gaasistamine ahjudes, mida nimetatakse gaasigeneraatoriteks.
Saadud gaaside segu nimetatakse generaatorgaasiks.
Gaasigeneraatori seade on näidatud joonisel. See on terassilinder, mille kõrgus on umbes 5 m ja läbimõõt umbes 3,5 m, seest vooderdatud tulekindlate tellistega. Gaasigeneraator laaditakse kütusega ülevalt; Altpoolt toidab õhku või veeauru läbi resti ventilaator.
Õhus olev hapnik reageerib kütuses sisalduva süsinikuga, moodustades süsihappegaasi, mis läbi kuuma kütuse kihi tõustes taandub süsiniku toimel süsinikmonooksiidiks.
Kui generaatorisse puhutakse ainult õhku, on tulemuseks gaas, mis sisaldab süsinikmonooksiidi ja õhulämmastikku (samuti teatud kogus CO 2 ja muid lisandeid). Seda generaatorigaasi nimetatakse õhugaasiks.
Kui veeaur puhutakse kuuma kivisöega generaatorisse, tekib reaktsiooni tulemusena süsinikmonooksiid ja vesinik: C + H2O = CO + H2
Seda gaaside segu nimetatakse vesigaasiks. Vesigaasil on kõrgem kütteväärtus kui õhugaasil, kuna selle koostis sisaldab koos süsinikmonooksiidiga ka teist tuleohtlikku gaasi - vesinikku. Vesigaas (sünteesgaas), üks kütuste gaasistamise saadusi. Vesigaas koosneb peamiselt CO-st (40%) ja H2-st (50%). Vesigaas on kütus (põlemissoojus 10 500 kJ/m3 ehk 2730 kcal/mg) ja samas metüülalkoholi sünteesi tooraine. Vesigaasi ei saa aga pikka aega toota, kuna selle moodustumise reaktsioon on endotermiline (soojuse neeldumisega) ja seetõttu jahtub generaatoris olev kütus. Söe kuumas olekus hoidmiseks vahelduvad veeauru süstimine generaatorisse õhu sissepritsega, mille hapnik reageerib teatavasti kütusega, eraldades soojust.
Viimasel ajal on kütuse gaasistamiseks laialdaselt kasutatud auru-hapniku puhumist. Veeauru ja hapniku samaaegne puhumine läbi kütusekihi võimaldab protsessil pidevalt töötada, suurendades oluliselt generaatori tootlikkust ning tekitades suure vesiniku ja süsinikmonooksiidi sisaldusega gaasi.
Kaasaegsed gaasigeneraatorid on võimsad pideva tööga seadmed.
Vältimaks tuleohtlike ja mürgiste gaaside tungimist atmosfääri, kui kütust gaasigeneraatorisse suunatakse, tehakse laadimistrummel topelt. Kui kütus siseneb trumli ühte kambrisse, valatakse kütus generaatorisse teisest kambrist; trumli pöörlemisel need protsessid korduvad, kuid generaator jääb kogu aeg atmosfäärist eraldatuks. Kütuse ühtlane jaotus generaatoris toimub koonuse abil, mida saab paigaldada erinevatele kõrgustele. Selle langetamisel langeb kivisüsi generaatori keskpunktile lähemale, koonuse tõstmisel paiskub kivisüsi generaatori seintele lähemale.
Gaasigeneraatorist tuha eemaldamine on mehhaniseeritud. Koonusekujulist resti pöörab aeglaselt elektrimootor. Sel juhul nihutatakse tuhk generaatori seinte poole ja visatakse spetsiaalsete seadmete abil tuhakasti, kust see perioodiliselt eemaldatakse.
Esimesed gaasilambid süttisid Peterburis Aptekarski saarel 1819. aastal. Kasutatud gaas saadi kivisöe gaasistamise teel. Seda nimetati valgustavaks gaasiks.
Suur vene teadlane D. I. Mendelejev (1834-1907) avaldas esmakordselt idee, et kivisöe gaasistamist saab läbi viia otse maa all, ilma seda välja tõstmata. Tsaarivalitsus ei hinnanud seda Mendelejevi ettepanekut.
Maa-aluse gaasistamise ideed toetas soojalt V. I. Lenin. Ta nimetas seda "tehnoloogia üheks suureks võiduks". Nõukogude riik viis maa-aluse gaasistamise esimest korda läbi. Juba enne Suurt Isamaasõda töötasid Nõukogude Liidus Donetski ja Moskva oblasti söebasseinides maa-alused generaatorid.
Ühe maa-aluse gaasistamise meetodi idee on toodud joonisel 3. Söeõmblusse on paigaldatud kaks kaevu, mis on allpool ühendatud kanaliga. Sellises kanalis ühe kaevu lähedal süüdatakse kivisüsi ja sinna juhitakse lõhka. Kanalit mööda liikuvad põlemissaadused interakteeruvad kuuma kivisöega, mille tulemuseks on põlevgaasi moodustumine nagu tavalises generaatoris. Teise kaevu kaudu tuleb gaas pinnale.
Tootmisgaasi kasutatakse laialdaselt tööstuslike ahjude kütmiseks – metallurgias, koksiahjudes ja kütusena autodes (joonis 4).
Riis. 3. Söe maa-aluse gaasistamise skeem.
Vesigaasis olevast vesinikust ja süsinikmonooksiidist sünteesitakse mitmeid orgaanilisi tooteid, näiteks vedelkütust. Sünteetiline vedelkütus on kütus (peamiselt bensiin), mis saadakse süsinikmonooksiidi ja vesiniku sünteesil temperatuuril 150-170 kraadi Celsiuse järgi ja rõhul 0,7-20 MN/m2 (200 kgf/cm2) katalüsaatori (nikkel, raud, koobalt). Esimene sünteetilise vedelkütuse tootmine korraldati Saksamaal 2. maailmasõja ajal naftapuuduse tõttu. Sünteetilist vedelkütust ei kasutata selle kõrge hinna tõttu laialdaselt. Vesigaasi kasutatakse vesiniku tootmiseks. Selleks kuumutatakse veeauruga segatud vesigaasi katalüsaatori juuresolekul ja selle tulemusena saadakse lisaks veegaasis juba olemasolevale vesinikku: CO + H 2 O = CO 2 + H 2
Orgaanilise päritoluga ainete hulka kuuluvad kütused, mille põletamisel eraldub teatud hulk soojusenergiat. Soojuse tootmist peab iseloomustama kõrge efektiivsus ja kõrvalmõjude, eelkõige inimese tervisele ja keskkonnale kahjulike ainete puudumine.
Küttekoldesse laadimise hõlbustamiseks lõigatakse puitmaterjal kuni 30 cm pikkusteks üksikuteks elementideks, mille kasutamise efektiivsuse tõstmiseks peavad küttepuud olema võimalikult kuivad ja põlemisprotsess suhteliselt aeglane. Ruumide kütmiseks sobib paljuski lehtpuidust nagu tamm ja kask, sarapuu ja saar ning viirpuu puit. Suure vaigusisalduse, suurenenud põlemiskiiruse ja madala kütteväärtuse tõttu on okaspuud selles osas oluliselt kehvemad.
Tuleb mõista, et kütteväärtuse väärtust mõjutab puidu tihedus.
See on looduslik taimse päritoluga materjal, mida ekstraheeritakse settekivimist.
Seda tüüpi tahkekütus sisaldab süsinikku ja muid keemilisi elemente. Materjal on jaotatud tüüpideks sõltuvalt selle vanusest. Pruunsütt peetakse noorimaks, järgneb kivisüsi ja antratsiit on vanem kui kõik teised liigid. Põlevaine vanus määrab ka selle niiskusesisalduse, mida on noores materjalis rohkem.
Söe põletamisel tekib keskkonnareostus, katla restidele tekib räbu, mis teatud määral takistab normaalset põlemist. Väävli olemasolu materjalis on ka atmosfääri jaoks ebasoodne tegur, kuna õhuruumis muundatakse see element väävelhappeks.
Tarbijad ei peaks aga oma tervise pärast kartma. Selle materjali tootjad, hoolitsedes eraklientide eest, püüavad vähendada selle väävlisisaldust. Söe kütteväärtus võib varieeruda isegi sama liigi piires. Erinevus sõltub alamliigi omadustest ja selle mineraalide sisaldusest, samuti tootmise geograafiast. Tahke kütusena ei leita mitte ainult puhast sütt, vaid ka brikettideks pressitud väherikastatud kivisöe räbu.
Pelletid (kütusegraanulid) on puidu- ja taimejäätmetest tööstuslikult loodud tahkekütused: laastud, puukoor, papp, põhk.
Tolmuks purustatud tooraine kuivatatakse ja valatakse granulaatorisse, kust see väljub kindla kujuga graanulitena. Massile viskoossuse lisamiseks kasutatakse taimset polümeeri ligniini. Tootmisprotsessi keerukus ja suur nõudlus määrab pelletite maksumuse. Materjali kasutatakse spetsiaalselt varustatud kateldes.
Kütuse tüübid määratakse sõltuvalt materjalist, millest neid töödeldakse:
- mis tahes liiki puude ümarpuit;
- õled;
- turvas;
- päevalillekest.
Kütusegraanulite eeliste hulgas väärib märkimist järgmised omadused:
- keskkonnasõbralikkus;
- võimetus deformeeruda ja resistentsus seenele;
- lihtne ladustamine isegi õues;
- põlemise ühtlus ja kestus;
- suhteliselt madalad kulud;
- Kasutusvõimalus erinevatele kütteseadmetele;
- sobiv graanulisuurus automaatseks laadimiseks spetsiaalselt varustatud boilerisse.
Brikett
Brikett on tahkekütus, mis on paljuski sarnane pelletiga. Nende valmistamiseks kasutatakse identseid materjale: puitlaastud, laastud, turvas, kestad ja põhk. Tootmisprotsessi käigus toorained purustatakse ja pressimise teel vormitakse brikettideks. See materjal on ka keskkonnasõbralik kütus. Seda on mugav hoida isegi õues. Selle kütuse sujuv, ühtlane ja aeglane põlemine on täheldatav nii kaminates ja ahjudes kui ka küttekateldes.
Eelpool käsitletud keskkonnasõbralikud tahkekütuse liigid on hea alternatiiv soojuse tootmiseks. Võrreldes fossiilsete soojusenergia allikatega, millel on põletamisel negatiivne mõju keskkonnale ja mis pealegi ei ole taastuvad, on alternatiivkütustel selged eelised ja suhteliselt madal hind, mis on teatud tarbijakategooriate jaoks oluline.
Samal ajal on selliste kütuste tuleoht palju suurem. Seetõttu on nende ladustamisel ja seinte tulekindlate materjalide kasutamisel vaja võtta mõningaid ohutusmeetmeid.
Vedel- ja gaaskütused
Vedelate ja gaasiliste tuleohtlike ainete osas on olukord järgmine.