Gaz ziemny i jego wartość opałowa dla użytku domowego. Ciepło właściwe spalania paliw i materiałów palnych

5.BILANS TERMICZNY SPALANIA

Rozważmy metody obliczania bilansu cieplnego procesu spalania paliw gazowych, ciekłych i stałych. Obliczenia sprowadzają się do rozwiązania następujących problemów.

· Oznaczanie ciepła spalania (wartości opałowej) paliwa.

· Wyznaczanie teoretycznej temperatury spalania.

5.1. CIEPŁO SPALANIA

Reakcjom chemicznym towarzyszy wydzielanie lub absorpcja ciepła. Kiedy ciepło jest uwalniane, reakcję nazywamy egzotermiczną, a gdy ciepło jest absorbowane, nazywamy ją endotermiczną. Wszystkie reakcje spalania są egzotermiczne, a produkty spalania są związkami egzotermicznymi.

Ciepło uwolnione (lub pochłonięte) podczas reakcji chemicznej nazywane jest ciepłem reakcji. W reakcjach egzotermicznych jest dodatni, w reakcjach endotermicznych jest ujemny. Reakcji spalania zawsze towarzyszy wydzielanie ciepła. Ciepło spalania Q g(J/mol) to ilość ciepła wydzielana podczas całkowitego spalania jednego mola substancji i przemiany substancji palnej w produkty całkowitego spalania. Mol jest podstawową jednostką ilości substancji w układzie SI. Jeden mol to ilość substancji zawierająca taką samą liczbę cząstek (atomów, cząsteczek itp.), ile atomów znajduje się w 12 g izotopu węgla-12. Masa ilości substancji równej 1 molowi (masa cząsteczkowa lub molowa) pokrywa się liczbowo ze względną masą cząsteczkową tej substancji.

Na przykład względna masa cząsteczkowa tlenu (O2) wynosi 32, dwutlenku węgla (CO2) wynosi 44, a odpowiednie masy cząsteczkowe będą wynosić M = 32 g/mol i M = 44 g/mol. Zatem jeden mol tlenu zawiera 32 gramy tej substancji, a jeden mol CO2 zawiera 44 gramy dwutlenku węgla.

W obliczeniach technicznych to nie ciepło spalania jest najczęściej wykorzystywane. Q g oraz wartość opałowa paliwa Q(J/kg lub J/m 3). Wartość opałowa substancji to ilość ciepła wydzielona podczas całkowitego spalenia 1 kg lub 1 m 3 substancji. W przypadku substancji ciekłych i stałych obliczenia przeprowadza się na 1 kg, a dla substancji gazowych - na 1 m 3.

Znajomość ciepła spalania i wartości opałowej paliwa jest konieczna do obliczenia temperatury spalania lub wybuchu, ciśnienia wybuchu, prędkości rozprzestrzeniania się płomienia i innych parametrów. Wartość opałową paliwa określa się doświadczalnie lub metodą obliczeniową. Przy doświadczalnym wyznaczaniu wartości opałowej daną masę paliwa stałego lub ciekłego spala się w bombie kalorymetrycznej, a w przypadku paliwa gazowego w kalorymetrze gazowym. Przyrządy te mierzą całkowite ciepło Q 0 wydzielający się podczas spalania próbki paliwa naważanej M. Wartość opałowa Q g znajduje się ze wzoru

Związek pomiędzy ciepłem spalania i
wartość kaloryczna paliwa

Aby ustalić związek między ciepłem spalania a wartością opałową substancji, należy zapisać równanie reakcji chemicznej spalania.

Produktem całkowitego spalania węgla jest dwutlenek węgla:

C+O2 →CO2.

Produktem całkowitego spalenia wodoru jest woda:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

Produktem całkowitego spalania siarki jest dwutlenek siarki:

S +O 2 →SO 2.

W tym przypadku azot, halogeny i inne niepalne pierwiastki uwalniają się w postaci wolnej.

Substancja palna - gaz

Jako przykład obliczmy wartość opałową metanu CH 4, dla którego ciepło spalania jest równe Q g=882.6 .

· Wyznaczmy masę cząsteczkową metanu zgodnie z jego wzorem chemicznym (CH 4):

M=1∙12+4∙1=16 g/mol.

· Ustalmy wartość opałową 1 kg metanu:

· Znajdźmy objętość 1 kg metanu, znając jego gęstość ρ=0,717 kg/m3 w normalnych warunkach:

.

· Ustalmy wartość opałową 1 m 3 metanu:

W podobny sposób określa się wartość opałową wszelkich gazów palnych. W przypadku wielu powszechnych substancji ciepło spalania i wartości opałowe zostały zmierzone z dużą dokładnością i podane w odpowiedniej literaturze przedmiotu. Oto tabela wartości opałowych niektórych substancji gazowych (tabela 5.1). Ogrom Q w tej tabeli podano w MJ/m 3 i kcal/m 3, ponieważ 1 kcal = 4,1868 kJ jest często używany jako jednostka ciepła.

Tabela 5.1

Wartość opałowa paliw gazowych

Substancja

Acetylen

Q

Substancja palna - ciekła lub stała

Jako przykład obliczmy wartość opałową alkoholu etylowego C 2 H 5 OH, dla którego ciepło spalania wynosi Q g= 1373,3 kJ/mol.

· Wyznaczmy masę cząsteczkową alkoholu etylowego zgodnie z jego wzorem chemicznym (C 2 H 5 OH):

M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.

Określmy wartość opałową 1 kg alkoholu etylowego:

W podobny sposób określa się wartość opałową wszelkich materiałów palnych w postaci ciekłej i stałej. W tabeli Rysunki 5.2 i 5.3 przedstawiają wartości opałowe Q(MJ/kg i kcal/kg) dla niektórych cieczy i ciał stałych.

Tabela 5.2

Wartość opałowa paliw ciekłych

Substancja

Alkohol metylowy

Etanol

Olej opałowy, olej

Q

Tabela 5.3

Wartość opałowa paliw stałych

Substancja

Drzewo jest świeże

Suche drewno

brązowy węgiel

Suchy torf

Antracyt, koks

Q

Wzór Mendelejewa

Jeżeli wartość opałowa paliwa nie jest znana, można ją obliczyć korzystając ze wzoru empirycznego zaproponowanego przez D.I. Mendelejew. Aby to zrobić, musisz znać skład pierwiastkowy paliwa (równoważny wzór paliwa), czyli procentową zawartość w nim następujących pierwiastków:

Tlen (O);

Wodór (H);

Węgiel (C);

Siarka (S);

Popiół (A);

Woda (W).

Produkty spalania paliwa zawsze zawierają parę wodną, ​​która powstaje zarówno w wyniku obecności wilgoci w paliwie, jak i podczas spalania wodoru. Produkty spalania odpadów opuszczają zakład przemysłowy w temperaturze wyższej od punktu rosy. Dlatego też ciepło wydzielające się podczas kondensacji pary wodnej nie może być użytecznie wykorzystane i nie powinno być brane pod uwagę w obliczeniach cieplnych.

Do obliczeń zwykle używa się wartości opałowej netto Q rz paliwo, które uwzględnia straty ciepła z parą wodną. Dla paliw stałych i ciekłych wartość Q rz(MJ/kg) określa się w przybliżeniu za pomocą wzoru Mendelejewa:

Q rz=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

gdzie w nawiasach podano procentową (wagową) zawartość odpowiednich pierwiastków w składzie paliwa.

Wzór ten uwzględnia ciepło egzotermicznych reakcji spalania węgla, wodoru i siarki (ze znakiem plus). Tlen zawarty w paliwie częściowo zastępuje tlen w powietrzu, dlatego odpowiedni wyraz we wzorze (5.1) należy przyjmować ze znakiem minus. Kiedy wilgoć wyparowuje, zużywane jest ciepło, dlatego odpowiedni termin zawierający W jest również przyjmowany ze znakiem minus.

Porównanie danych obliczonych i doświadczalnych dotyczących wartości opałowej różnych paliw (drewno, torf, węgiel, olej) wykazało, że obliczenia przy użyciu wzoru Mendelejewa (5.1) dają błąd nie przekraczający 10%.

Wartosc kaloryczna netto Q rz(MJ/m3) suchych gazów palnych można obliczyć z wystarczającą dokładnością jako sumę iloczynów wartości opałowej poszczególnych składników i ich procentowej zawartości w 1 m3 paliwa gazowego.

Q rz= 0,108[Н 2 ] + 0,126[СО] + 0,358[СН 4 ] + 0,5[С 2 Н 2 ] + 0,234[Н 2 S ]…, (5,2)

gdzie w nawiasach podano procentową (objętościową) zawartość odpowiednich gazów w mieszaninie.

Średnia wartość opałowa gazu ziemnego wynosi około 53,6 MJ/m 3 . W sztucznie wytwarzanych gazach palnych zawartość metanu CH4 jest nieznaczna. Głównymi składnikami palnymi są wodór H2 i tlenek węgla CO. Przykładowo w gazie koksowniczym zawartość H2 sięga (55 ÷ 60)%, a dolna wartość opałowa takiego gazu sięga 17,6 MJ/m3. Gaz generatorowy zawiera CO ~ 30% i H 2 ~ 15%, natomiast niższa wartość opałowa gazu generatorowego wynosi Q rz= (5,2 6,5) MJ/m3. Zawartość CO i H 2 w gazie wielkopiecowym jest niższa; ogrom Q rz= (4,0 4,2) MJ/m 3.

Spójrzmy na przykłady obliczania wartości opałowej substancji za pomocą wzoru Mendelejewa.

Określmy wartość opałową węgla, którego skład pierwiastkowy podano w tabeli. 5.4.

Tabela 5.4

Skład pierwiastkowy węgla

· Zastąpmy podane w tabeli. 5.4 dane we wzorze Mendelejewa (5.1) (azot N i popiół A nie są uwzględnione w tym wzorze, ponieważ są substancjami obojętnymi i nie biorą udziału w reakcji spalania):

Q rz=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Obliczmy ilość drewna opałowego potrzebną do ogrzania 50 litrów wody od temperatury 10°C do 100°C, jeśli na ogrzanie zużyjemy 5% ciepła powstałego podczas spalania oraz pojemność cieplną wody Z=1 kcal/(kg∙deg) lub 4,1868 kJ/(kg∙deg). Skład pierwiastkowy drewna opałowego podano w tabeli. 5,5:

Tabela 5.5

Skład pierwiastkowy drewna opałowego

· Obliczmy wartość opałową drewna opałowego, korzystając ze wzoru Mendelejewa (5.1):

Q rz=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg.

· Obliczmy ilość ciepła wydatkowanego na podgrzanie wody przy spalaniu 1 kg drewna opałowego (biorąc pod uwagę fakt, że na jej ogrzanie przypada 5% ciepła (a = 0,05) wydzielonego podczas spalania):

Q 2 = a Q rz=0,05·17,12=0,86 MJ/kg.

· Ustalmy ilość drewna opałowego potrzebną do podgrzania 50 litrów wody od 10°C do 100°C:

kg.

Zatem do podgrzania wody potrzeba około 22 kg drewna opałowego.

Ilość ciepła wydzielonego podczas całkowitego spalania jednostkowej ilości paliwa nazywana jest wartością opałową (Q) lub, jak się czasem mówi, wartością opałową lub wartością opałową, która jest jedną z głównych cech paliwa.

Wartość opałowa gazów jest zwykle określana jako 1 m 3, podjęte w normalnych warunkach.

W obliczeniach technicznych warunki normalne oznaczają stan gazu w temperaturze 0°C i pod ciśnieniem 760°C. mmHg Sztuka. Oznacza się objętość gazu w tych warunkach nm 3(zwykły metr sześcienny).

W przypadku pomiarów gazów przemysłowych zgodnie z GOST 2923-45, za normalne warunki przyjmuje się temperaturę 20°C i ciśnienie 760°C. mmHg Sztuka. Objętość gazu przypisana do tych warunków, w przeciwieństwie do nm 3 zadzwonimy M 3 (metr sześcienny).

Wartość opałowa gazów (Q)) wyrażone w kcal/nm e lub w kcal/m3.

W przypadku gazów skroplonych wartość opałową określa się jako 1 kg.

Wyróżnia się wyższą (Qc) i niższą (Qn) wartość opałową. Wartość opałowa brutto uwzględnia ciepło kondensacji pary wodnej powstałej podczas spalania paliwa. Dolna wartość opałowa nie uwzględnia ciepła zawartego w parze wodnej produktów spalania, ponieważ para wodna nie skrapla się, lecz jest odprowadzana wraz z produktami spalania.

Pojęcia Qin i Qn odnoszą się tylko do gazów, których spalanie uwalnia parę wodną (pojęcia te nie dotyczą tlenku węgla, który podczas spalania nie wytwarza pary wodnej).

Kiedy para wodna skrapla się, uwalniane jest ciepło równe 539 kcal/kg. Dodatkowo, gdy kondensat zostanie schłodzony do temperatury 0°C (lub 20°C), wydziela się ciepło w ilości odpowiednio 100 lub 80. kcal/kg.

W sumie w wyniku kondensacji pary wodnej uwalnia się ponad 600 ciepła. kcal/kg, czyli różnica pomiędzy wyższą i niższą wartością opałową gazu. W przypadku większości gazów stosowanych w gazownictwie miejskim różnica ta wynosi 8-10%.

Wartości opałowe niektórych gazów podano w tabeli. 3.

Do zaopatrzenia miast w gaz stosuje się obecnie gazy, które z reguły mają wartość opałową co najmniej 3500 kcal/nm 3 . Wyjaśnia to fakt, że na obszarach miejskich gaz dostarczany jest rurami na znaczne odległości. Gdy wartość opałowa jest niska, należy dostarczyć dużą ilość. Prowadzi to nieuchronnie do wzrostu średnic gazociągów, a w konsekwencji do wzrostu inwestycji metalowych i środków na budowę sieci gazowych, a w konsekwencji do wzrostu kosztów eksploatacji. Istotną wadą gazów niskokalorycznych jest to, że w większości przypadków zawierają one znaczną ilość tlenku węgla, co zwiększa zagrożenie podczas użytkowania gazu, a także podczas serwisowania sieci i instalacji.



Wartość opałowa gazu poniżej 3500 kcal/nm 3 najczęściej stosowany w przemyśle, gdzie nie ma konieczności transportu go na duże odległości i łatwiej jest zorganizować spalanie. W przypadku dostaw gazu miejskiego pożądane jest posiadanie stałej wartości opałowej gazu. Wahania, jak już ustaliliśmy, są dozwolone nie więcej niż 10%. Większa zmiana kaloryczności gazu wymaga nowych dostosowań, a czasami wymiany dużej liczby znormalizowanych palników sprzętu AGD, co wiąże się ze znacznymi trudnościami.

Paliwo gazowe dzieli się na naturalne i sztuczne i jest mieszaniną gazów palnych i niepalnych, zawierającą pewną ilość pary wodnej, a czasami pyłu i smoły. Ilość paliwa gazowego wyraża się w metrach sześciennych w warunkach normalnych (760 mm Hg i 0°C), a skład wyraża się w procentach objętościowych. Przez skład paliwa rozumie się skład jego suchej części gazowej.

Paliwo gazowe

Najpopularniejszym paliwem gazowym jest gaz ziemny, który charakteryzuje się wysoką wartością opałową. Podstawą gazu ziemnego jest metan, którego zawartość wynosi 76,7–98%. Inne gazowe związki węglowodorów obejmują gaz ziemny w ilości od 0,1 do 4,5%.

Gaz skroplony jest produktem rafinacji ropy naftowej – składa się głównie z mieszaniny propanu i butanu.

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

Gaz skroplony (LPG): propan C3 H8 powyżej 65%, butan C4 H10 poniżej 35%

W skład gazów palnych wchodzą: wodór H2, metan CH4, inne związki węglowodorowe CmHn, siarkowodór H2S i gazy niepalne, dwutlenek węgla CO2, tlen O2, azot N2 i niewielka ilość pary wodnej H2O. M I P w C i H charakteryzują związki różnych węglowodorów, na przykład metanu CH 4 t = 1 i N= 4, dla etanu C 2 N b t = 2 I N= b itd.

Skład suchego paliwa gazowego (procent objętościowy):


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

Niepalna część suchego paliwa gazowego – balast – składa się z azotu N i dwutlenku węgla CO2.

Skład mokrego paliwa gazowego wyraża się następująco:

CO + H 2 + Σ C m H n + H2S + CO2 + O2 + N2 + H2O = 100%.

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

Q n s = 0,01,

gdzie Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 S. - ciepło spalania poszczególnych gazów wchodzących w skład mieszaniny, kJ/m 3 (kcal/m 3); CO, H2, Cm H n, H 2 S - składniki tworzące mieszaninę gazów, % objętości.

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

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

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

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

Q ns = 0,01 = 33981 kJ/m 3 lub

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.

Tabela 1. Charakterystyka paliwa gazowego

Gaz

Przeznaczenie

Ciepło spalania Q n s

KJ/m3

Kcal/m3
Wodór N, 10820 2579
Tlenek węgla WSPÓŁ 12640 3018
Siarkowodór H2S 23450 5585
Metan CH 4 35850 8555
Etan C 2 H 6 63 850 15226
Propan C 3 H 8 91300 21795
Butan C 4 H 10 118700 22338
Pentan C 5 H 12 146200 34890
Etylen C 2 H 4 59200 14107
Propylen C 3 H 6 85980 20541
Butylen C 4 H 8 113 400 27111
Benzen C 6 H 6 140400 33528

Kotły typu DE zużywają od 71 do 75 m3 gazu ziemnego do wytworzenia jednej tony pary. Koszt gazu w Rosji według stanu na wrzesień 2008 r. wynosi 2,44 rubla za metr sześcienny. Dlatego tona pary będzie kosztować 71 × 2,44 = 173 rubli 24 kopiejek. Rzeczywisty koszt tony pary w fabrykach wynosi dla kotłów DE nie mniej niż 189 rubli za tonę pary.

Kotły typu DKVR do wytworzenia jednej tony pary zużywają od 103 do 118 m3 gazu ziemnego. Minimalny szacunkowy koszt tony pary dla tych kotłów wynosi 103 × 2,44 = 251 rubli 32 kopiejek. Rzeczywisty koszt pary w fabrykach wynosi nie mniej niż 290 rubli za tonę.

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

Sztuczne paliwo gazowe

Sztuczne gazy palne są paliwem o znaczeniu lokalnym, ponieważ mają znacznie niższą wartość opałową. Ich głównymi pierwiastkami palnymi są tlenek węgla CO i wodór H2. Gazy te wykorzystywane są na obszarze produkcyjnym, gdzie pozyskiwane są jako paliwo dla zakładów technologicznych i energetycznych.

Wszystkie naturalne i sztuczne gazy palne są wybuchowe i mogą zapalić się w otwartym płomieniu lub iskrze. Wyróżnia się dolną i górną granicę wybuchowości gazu, tj. jego najwyższe i najniższe procentowe stężenie w powietrzu. Dolna granica wybuchowości gazów ziemnych waha się od 3% do 6%, a górna granica – od 12% do 16%. Wszystkie gazy łatwopalne mogą powodować zatrucie organizmu człowieka. Głównymi substancjami toksycznymi gazów palnych są: tlenek węgla CO, siarkowodór H2S, amoniak NH3.

Gazy palne naturalne i sztuczne są bezbarwne (niewidoczne) i bezwonne, co czyni je niebezpiecznymi w przypadku przedostania się do wnętrza kotłowni przez nieszczelności armatury gazociągów. Aby uniknąć zatrucia, gazy łatwopalne należy traktować środkiem zapachowym - substancją o nieprzyjemnym zapachu.

Produkcja tlenku węgla CO w przemyśle poprzez zgazowanie paliwa stałego

Do celów przemysłowych tlenek węgla otrzymywany jest poprzez zgazowanie paliwa stałego, czyli przekształcenie go w paliwo gazowe. W ten sposób można uzyskać tlenek węgla z dowolnego paliwa stałego - węgla kopalnego, torfu, drewna opałowego itp.

W doświadczeniu laboratoryjnym przedstawiono proces zgazowania paliwa stałego (rys. 1). Po napełnieniu ogniotrwałej rurki kawałkami węgla drzewnego mocno ją podgrzewamy i przepuszczamy tlen z gazometru. Gazy wydobywające się z rury przepuszczamy przez myjkę z wodą wapienną, a następnie podpalamy. Woda wapienna staje się mętna, a gaz pali się niebieskawym płomieniem. Wskazuje to na obecność dwutlenku CO2 i tlenku węgla CO w produktach reakcji.

Powstawanie tych substancji można wytłumaczyć faktem, że gdy tlen wchodzi w kontakt z gorącym węglem, ten ostatni najpierw utlenia się do dwutlenku węgla: C + O2 = CO2

Następnie, przechodząc przez rozżarzony węgiel, dwutlenek węgla ulega częściowej redukcji do tlenku węgla: CO2 + C = 2CO

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

W warunkach przemysłowych zgazowanie paliwa stałego odbywa się w piecach zwanych generatorami gazu.

Powstała mieszanina gazów nazywana jest gazem generatorowym.

Urządzenie wytwarzające gaz pokazano na rysunku. Jest to stalowy cylinder o wysokości około 5 M i średnicy około 3,5 M, wewnątrz wyłożony cegłami ogniotrwałymi. Generator gazu ładowany jest paliwem od góry; Od dołu powietrze lub para wodna dostarczane są za pomocą wentylatora poprzez ruszt.

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

Jeśli do generatora wdmuchuje się tylko powietrze, w rezultacie powstaje gaz zawierający tlenek węgla i azot z powietrza (a także pewną ilość CO 2 i innych zanieczyszczeń). Ten gaz generatorowy nazywany jest gazem powietrznym.

Jeśli do generatora wdmuchnie się parę wodną z rozżarzonym węglem, w wyniku reakcji powstanie tlenek węgla i wodór: C + H 2 O = CO + H 2

Ta mieszanina gazów nazywana jest gazem wodnym. Gaz wodny ma wyższą wartość opałową niż gaz powietrzny, gdyż w jego składzie oprócz tlenku węgla znajduje się także drugi gaz palny – wodór. Gaz wodny (gaz syntezowy), jeden z produktów zgazowania paliw. Gaz wodny składa się głównie z CO (40%) i H2 (50%). Gaz wodny jest paliwem (ciepło spalania 10 500 kJ/m3, czyli 2730 kcal/mg) i jednocześnie surowcem do syntezy alkoholu metylowego. Gazu wodnego nie można jednak wytwarzać przez długi czas, gdyż reakcja jego powstawania jest endotermiczna (z absorpcją ciepła), w związku z czym paliwo w generatorze ochładza się. Aby utrzymać węgiel w stanie gorącym, wtryskiwanie pary wodnej do generatora odbywa się na zmianę z wtryskiem powietrza, którego tlen reaguje z paliwem, uwalniając ciepło.

Ostatnio do zgazowania paliw powszechnie stosuje się podmuch pary i tlenu. Jednoczesne przedmuchiwanie pary wodnej i tlenu przez warstwę paliwa pozwala na ciągły przebieg procesu, znacznie zwiększając wydajność generatora i wytwarzając gaz o dużej zawartości wodoru i tlenku węgla.

Nowoczesne generatory gazu to potężne urządzenia o pracy ciągłej.

Aby zapobiec przedostawaniu się łatwopalnych i toksycznych gazów do atmosfery podczas dostarczania paliwa do generatora gazu, bęben ładujący jest podwójny. Podczas gdy paliwo dostaje się do jednego przedziału bębna, paliwo wlewa się do generatora z innego przedziału; gdy bęben się obraca, procesy te powtarzają się, ale generator pozostaje cały czas odizolowany od atmosfery. Równomierna dystrybucja paliwa w generatorze odbywa się za pomocą stożka, który można zainstalować na różnych wysokościach. Po opuszczeniu węgiel opada bliżej środka generatora, a po podniesieniu stożka węgiel jest wyrzucany bliżej ścianek generatora.

Usuwanie popiołu z generatora gazu jest zmechanizowane. Ruszt w kształcie stożka jest powoli obracany za pomocą silnika elektrycznego. W tym przypadku popiół przemieszcza się w kierunku ścianek generatora i za pomocą specjalnych urządzeń wrzucany jest do popielnika, skąd jest okresowo usuwany.

Pierwsze lampy gazowe zapalono w Petersburgu na Wyspie Aptekarskiej w 1819 roku. Wykorzystywany gaz uzyskiwany był poprzez zgazowanie węgla. Nazywano go gazem oświetlającym.

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

Ideę podziemnego zgazowania gorąco poparł W.I. Lenin. Nazwał to „jednym z największych zwycięstw technologii”. Podziemne zgazowanie zostało po raz pierwszy przeprowadzone przez państwo radzieckie. Już przed Wielką Wojną Ojczyźnianą podziemne generatory działały w zagłębiach węglowych obwodu donieckiego i moskiewskiego w Związku Radzieckim.

Ideę jednej z metod podziemnego zgazowania przedstawiono na rysunku 3. W pokład węgla wkopane są dwa odwierty, które od dołu połączone są kanałem. W takim kanale w pobliżu jednego ze studni rozpala się węgiel i tam dostarcza się podmuch. Produkty spalania przemieszczając się wzdłuż kanału wchodzą w interakcję z gorącym węglem, w wyniku czego powstaje gaz palny jak w konwencjonalnym generatorze. Gaz wydobywa się na powierzchnię drugim odwiertem.

Gaz generatorowy znajduje szerokie zastosowanie do ogrzewania pieców przemysłowych – hutniczych, koksowniczych oraz jako paliwo w samochodach (rys. 4).


Ryż. 3. Schemat podziemnego zgazowania węgla.

Wiele produktów organicznych, takich jak paliwa płynne, syntetyzuje się z wodoru i tlenku węgla w gazie wodnym. Syntetyczne paliwo ciekłe to paliwo (głównie benzyna) otrzymywane w wyniku syntezy tlenku węgla i wodoru w temperaturze 150-170 stopni Celsjusza i pod ciśnieniem 0,7 - 20 MN/m2 (200 kgf/cm2), w obecności katalizatora (niklu, żelazo, kobalt). Pierwszą produkcję syntetycznego paliwa ciekłego zorganizowano w Niemczech podczas II wojny światowej z powodu niedoborów ropy. Syntetyczne paliwo ciekłe nie jest powszechnie stosowane ze względu na wysoki koszt. Do produkcji wodoru wykorzystuje się gaz wodny. W tym celu gaz wodny zmieszany z parą wodną podgrzewa się w obecności katalizatora, w wyniku czego oprócz tego, który jest już obecny w gazie wodnym, otrzymuje się wodór: CO + H 2 O = CO 2 + H 2

Do substancji pochodzenia organicznego zalicza się paliwa, które po spaleniu wydzielają pewną ilość energii cieplnej. Produkcja ciepła musi charakteryzować się wysoką wydajnością i brakiem skutków ubocznych, w szczególności substancji szkodliwych dla zdrowia człowieka i środowiska.

Dla ułatwienia załadunku do paleniska materiał drzewny tnie się na poszczególne elementy o długości do 30 cm.Dla zwiększenia efektywności ich wykorzystania drewno opałowe musi być jak najbardziej suche, a proces spalania stosunkowo powolny. Do ogrzewania pomieszczeń nadaje się pod wieloma względami drewno z twardego drewna, takiego jak dąb i brzoza, leszczyna i jesion oraz głóg. Ze względu na dużą zawartość żywicy, zwiększoną szybkość spalania i niską wartość opałową, drzewa iglaste pod tym względem znacznie ustępują.

Należy rozumieć, że na wartość kaloryczności wpływa gęstość drewna.

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

Ten rodzaj paliwa stałego zawiera węgiel i inne pierwiastki chemiczne. Istnieje podział materiału na rodzaje w zależności od jego wieku. Za najmłodszy uważany jest węgiel brunatny, następnie węgiel kamienny, a antracyt jest starszy niż wszystkie inne gatunki. Wiek substancji palnej determinuje także jej wilgotność, która jest większa w młodym materiale.

Podczas spalania węgla dochodzi do zanieczyszczenia środowiska, a na rusztach kotła tworzy się żużel, który w pewnym stopniu utrudnia normalne spalanie. Obecność siarki w materiale jest również niekorzystnym czynnikiem dla atmosfery, ponieważ w przestrzeni powietrznej pierwiastek ten przekształca się w kwas siarkowy.

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

Pelety (granulki paliwowe) to paliwa stałe produkowane przemysłowo z odpadów drzewnych i roślinnych: wiórów, kory, tektury, słomy.

Surowiec rozdrobniony na pył suszy się i wsypuje do granulatora, skąd wychodzi w postaci granulatu o określonym kształcie. Aby zwiększyć lepkość masy, stosuje się polimer roślinny, ligninę. Złożoność procesu produkcyjnego i duży popyt determinują koszt pelletu. Materiał jest stosowany w specjalnie wyposażonych kotłach.

Rodzaje paliw określa się w zależności od materiału, z którego są przetwarzane:

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

Wśród zalet pelletu paliwowego warto zwrócić uwagę na następujące cechy:

  • przyjazność dla środowiska;
  • niezdolność do odkształcenia i odporność na grzyby;
  • łatwe przechowywanie nawet na zewnątrz;
  • równomierność i czas spalania;
  • stosunkowo niski koszt;
  • Możliwość zastosowania do różnych urządzeń grzewczych;
  • odpowiedni rozmiar granulatu do automatycznego załadunku do specjalnie wyposażonego kotła.

Brykiety

Brykiety to paliwa stałe, które pod wieloma względami przypominają pellet. Do ich produkcji wykorzystuje się identyczne materiały: zrębki, wióry, torf, łuski i słomę. W procesie produkcyjnym surowce są kruszone i formowane w brykiety poprzez prasowanie. Materiał ten jest jednocześnie paliwem przyjaznym dla środowiska. Wygodne jest przechowywanie nawet na zewnątrz. Równomierne, równomierne i powolne spalanie tego paliwa można zaobserwować zarówno w kominkach i piecach, jak i kotłach grzewczych.

Omówione powyżej rodzaje ekologicznych paliw stałych stanowią dobrą alternatywę dla wytwarzania ciepła. W porównaniu do kopalnych źródeł energii cieplnej, które podczas spalania wywierają negatywny wpływ na środowisko, a ponadto są nieodnawialne, paliwa alternatywne mają wyraźne zalety i stosunkowo niski koszt, co jest ważne dla niektórych kategorii konsumentów.

Jednocześnie zagrożenie pożarowe takich paliw jest znacznie wyższe. Dlatego konieczne jest podjęcie pewnych środków bezpieczeństwa w zakresie ich przechowywania i stosowania materiałów ognioodpornych na ściany.

Paliwa ciekłe i gazowe

Jeśli chodzi o ciekłe i gazowe substancje łatwopalne, sytuacja wygląda następująco.