5. YANMA ISI DENGESİ
Gaz, sıvı ve katı yakıtların yanma sürecinin ısı dengesini hesaplama yöntemlerini ele alalım. Hesaplama aşağıdaki problemlerin çözümüne indirgenir.
· Yakıtın yanma ısısının (kalorifik değer) belirlenmesi.
· Teorik yanma sıcaklığının belirlenmesi.
5.1. YANMA ISI
Kimyasal reaksiyonlara ısının salınması veya emilmesi eşlik eder. Isı açığa çıktığında reaksiyona ekzotermik, ısı emildiğinde ise endotermik denir. Tüm yanma reaksiyonları ekzotermiktir ve yanma ürünleri ekzotermik bileşiklerdir.
Kimyasal bir reaksiyon sırasında açığa çıkan (veya emilen) ısıya reaksiyon ısısı denir. Ekzotermik reaksiyonlarda pozitif, endotermik reaksiyonlarda negatiftir. Yanma reaksiyonuna her zaman ısı salınımı eşlik eder. Yanma ısısı Q g(J/mol), bir mol maddenin tamamen yanması ve yanıcı bir maddenin tam yanma ürünlerine dönüşümü sırasında açığa çıkan ısı miktarıdır. Mol, bir maddenin miktarının temel SI birimidir. Bir mol, 12 g karbon-12 izotopunda bulunan atom sayısıyla aynı sayıda parçacık (atom, molekül vb.) içeren madde miktarıdır. 1 mol'e (moleküler veya molar kütle) eşit bir madde miktarının kütlesi, bu maddenin bağıl moleküler kütlesi ile sayısal olarak çakışır.
Örneğin, oksijenin (O2) bağıl molekül ağırlığı 32, karbon dioksitin (CO2) 44'tür ve karşılık gelen molekül ağırlıkları M = 32 g/mol ve M = 44 g/mol olacaktır. Böylece, bir mol oksijen bu maddeden 32 gram içerir ve bir mol C02, 44 gram karbondioksit içerir.
Teknik hesaplamalarda en sık kullanılan yanma ısısı değildir. Q g ve yakıtın kalorifik değeri Q(J/kg veya J/m3). Bir maddenin kalorifik değeri, 1 kg veya 1 m3 maddenin tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarıdır. Sıvı ve katı maddeler için hesaplama 1 kg başına, gaz halindeki maddeler için ise 1 m3 başına yapılır.
Yanma ısısı ve yakıtın kalorifik değeri bilgisi, yanma veya patlama sıcaklığını, patlama basıncını, alev yayılma hızını ve diğer özellikleri hesaplamak için gereklidir. Q Yakıtın kalorifik değeri deneysel olarak veya hesaplama yoluyla belirlenir. Kalorifik değeri deneysel olarak belirlerken, belirli bir katı veya sıvı yakıt kütlesi kalorimetrik bir bombada ve gaz yakıt durumunda bir gaz kalorimetresinde yakılır. Bu aletler toplam ısıyı ölçer 0 tartım yakıt numunesinin yanması sırasında salınır M . Kalorifik değer Qg
formülle bulunur
Yanma ısısı ile ısı arasındaki ilişki
yakıtın kalorifik değeri
Yanma ısısı ile bir maddenin kalorifik değeri arasında bir bağlantı kurmak için yanmanın kimyasal reaksiyonunun denklemini yazmak gerekir.
Karbonun tamamen yanması sonucu ortaya çıkan ürün karbondioksittir:
C+O2 →CO2.
Hidrojenin tamamen yanmasının ürünü sudur:
2H 2 +O 2 →2H 2 O.
Kükürtün tamamen yanmasının ürünü kükürt dioksittir:
S +O2 →S02.
Bu durumda nitrojen, halojenler ve diğer yanıcı olmayan elementler serbest halde açığa çıkar.
Yanıcı madde - gaz . Kalorifik değer=882.6 .
Örnek olarak, yanma ısısının eşit olduğu metan CH4'ün kalorifik değerini hesaplayalım.
· Metanın moleküler ağırlığını kimyasal formülüne (CH 4) göre belirleyelim:
M=1∙12+4∙1=16 g/mol.
· 1 kg metanın kalorifik değerini bulalım:
.
· Normal şartlarda yoğunluğunun ρ=0,717 kg/m3 olduğunu bilerek 1 kg metanın hacmini bulalım:
· 1 m3 metanın kalorifik değerini belirleyelim: Q Herhangi bir yanıcı gazın kalorifik değeri de benzer şekilde belirlenir. Pek çok yaygın madde için yanma ısısı ve kalorifik değerler yüksek doğrulukla ölçülmüştür ve ilgili referans literatüründe verilmiştir. İşte bazı gaz halindeki maddelerin kalorifik değerlerinin bir tablosu (Tablo 5.1). Büyüklük
Bu tabloda MJ/m3 ve kcal/m3 cinsinden verilmiştir, çünkü ısı birimi olarak sıklıkla 1 kcal = 4,1868 kJ kullanılır.
Tablo 5.1
|
Gazlı yakıtların kalorifik değeri |
Madde |
|||||
|
Q |
||||||
Asetilen
Yanıcı madde - sıvı veya katı . Kalorifik değerÖrnek olarak, yanma ısısı olan etil alkol C 2 H 5 OH'nin kalorifik değerini hesaplayalım.
= 1373,3 kJ/mol.
· Etil alkolün molekül ağırlığını kimyasal formülüne (C 2 H 5 OH) göre belirleyelim:
1 kg etil alkolün kalorifik değerini belirleyelim:
Herhangi bir sıvı ve katı yanıcı maddenin kalorifik değeri benzer şekilde belirlenir. Tabloda 5.2 ve 5.3 kalorifik değerleri göstermektedir Q(MJ/kg ve kcal/kg) bazı sıvılar ve katılar için.
Tablo 5.2
Sıvı yakıtların kalorifik değeri
|
Gazlı yakıtların kalorifik değeri |
Metil alkol |
Etanol |
Akaryakıt, yağ |
||||
|
Q |
|||||||
Tablo 5.3
Katı yakıtların kalorifik değeri
|
Gazlı yakıtların kalorifik değeri |
Ağaç taze |
Kuru odun |
Kahverengi kömür |
Kuru turba |
Antrasit, kok |
||
|
Q |
|||||||
Mendeleev'in formülü
Yakıtın kalorifik değeri bilinmiyorsa, D.I. tarafından önerilen ampirik formül kullanılarak hesaplanabilir.
Mendeleev. Bunu yapmak için, yakıtın elementel bileşimini (eşdeğer yakıt formülü), yani içindeki aşağıdaki elementlerin yüzde içeriğini bilmeniz gerekir:
Oksijen (O);
Hidrojen (H);
Karbon (C);
Kükürt (S);
Küller (A);
Su (W).
Yakıt yanma ürünleri her zaman, hem yakıttaki nemin varlığı nedeniyle hem de hidrojenin yanması sırasında oluşan su buharını içerir. Atık yanma ürünleri endüstriyel tesisten çiğlenme noktasının üzerindeki bir sıcaklıkta çıkar. Bu nedenle su buharının yoğunlaşması sırasında açığa çıkan ısı, yararlı bir şekilde kullanılamaz ve ısıl hesaplamalarda dikkate alınmamalıdır. Net kalorifik değer genellikle hesaplama için kullanılır Qn su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer Qn
su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
(MJ/kg) yaklaşık olarak Mendeleev formülüyle belirlenir:
burada yakıt bileşimindeki karşılık gelen elementlerin yüzdesi (ağırlıkça %) parantez içinde gösterilir.
Bu formül, karbon, hidrojen ve kükürtün (artı işaretli) ekzotermik yanma reaksiyonlarının ısısını dikkate alır. Yakıtın içerdiği oksijen kısmen havadaki oksijenin yerini alır, dolayısıyla formül (5.1)'deki karşılık gelen terim eksi işaretiyle alınır. Nem buharlaştığında ısı tüketilir, dolayısıyla W içeren karşılık gelen terim de eksi işaretiyle alınır.
Farklı yakıtların (odun, turba, kömür, petrol) kalorifik değerlerine ilişkin hesaplanan ve deneysel verilerin karşılaştırılması, Mendeleev formülü (5.1) kullanılarak yapılan hesaplamanın% 10'u aşmayan bir hata verdiğini gösterdi. su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer Net kalorifik değer
su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer Kuru yanıcı gazların (MJ/m3) miktarı, tek tek bileşenlerin kalorifik değerlerinin çarpımlarının toplamı ve bunların 1 m3 gazlı yakıt içindeki yüzde içeriği olarak yeterli doğrulukla hesaplanabilir.
karışımdaki karşılık gelen gazların yüzdesi (% hacim) parantez içinde gösterilir.
Doğal gazın kalorifik değeri ortalama 53,6 MJ/m3 civarındadır. Yapay olarak üretilen yanıcı gazlarda metan CH4 içeriği önemsizdir. Ana yanıcı bileşenler hidrojen H2 ve karbon monoksit CO'dur. Örneğin kok fırını gazında H2 içeriği %(55 ÷ 60)'e ulaşır ve bu gazın alt kalorifik değeri 17,6 MJ/m3'e ulaşır. Jeneratör gazı CO ~%30 ve H2~%15 içerirken, jeneratör gazının alt kalorifik değeri su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer= (5,2÷6,5) MJ/m3. Yüksek fırın gazındaki CO ve H2 içeriği daha düşüktür; büyüklük su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer= (4,0÷4,2) MJ/m3.
Mendeleev formülünü kullanarak maddelerin kalorifik değerini hesaplama örneklerine bakalım.
Elementel bileşimi tabloda verilen kömürün kalorifik değerini belirleyelim. 5.4.
Tablo 5.4
Kömürün elementel bileşimi
· Tabloda verilenleri yerine yazalım. Mendeleev formülündeki (5.1) 5.4 verileri (azot N ve kül A, inert maddeler oldukları ve yanma reaksiyonuna katılmadıkları için bu formüle dahil edilmemiştir):
su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.
Yanma sırasında açığa çıkan ısının %5'i ısıtma için harcanıyorsa, 50 litre suyu 10°C'den 100°C'ye ısıtmak için gereken yakacak odun miktarını ve suyun ısı kapasitesini hesaplayalım. İle=1 kcal/(kg∙derece) veya 4,1868 kJ/(kg∙derece). Yakacak odunun elementel bileşimi tabloda verilmiştir. 5.5:
Tablo 5.5
Yakacak odunun elementel bileşimi
|
· Yakacak odunun kalorifik değerini Mendeleev formülünü (5.1) kullanarak bulalım: su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. · 1 kg yakacak odun yakarken suyu ısıtmak için harcanan ısı miktarını belirleyelim (yanma sırasında açığa çıkan ısının (a = 0,05) %5'inin onu ısıtmak için harcandığını dikkate alarak): Q 2 =a su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer=0,05·17,12=0,86 MJ/kg. · 50 litre suyu 10°C'den 100°C'ye ısıtmak için gereken odun miktarını hesaplayalım:
Bu nedenle suyu ısıtmak için yaklaşık 22 kg yakacak odun gerekir. |
kilogram.Birim miktarda yakıtın tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarına kalorifik değer (Q) veya bazen söylendiği gibi kalorifik değer veya yakıtın temel özelliklerinden biri olan kalorifik değer denir.
Gazların kalorifik değeri genellikle 1 olarak adlandırılır. m3, normal şartlarda alınır.
Teknik hesaplamalarda normal koşullar, gazın 0°C sıcaklıkta ve 760°C basınçtaki durumu anlamına gelir. mmHg Sanat. Bu koşullar altında gazın hacmi gösterilir nm 3(normal metreküp).
GOST 2923-45'e göre endüstriyel gaz ölçümleri için 20°C sıcaklık ve 760 Basınç normal koşullar olarak alınır. mmHg Sanat. Bu koşullara atanan gaz hacmi nm 3 arayacağız M 3 (metreküp).
Gazların kalorifik değeri (Q)) olarak ifade edildi kcal/nm e veya içinde kcal/m3.
Sıvılaştırılmış gazlar için kalorifik değer 1 olarak adlandırılır. kilogram.
Daha yüksek (Qc) ve daha düşük (Qn) kalorifik değerler vardır. Brüt kalorifik değer, yakıtın yanması sırasında oluşan su buharının yoğunlaşma ısısını dikkate alır. Daha düşük kalorifik değer, yanma ürünlerinin su buharında bulunan ısıyı hesaba katmaz çünkü su buharı yoğunlaşmaz, ancak yanma ürünleriyle birlikte taşınır.
Q in ve Q n kavramları yalnızca yanması su buharı açığa çıkaran gazları ifade eder (bu kavramlar yanma sırasında su buharı oluşturmayan karbon monoksit için geçerli değildir).
Su buharı yoğunlaştığında 539'a eşit ısı açığa çıkar kcal/kg. Ayrıca yoğuşma suyu 0°C'ye (veya 20°C) soğutulduğunda sırasıyla 100 veya 80 miktarda ısı açığa çıkar. kcal/kg.
Su buharının yoğunlaşması nedeniyle toplamda 600'den fazla ısı açığa çıkar. kcal/kg, bu, gazın yüksek ve düşük kalorifik değeri arasındaki farktır. Kentsel gaz tedariğinde kullanılan çoğu gaz için bu fark %8-10'dur.
Bazı gazların kalorifik değerleri tabloda verilmiştir. 3.
Kentsel gaz temini için şu anda kural olarak kalorifik değeri en az 3500 olan gazlar kullanılmaktadır. kcal/nm3 . Bu, kentsel alanlarda gazın borular aracılığıyla önemli mesafelere sağlanmasıyla açıklanmaktadır. Kalorifik değer düşük olduğunda bol miktarda verilmesi gerekir. Bu, kaçınılmaz olarak gaz boru hatlarının çaplarının artmasına ve bunun sonucunda metal yatırımlarında ve gaz ağlarının inşası için fonlarda artışa ve ardından işletme maliyetlerinde artışa yol açmaktadır. Düşük kalorili gazların önemli bir dezavantajı, çoğu durumda önemli miktarda karbon monoksit içermeleridir; bu, gaz kullanırken ve ayrıca ağlara ve tesislere bakım yaparken tehlikeyi artırır.
Gaz kalorifik değeri 3500'den az kcal/nm3çoğunlukla uzun mesafelerde taşınmasının gerekli olmadığı ve yanmayı organize etmenin daha kolay olduğu endüstride kullanılır. Kentsel gaz tedariği için gazın sabit bir kalorifik değerine sahip olması arzu edilir. Daha önce belirlediğimiz gibi dalgalanmalara %10'dan fazla izin verilmez. Gazın kalorifik değerindeki daha büyük bir değişiklik, yeni ayarlamalar ve bazen çok sayıda standartlaştırılmış ev aleti brülörünün değiştirilmesini gerektirir ve bu da önemli zorluklarla ilişkilidir.
Gaz yakıtı doğal ve yapay olarak ikiye ayrılır ve belirli miktarda su buharı, bazen de toz ve katran içeren yanıcı ve yanıcı olmayan gazların bir karışımıdır. Gaz yakıt miktarı normal koşullar altında (760 mm Hg ve 0 °C) metreküp cinsinden ifade edilir ve bileşimi hacimce yüzde olarak ifade edilir. Yakıtın bileşimi, kuru gazlı kısmının bileşimi olarak anlaşılmaktadır.
Doğal gaz yakıtı
En yaygın gaz yakıtı, yüksek kalorifik değere sahip olan doğal gazdır. Doğal gazın temeli, içeriği% 76,7-98 olan metandır. Diğer gaz halindeki hidrokarbon bileşikleri %0,1 ila %4,5 oranında doğal gaz içerir.
Sıvılaştırılmış gaz, petrol rafinerisinin bir ürünüdür; esas olarak propan ve bütan karışımından oluşur.
Doğal gaz (CNG, NG): metan CH4 %90'dan fazla, etan C2 H5 %4'ten az, propan C3 H8 %1'den az
Sıvılaştırılmış gaz (LPG): propan C3 H8 %65'ten fazla, bütan C4 H10 %35'ten az
Yanıcı gazların bileşimi şunları içerir: hidrojen H2, metan CH4, Diğer hidrokarbon bileşikleri CmHn, hidrojen sülfür H2S ve yanıcı olmayan gazlar, karbondioksit CO2, oksijen O2, nitrojen N2 ve az miktarda su buharı H2O. M Ve N C ve H'de çeşitli hidrokarbonların bileşiklerini, örneğin metan CH4'ü karakterize eder t = 1 ve N= 4, etan C2Nb için t = 2 Ve N= b vb.
Kuru gaz yakıtın bileşimi (hacimce yüzde):
CO + H 2 + 2 C m H n + H2S + C02 + O2 + N2 = %100.
Kuru gaz yakıtının yanıcı olmayan kısmı - balast - nitrojen N ve karbondioksit CO2'den oluşur.
Islak gaz yakıtın bileşimi şu şekilde ifade edilir:
CO + H 2 + Σ C m H n + H2S + C02 + O2 + N2 + H2O = %100.
Normal koşullar altında 1 m3 saf kuru gazın yanma ısısı, kJ/m (kcal/m3) aşağıdaki şekilde belirlenir:
Qns = 0,01,
burada Qso, Q n 2, Q cm n n Q n 2 S. - karışıma dahil edilen tek tek gazların yanma ısısı, kJ/m3 (kcal/m3); CO, H2, Cm H n, H 2 S - gaz karışımını oluşturan bileşenler, hacimce %.
1 m3 kuru doğalgazın normal şartlarda çoğu evsel saha için kalorifik değeri 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3)'tür. Gaz yakıtın özellikleri Tablo 1'de verilmiştir.
Örnek. Aşağıdaki bileşime ait doğal gazın (normal koşullar altında) alt kalorifik değerini belirleyin:
H2S = %1; CH4 = %76,7; C2H6 = %4,5; C3H8 = %1,7; C4H10 = %0,8; C5H12 = %0,6.
Tablo 1'deki gazların özelliklerini formül (26)'ya değiştirerek şunu elde ederiz:
Q ns = 0,01 = 33981 kJ/m3 veya
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.
Tablo 1. Gaz halindeki yakıtın özellikleri
|
Gaz |
Tanım |
Yanma ısısı Soru-Cevap |
|
|
KJ/m3 |
Kcal/m3 |
||
| Hidrojen | N, | 10820 | 2579 |
| Karbon monoksit | CO | 12640 | 3018 |
| Hidrojen sülfür | H2S | 23450 | 5585 |
| Metan | 4. Bölüm | 35850 | 8555 |
| Etan | C 2 H 6 | 63 850 | 15226 |
| Propan | C 3 H 8 | 91300 | 21795 |
| Bütan | C 4 H 10 | 118700 | 22338 |
| Pentan | Ç 5 H 12 | 146200 | 34890 |
| Etilen | C 2 H 4 | 59200 | 14107 |
| propilen | C3H6 | 85980 | 20541 |
| butilen | C 4 H 8 | 113 400 | 27111 |
| Benzen | C 6 H 6 | 140400 | 33528 |
DE tipi kazanlar 1 ton buhar üretmek için 71 ila 75 m3 arasında doğalgaz tüketmektedir. Eylül 2008 itibarıyla Rusya'da gazın maliyeti. metreküp başına 2,44 ruble. Bu nedenle bir ton buhar 71 × 2,44 = 173 ruble 24 kopek'e mal olacak. Fabrikalarda bir ton buharın gerçek maliyeti, DE kazanları için ton buhar başına en az 189 rubledir.
DKVR tipi kazanlar 1 ton buhar üretmek için 103 ila 118 m3 doğalgaz tüketmektedir. Bu kazanlar için bir ton buharın minimum tahmini maliyeti 103 × 2,44 = 251 ruble 32 kopektir. Fabrikalarda buharın gerçek maliyeti ton başına 290 rubleden az değil.
DE-25 buhar kazanının maksimum doğalgaz tüketimi nasıl hesaplanır? Bu kazanın teknik özellikleridir. Saatte 1840 küp. Ama aynı zamanda hesaplayabilirsiniz. 25 ton (25 bin kg), buhar ve su entalpileri arasındaki farkla (666,9-105) çarpılmalı ve tüm bunlar% 92,8 kazan verimliliğine ve gazın yanma ısısına bölünmelidir. 8300. ve bu kadar
Yapay gaz yakıtı
Yapay yanıcı gazlar, önemli ölçüde daha düşük kalorifik değere sahip oldukları için yerel öneme sahip bir yakıttır. Ana yanıcı elementleri karbon monoksit CO ve hidrojen H2'dir. Bu gazlar, teknolojik ve enerji santrallerinde yakıt olarak elde edildiği üretimde kullanılmaktadır.
Tüm doğal ve yapay yanıcı gazlar patlayıcıdır ve açık alev veya kıvılcımla tutuşabilir. Gazın alt ve üst patlama limitleri vardır; havadaki en yüksek ve en düşük yüzde konsantrasyonu. Doğal gazların alt patlama sınırı %3 ile %6 arasında, üst sınırı ise %12 ile %16 arasında değişmektedir. Tüm yanıcı gazlar insan vücudunda zehirlenmelere neden olabilir. Yanıcı gazların ana toksik maddeleri şunlardır: karbon monoksit CO, hidrojen sülfür H2S, amonyak NH3.
Doğal yanıcı gazlar ve yapay olanlar renksiz (görünmez) ve kokusuzdur, bu da gaz boru hattı bağlantılarındaki sızıntılardan kazan dairesinin içine girmeleri durumunda onları tehlikeli kılar. Zehirlenmeyi önlemek için, yanıcı gazlar, hoş olmayan bir kokuya sahip bir madde olan bir koku maddesi ile muamele edilmelidir.
Katı yakıtın gazlaştırılmasıyla endüstride karbon monoksit CO üretimi
Endüstriyel amaçlar için karbon monoksit, katı yakıtın gazlaştırılmasıyla, yani gaz yakıta dönüştürülmesiyle elde edilir. Bu şekilde herhangi bir katı yakıttan (fosil kömür, turba, yakacak odun vb.) karbon monoksit elde edebilirsiniz.
Katı yakıtın gazlaştırılması işlemi bir laboratuvar deneyinde gösterilmektedir (Şekil 1).
Refrakter tüpü kömür parçalarıyla doldurduktan sonra kuvvetlice ısıtıyoruz ve gazometreden oksijenin geçmesine izin veriyoruz. Tüpten çıkan gazları kireçli suyla yıkayıcıdan geçirip ateşe verelim. Kireç suyu bulanıklaşır ve gaz mavimsi bir alevle yanar. Bu, reaksiyon ürünlerinde CO2 dioksit ve karbon monoksit CO'nun varlığını gösterir. Bu maddelerin oluşumu, oksijenin sıcak kömürle temasa geçtiğinde, ikincisinin önce karbondioksite oksitlenmesiyle açıklanabilir:
C + O2 = C02 Daha sonra sıcak kömürden geçerek karbondioksit kısmen karbon monoksite indirgenir:
C02 + C = 2CO
Pirinç. 1. Karbon monoksit üretimi (laboratuvar deneyi).
Endüstriyel şartlarda katı yakıtın gazlaştırılması, gaz jeneratörü adı verilen fırınlarda gerçekleştirilir.
Ortaya çıkan gaz karışımına jeneratör gazı denir. M Gaz jeneratörü cihazı şekilde gösterilmiştir. Yaklaşık 5 yüksekliğinde çelik bir silindirdir. ve çapı yaklaşık 3,5 M,
Havadaki oksijen, yakıttaki karbonla reaksiyona girerek karbondioksit oluşturur ve bu, sıcak yakıt tabakasından geçerek karbon tarafından karbon monoksite indirgenir.
Jeneratöre yalnızca hava üflenirse, sonuçta karbon monoksit ve hava nitrojeni (aynı zamanda belirli miktarda CO2 ve diğer yabancı maddeler) içeren bir gaz elde edilir. Bu jeneratör gazına hava gazı denir.
Sıcak kömürlü bir jeneratöre su buharı üflenirse reaksiyon, karbon monoksit ve hidrojen oluşumuyla sonuçlanır: C + H2O = CO + H2
Bu gaz karışımına su gazı denir. Su gazının kalorifik değeri hava gazından daha yüksektir, çünkü bileşimi karbon monoksitle birlikte ikinci bir yanıcı gaz olan hidrojeni de içerir.
Yakıtların gazlaştırılması ürünlerinden biri olan su gazı (sentez gazı). Su gazı esas olarak CO (%40) ve H2 (%50)'den oluşur.
Su gazı bir yakıttır (yanma ısısı 10.500 kJ/m3 veya 2730 kcal/mg) ve aynı zamanda metil alkol sentezi için bir hammaddedir. Ancak su gazı uzun süre üretilemez çünkü oluşumunun reaksiyonu endotermiktir (ısı emilimiyle) ve bu nedenle jeneratördeki yakıt soğur. Kömürü sıcak tutmak için, jeneratöre su buharının enjeksiyonu, oksijenin yakıtla reaksiyona girerek ısıyı açığa çıkardığı bilinen havanın enjeksiyonu ile dönüşümlü olarak gerçekleştirilir.
Son zamanlarda yakıtın gazlaştırılmasında buhar-oksijen patlaması yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Su buharının ve oksijenin yakıt katmanından eş zamanlı olarak üflenmesi, sürecin sürekli çalışmasına olanak tanır, jeneratörün üretkenliğini önemli ölçüde artırır ve yüksek miktarda hidrojen ve karbon monoksit içeren gaz üretir.
Külün gaz jeneratöründen çıkarılması mekanizedir. Koni şeklindeki ızgara, bir elektrik motoru tarafından yavaşça döndürülür. Bu durumda kül, jeneratörün duvarlarına doğru kaydırılır ve özel cihazlar kullanılarak periyodik olarak çıkarıldığı kül kutusuna boşaltılır.
İlk gaz lambaları 1819'da St. Petersburg'da Aptekarsky Adası'nda yakıldı. Kullanılan gaz kömürün gazlaştırılmasıyla elde edildi. Buna aydınlatıcı gaz deniyordu.
Büyük Rus bilim adamı D.I. Mendeleev (1834-1907), kömürün gazlaştırılmasının dışarı çıkarılmadan doğrudan yeraltında yapılabileceği fikrini ilk kez dile getirdi. Çarlık hükümeti Mendeleev'in bu teklifini beğenmedi.
Yeraltı gazlaştırma fikri V.I. tarafından sıcak bir şekilde desteklendi. Bunu "teknolojinin en büyük zaferlerinden biri" olarak nitelendirdi. Yeraltında gazlaştırma ilk kez Sovyet devleti tarafından gerçekleştirildi. Büyük Vatanseverlik Savaşı'ndan önce, Sovyetler Birliği'ndeki Donetsk ve Moskova Bölgesi kömür havzalarında yer altı jeneratörleri çalışıyordu.
Yeraltı gazlaştırma yöntemlerinden biri hakkında bir fikir Şekil 3'te verilmiştir. Kömür damarına, aşağıya bir kanalla bağlanan iki kuyu açılmıştır. Kuyulardan birinin yakınındaki böyle bir kanalda kömür ateşlenir ve oraya patlama sağlanır. Kanal boyunca hareket eden yanma ürünleri sıcak kömürle etkileşime girerek geleneksel bir jeneratörde olduğu gibi yanıcı gaz oluşumuna neden olur. Gaz ikinci kuyudan yüzeye çıkıyor.
Üretici gaz, endüstriyel fırınların (metalurji, kok fırınları) ısıtılmasında ve arabalarda yakıt olarak yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 4).
Pirinç. 3. Kömürün yer altı gazlaştırma şeması.
Su gazındaki hidrojen ve karbon monoksitten sıvı yakıt gibi bir takım organik ürünler sentezlenir. Sentetik sıvı yakıt, karbon monoksit ve hidrojenden 150-170 santigrat derecede ve 0,7 - 20 MN/m2 (200 kgf/cm2) basınçta, bir katalizör (nikel, demir, kobalt). Sentetik sıvı yakıtın ilk üretimi, 2. Dünya Savaşı sırasında petrol kıtlığı nedeniyle Almanya'da düzenlendi. Sentetik sıvı yakıt, yüksek maliyeti nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır. Hidrojen üretmek için su gazı kullanılır. Bunun için su buharıyla karıştırılan su gazı bir katalizör eşliğinde ısıtılır ve bunun sonucunda su gazında halihazırda bulunan hidrojene ek olarak hidrojen elde edilir: CO + H2O = CO2 + H2
Organik kökenli maddeler, yandığında belirli miktarda termal enerji açığa çıkaran yakıtları içerir. Isı üretimi, yüksek verimlilik ve özellikle insan sağlığına ve çevreye zararlı maddeler olmak üzere yan etkilerin bulunmaması ile karakterize edilmelidir.
Şömineye yükleme kolaylığı için ahşap malzeme 30 cm uzunluğa kadar tek tek elemanlar halinde kesilir. Kullanım verimliliğini artırmak için yakacak odun mümkün olduğunca kuru olmalı ve yanma süreci nispeten yavaş olmalıdır. Birçok bakımdan meşe ve huş ağacı, ela ve dişbudak ve alıç gibi sert ağaçlardan elde edilen ahşaplar tesislerin ısıtılması için uygundur. Yüksek reçine içeriği, artan yanma hızı ve düşük kalorifik değeri nedeniyle iğne yapraklı ağaçlar bu konuda önemli ölçüde yetersizdir.
Isıl değerin değerinin ahşabın yoğunluğundan etkilendiği anlaşılmalıdır.
Tortul kayalardan elde edilen bitki kökenli doğal bir malzemedir.
Bu tür katı yakıt karbon ve diğer kimyasal elementleri içerir. Malzemenin yaşına bağlı olarak türlere ayrılması vardır. Kahverengi kömür en genç tür olarak kabul edilir, bunu taşkömürü takip eder ve antrasit diğer tüm türlerden daha yaşlıdır. Yanıcı bir maddenin yaşı aynı zamanda genç malzemede daha fazla bulunan nem içeriğini de belirler.
Kömürün yanması sırasında çevre kirliliği meydana gelir ve kazan ızgaralarında cüruf oluşur ve bu da normal yanmaya bir dereceye kadar engel oluşturur. Malzemede kükürt bulunması da atmosfer için olumsuz bir faktördür, çünkü hava boşluğunda bu element sülfürik asite dönüştürülür.
Ancak tüketicilerin sağlıklarından endişe etmemesi gerekiyor. Özel müşterilerle ilgilenen bu malzemenin üreticileri, içindeki kükürt içeriğini azaltmaya çalışıyor. Kömürün ısıl değeri aynı tür içerisinde dahi farklılık gösterebilmektedir. Fark, alt türün özelliklerine, mineral içeriğine ve üretim coğrafyasına bağlıdır. Katı yakıt olarak sadece saf kömür değil aynı zamanda briketler halinde preslenmiş düşük zenginleştirilmiş kömür cürufu da bulunur.
Peletler (yakıt granülleri) endüstriyel olarak odun ve bitki atıklarından üretilen katı yakıtlardır: talaş, ağaç kabuğu, karton, saman.
Toz haline getirilen hammadde kurutulur ve belirli bir şekle sahip granüller halinde çıktığı bir granülatöre dökülür. Kütleye viskozite eklemek için bir bitki polimeri olan lignin kullanılır. Üretim sürecinin karmaşıklığı ve yüksek talep, peletlerin maliyetini belirler. Malzeme özel donanımlı kazanlarda kullanılır.
Yakıt türleri, işlendikleri malzemeye bağlı olarak belirlenir:
- her türden ağacın yuvarlak kerestesi;
- pipet;
- turba;
- ayçiçeği kabuğu.
Yakıt peletlerinin sahip olduğu avantajlar arasında aşağıdaki niteliklere dikkat etmek önemlidir:
- çevre dostu;
- deforme olmama ve mantarlara karşı direnç;
- açık havada bile kolay saklama;
- yanmanın tekdüzeliği ve süresi;
- nispeten düşük maliyet;
- Çeşitli ısıtma cihazları için kullanım imkanı;
- özel donanımlı bir kazana otomatik yükleme için uygun granül boyutu.
Briketler
Briketler birçok yönden peletlere benzeyen katı yakıtlardır. Üretimleri için aynı malzemeler kullanılır: talaş, talaş, turba, kabuk ve saman. Üretim sürecinde ham maddeler ezilir ve sıkıştırılarak briket haline getirilir. Bu malzeme aynı zamanda çevre dostu bir yakıttır. Açık havada bile saklanması uygundur. Bu yakıtın düzgün, düzgün ve yavaş yanması hem şöminelerde, sobalarda hem de kalorifer kazanlarında gözlemlenebilir.
Yukarıda tartışılan çevre dostu katı yakıt türleri, ısı üretimi için iyi bir alternatiftir. Yakıldığında çevre üzerinde olumsuz etkiye sahip olan ve ayrıca yenilenemeyen fosil termal enerji kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, alternatif yakıtlar belirgin avantajlara ve nispeten düşük bir maliyete sahiptir ve bu, belirli tüketici kategorileri için önemlidir.
Aynı zamanda bu tür yakıtların yangın tehlikesi de çok daha yüksektir. Bu nedenle bunların depolanması ve duvarlarda yangına dayanıklı malzeme kullanılması konusunda bazı güvenlik tedbirlerinin alınması gerekmektedir.
Sıvı ve gaz yakıtlar
Sıvı ve gaz halindeki yanıcı maddelerde ise durum şu şekildedir.