5.BALANCE TÉRMICO DE COMBUSTIÓN
Consideremos métodos para calcular el balance de calor del proceso de combustión de gases, líquidos y combustibles sólidos... El cálculo se reduce a resolver los siguientes problemas.
· Determinación del calor de combustión (poder calorífico) del combustible.
· Determinación de la temperatura de combustión teórica.
5.1. CALOR DE COMBUSTIÓN
Las reacciones químicas van acompañadas de la liberación o absorción de calor. Cuando se libera calor, la reacción se denomina exotérmica y, cuando se absorbe, se denomina endotérmica. Todas las reacciones de combustión son exotérmicas y los productos de combustión son exotérmicos.
Liberado (o absorbido) al fluir reacción química el calor se llama calor de reacción. En reacciones exotérmicas es positivo, en reacciones endotérmicas es negativo. La reacción de combustión siempre va acompañada de la liberación de calor. Por el calor de la combustión Q g(J / mol) es la cantidad de calor que se libera durante la combustión completa de un mol de una sustancia y la conversión de una sustancia combustible en productos de combustión completa. El mol es la unidad básica del SI de la cantidad de materia. Un mol es la cantidad de una sustancia en la que hay tantas partículas (átomos, moléculas, etc.) como átomos hay en 12 g del isótopo de carbono 12. La masa de una cantidad de una sustancia igual a 1 mol (masa molecular o molar) coincide numéricamente con el peso molecular relativo de esta sustancia.
Por ejemplo, el peso molecular relativo del oxígeno (O 2) es 32, dióxido de carbono(CO 2) es 44, y los pesos moleculares correspondientes serán M = 32 g / mol y M = 44 g / mol. Por tanto, un mol de oxígeno contiene 32 gramos de esta sustancia y un mol de CO 2 contiene 44 gramos de dióxido de carbono.
En los cálculos técnicos, a menudo no se utiliza el calor de combustión. Q g, y el poder calorífico del combustible Q(J / kg o J / m 3). El poder calorífico de una sustancia es la cantidad de calor que se libera durante la combustión completa de 1 kg o 1 m 3 de una sustancia. Para sustancias líquidas y sólidas, el cálculo se realiza por 1 kg, y para sustancias gaseosas, por 1 m 3.
El conocimiento del calor de combustión y el poder calorífico del combustible es necesario para calcular la temperatura de combustión o explosión, la presión durante la explosión, la velocidad de propagación de la llama y otras características. Valor calorífico el combustible se determina experimentalmente o mediante cálculo. En la determinación experimental del poder calorífico se quema una determinada masa de combustible sólido o líquido en una bomba calorimétrica y, en el caso de combustible gaseoso, en un calorímetro de gas. Con la ayuda de estos dispositivos, se mide el calor total Q 0, liberado durante la combustión de una muestra de combustible con una masa metro... Valor calorífico Q g se encuentra por la fórmula
La relación entre el calor de combustión y
poder calorífico del combustible
Para establecer una relación entre el calor de combustión y el poder calorífico de una sustancia, es necesario anotar la ecuación de la reacción química de combustión.
El producto de la combustión completa del carbono es el dióxido de carbono:
C + O 2 → CO 2.
El producto de la combustión completa de hidrógeno es agua:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O.
El producto de la combustión completa de azufre es dióxido de azufre:
S + O 2 → SO 2.
Al mismo tiempo, el nitrógeno, los halógenos y otros elementos no combustibles se liberan en forma libre.
Sustancia combustible - gas
Como ejemplo, calculemos el poder calorífico del metano CH 4, para el cual el calor de combustión es Q g=882.6 .
· Definir peso molecular metano de acuerdo con su fórmula química (CH 4):
M = 1 ∙ 12 + 4 ∙ 1 = 16 g / mol.
Determinemos el poder calorífico de 1 kg de metano:
Encontremos el volumen de 1 kg de metano, conociendo su densidad ρ = 0,717 kg / m 3 en condiciones normales:
.
· Determinemos el poder calorífico de 1 m 3 de metano:
El poder calorífico de cualquier gas combustible se determina de manera similar. Para muchas sustancias comunes, los valores caloríficos y los valores caloríficos se han medido con alta precisión y se enumeran en la literatura de referencia relevante. A continuación se muestra una tabla del valor calorífico de algunos sustancias gaseosas(Tabla 5.1). La magnitud Q en esta tabla se da en MJ / m 3 y en kcal / m 3, ya que a menudo se utiliza 1 kcal = 4,1868 kJ como unidad de calor.
Cuadro 5.1
Valor calorífico de los combustibles gaseosos
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Sustancia |
Acetileno |
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Q |
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Sustancia inflamable - líquida o sólido
Como ejemplo, calculemos el poder calorífico del alcohol etílico C 2 H 5 OH, para el cual el calor de combustión es Q g= 1373,3 kJ / mol.
Determinamos el peso molecular del alcohol etílico de acuerdo con su fórmula química (C 2 H 5 OH):
M = 2 ∙ 12 + 5 ∙ 1 + 1 ∙ 16 + 1 ∙ 1 = 46 g / mol.
Determine el poder calorífico de 1 kg de alcohol etílico:
El poder calorífico de cualquier combustible líquido y sólido se determina de manera similar. Mesa 5.2 y 5.3 muestran el poder calorífico Q(MJ / kg y kcal / kg) para algunas sustancias líquidas y sólidas.
Cuadro 5.2
Valor calorífico de los combustibles líquidos
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Sustancia |
Alcohol metílico |
Aceite combustible, aceite |
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Q |
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Cuadro 5.3
Valor calorífico de los combustibles sólidos
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Sustancia |
El arbol esta fresco |
Madera seca |
carbón marron |
Turba seca |
Antracita, coque |
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Q |
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Fórmula de Mendeleev
Si se desconoce el poder calorífico del combustible, entonces se puede calcular utilizando la fórmula empírica propuesta por D.I. Mendeleev. Para hacer esto, necesita conocer la composición elemental del combustible (fórmula de combustible equivalente), es decir, el porcentaje de los siguientes elementos en él:
Oxígeno (O);
Hidrógeno (H);
Carbono (C);
Azufre (S);
Ceniza (A);
Agua (W).
Los productos de combustión de los combustibles siempre contienen vapor de agua, formado tanto por la presencia de humedad en el combustible como durante la combustión del hidrógeno. Los productos de desecho de la combustión salen de la planta industrial a temperaturas superiores al punto de rocío. Por lo tanto, el calor que se libera durante la condensación del vapor de agua no puede utilizarse de manera útil y no debe tenerse en cuenta en los cálculos térmicos.
El valor calorífico neto se utiliza normalmente para el cálculo. Q n combustible, que tiene en cuenta las pérdidas de calor con vapor de agua. Para combustibles sólidos y líquidos, el valor Q n(MJ / kg) se determina aproximadamente por la fórmula de Mendeleev:
Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
donde el porcentaje (% en peso) del contenido de los elementos correspondientes en la composición del combustible se indica entre paréntesis.
Esta fórmula tiene en cuenta el calor de las reacciones exotérmicas de combustión de carbono, hidrógeno y azufre (con un signo más). El oxígeno, que es parte del combustible, reemplaza parcialmente al oxígeno del aire, por lo que el término correspondiente en la fórmula (5.1) se toma con un signo menos. Cuando la humedad se evapora, se consume calor, por lo que el término correspondiente que contiene W también se toma con un signo menos.
La comparación de los datos calculados y experimentales sobre el poder calorífico de diferentes combustibles (madera, turba, carbón, aceite) mostró que el cálculo según la fórmula de Mendeleev (5.1) arroja un error que no excede el 10%.
Valor calorífico neto Q n(MJ / m 3) los gases combustibles secos con suficiente precisión se pueden calcular como la suma de los productos del poder calorífico de los componentes individuales y su porcentaje en 1 m 3 de combustible gaseoso.
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)
donde el porcentaje (% en volumen) del contenido de los gases correspondientes en la mezcla se indica entre paréntesis.
El valor calorífico medio del gas natural es de aproximadamente 53,6 MJ / m 3. En gases combustibles producidos artificialmente, el contenido de metano CH 4 es insignificante. Los principales componentes combustibles son el hidrógeno H 2 y el monóxido de carbono CO. En el gas de horno de coque, por ejemplo, el contenido de H2 alcanza el (55 ÷ 60)% y el poder calorífico neto de dicho gas alcanza los 17,6 MJ / m 3. En el gas generador, el contenido de CO es ~ 30% y H2 es ~ 15%, mientras que el valor calorífico inferior del gas generador es Q n= (5,2 ÷ 6,5) MJ / m 3. En el gas de alto horno, el contenido de CO y H 2 es menor; magnitud Q n= (4.0 ÷ 4.2) MJ / m 3.
Consideremos ejemplos de cálculo del valor calorífico de sustancias según la fórmula de Mendeleev.
Determinamos el valor calorífico del carbón, cuya composición elemental se da en la tabla. 5.4.
Cuadro 5.4
Composición elemental carbón
· Sustituir dado en tabla. 5.4 datos en la fórmula de Mendeleev (5.1) (el nitrógeno N y la ceniza A no están incluidos en esta fórmula, ya que son sustancias inertes y no participan en la reacción de combustión):
Q n= 0.339 ∙ 37.2 + 1.025 ∙ 2.6 + 0.1085 ∙ 0.6–0.1085 ∙ 12–0.025 ∙ 40 = 13.04 MJ / kg.
Determine la cantidad de leña necesaria para calentar 50 litros de agua de 10 ° C a 100 ° C, si la calefacción consume el 5% del calor liberado durante la combustión y la capacidad calorífica del agua. con= 1 kcal / (kg ∙ deg) o 4.1868 kJ / (kg ∙ deg). La composición elemental de la leña se da en la tabla. 5.5:
Cuadro 5.5
Composición elemental de leña
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Encontremos el poder calorífico de la leña según la fórmula de Mendeleev (5.1): Q n= 0.339 ∙ 43 + 1.025 ∙ 7–0.1085 ∙ 41–0.025 ∙ 7 = 17.12 MJ / kg. Determine la cantidad de calor gastado en calentar agua al quemar 1 kg de leña (teniendo en cuenta que se necesita el 5% del calor (a = 0.05) liberado durante la combustión para calentarlo): Q 2 = a Q n= 0,05 17,12 = 0,86 MJ / kg. Determine la cantidad de leña necesaria para calentar 50 litros de agua de 10 ° C a 100 ° C:
Por tanto, se necesitan unos 22 kg de madera para calentar el agua. |
kg.¿Qué es el combustible?
Es un componente o una mezcla de sustancias que son capaces de transformaciones químicas asociadas con la liberación de calor. Diferentes tipos Los combustibles se distinguen por el contenido cuantitativo de un oxidante en ellos, que se utiliza para liberar energía térmica.
V sentido amplio el combustible es un portador de energía, es decir, un tipo potencial de energía potencial.
Clasificación
En la actualidad, los tipos de combustible se subdividen según su estado de agregación en líquido, sólido y gaseoso.
A sólido especies naturales Incluyen piedra y leña, antracita. Las briquetas, el coque y la termoantracita son tipos de combustibles sólidos artificiales.
Las sustancias que contienen sustancias de origen orgánico se clasifican como líquidos. Sus principales componentes son: oxígeno, carbono, nitrógeno, hidrógeno, azufre. El combustible líquido artificial será una variedad de resinas, fueloil.
Es una mezcla de varios gases: etileno, metano, propano, butano. Además de ellos, el combustible gaseoso contiene dióxido de carbono y monóxido de carbono s, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, vapor de agua, oxígeno.
Indicadores de combustible
El principal indicador de combustión. La fórmula para determinar el poder calorífico se considera en termoquímica. asignar " combustible equivalente", Lo que significa el poder calorífico de 1 kilogramo de antracita.
El aceite de calefacción doméstica está destinado a la combustión en dispositivos de calefacción de baja potencia que se encuentran en locales residenciales, generadores de calor utilizados en agricultura para secar alimentos, enlatar.
El calor específico de combustión del combustible es un valor que demuestra la cantidad de calor que se forma durante la combustión completa del combustible con un volumen de 1 m 3 o una masa de un kilogramo.
Para medir este valor, use J / kg, J / m 3, calorías / m 3. La calorimetría se utiliza para determinar el poder calorífico.
Al aumentar calor especifico combustión de combustible, el consumo específico de combustible disminuye y el coeficiente acción útil permanece sin cambios.
El calor de combustión de sustancias es la cantidad de energía liberada durante la oxidación de una sustancia sólida, líquida y gaseosa.
Está determinado por la composición química, así como por el estado de agregación de la sustancia combustible.
Características de los productos de combustión.
El calor de combustión más alto y más bajo está asociado con el estado de agregación del agua en las sustancias obtenidas después de la combustión del combustible.
El valor calorífico más alto es la cantidad de calor liberada durante la combustión completa de una sustancia. Este valor también incluye el calor de condensación del vapor de agua.
El calor de combustión de trabajo más bajo es el valor que corresponde a la liberación de calor durante la combustión sin tener en cuenta el calor de condensación del vapor de agua.
El calor latente de condensación es el valor de la energía de condensación del vapor de agua.
Relación matemática
Los valores caloríficos más altos y más bajos están relacionados por la siguiente relación:
Q B = Q H + k (W + 9H)
donde W es la cantidad en peso (en%) de agua en una sustancia combustible;
H es la cantidad de hidrógeno (% en masa) en la sustancia combustible;
k es un factor de 6 kcal / kg
Métodos de cálculo
El calor de combustión más alto y más bajo se determina mediante dos métodos principales: calculado y experimental.
Los calorímetros se utilizan para realizar cálculos experimentales. Primero, se quema una muestra de combustible. El calor que se liberará en este caso es absorbido completamente por el agua. Teniendo una idea de la masa de agua, es posible determinar por el cambio en su temperatura, el valor de su calor de combustión.
Esta técnica se considera simple y efectiva, solo asume la posesión de información sobre los datos de análisis técnico.
En el método de cálculo, el calor de combustión más alto y más bajo se calcula utilizando la fórmula de Mendeleev.
Q p H = 339C p + 1030H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)
Tiene en cuenta el contenido de carbono, oxígeno, hidrógeno, vapor de agua, azufre en la composición de trabajo (en porcentaje). La cantidad de calor durante la combustión se determina teniendo en cuenta el combustible de referencia.
El calor de combustión del gas permite realizar cálculos preliminares, para revelar la eficiencia de utilizar un determinado tipo de combustible.
Características de origen
Para comprender cuánto calor se libera durante la combustión de un determinado combustible, es necesario tener una idea de su origen.
Hay en la naturaleza diferentes variantes combustibles sólidos, que difieren en composición y propiedades.
Su formación se lleva a cabo a través de varias etapas. Primero, se forma turba, luego se obtiene carbón marrón y bituminoso, luego se forma antracita. Las principales fuentes de formación de combustibles sólidos son las hojas, la madera y las agujas de pino. Al morir, partes de las plantas cuando se exponen al aire son destruidas por hongos y forman turba. Su acumulación se convierte en una masa marrón, luego se obtiene gas marrón.
A alta presión y temperatura, el gas marrón se convierte en carbón, luego el combustible se acumula en forma de antracita.
Además de la materia orgánica, hay un lastre adicional en el combustible. Se considera parte orgánica la formada a partir de sustancias orgánicas: hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno. Además de estos elementos químicos, contiene lastre: humedad, cenizas.
La tecnología del horno supone la liberación de masa de trabajo, seca y combustible de combustible quemado. La masa de trabajo se denomina combustible en su forma original, suministrada al consumidor. La masa seca es una composición en la que no hay agua.
Composición
Los componentes más valiosos son el carbono y el hidrógeno.
Estos elementos se encuentran en cualquier tipo de combustible. En la turba y la madera, el porcentaje de carbono alcanza el 58 por ciento, en el carbón bituminoso y pardo, el 80 por ciento, y en la antracita alcanza el 95 por ciento en peso. Dependiendo de este indicador, cambia la cantidad de calor liberado durante la combustión del combustible. El hidrógeno es el segundo elemento más importante de cualquier combustible. Al unirse con el oxígeno, forma humedad, lo que reduce significativamente el valor térmico de cualquier combustible.
Su porcentaje oscila entre 3,8 en esquisto bituminoso y 11 en fueloil. El oxígeno, que forma parte del combustible, actúa como lastre.
No genera calor elemento químico, por tanto, afecta negativamente el valor del calor de combustión. Combustión de nitrógeno contenido en forma encuadernada en los productos de combustión, se considera impureza nociva, por lo que su cantidad es claramente limitada.
El azufre se incluye en el combustible en forma de sulfatos, sulfuros y también como gases sulfurosos. Cuando se hidratan, los óxidos de azufre forman ácido sulfúrico, que destruye equipo de caldera, afecta negativamente a la vegetación y los organismos vivos.
Es por eso que el azufre es ese elemento químico, cuya presencia en combustible natural es muy indeseable. Si entra en la sala de trabajo, los compuestos de azufre provocan un envenenamiento importante del personal de mantenimiento.
Existen tres tipos de cenizas, según su origen:
- primario;
- secundario;
- terciario.
La especie primaria se forma a partir de minerales que se encuentran en las plantas. La ceniza secundaria se forma como resultado de la entrada de residuos vegetales por arena y tierra durante la formación.
Las cenizas terciarias se incluyen en la composición del combustible durante la extracción, el almacenamiento y el transporte. Con una deposición significativa de cenizas, hay una disminución en la transferencia de calor en la superficie de calentamiento de la unidad de caldera, lo que reduce la cantidad de transferencia de calor al agua desde los gases. Gran cantidad La ceniza afecta negativamente el funcionamiento de la caldera.
Finalmente
Un efecto significativo en el proceso de combustión de cualquier tipo de combustible es ejercido por volátiles... Cuanto mayor sea su salida, mayor será el volumen del frente de llama. Por ejemplo, el carbón, la turba, se encienden fácilmente, el proceso se acompaña de pérdidas de calor insignificantes. El coque, que queda después de la eliminación de las impurezas volátiles, contiene solo compuestos minerales y de carbono. Dependiendo de las características del combustible, la cantidad de calor varía significativamente.
Dependiendo de composición química hay tres etapas de formación de combustible sólido: turba, lignito, carbón.
La madera natural se utiliza en pequeñas plantas de calderas. Utilizan principalmente astillas, aserrín, losas, corteza, la leña en sí se usa en pequeñas cantidades. Dependiendo del tipo de madera, la cantidad de calor liberada varía significativamente.
A medida que disminuye el calor de combustión, la leña adquiere ciertas ventajas: inflamabilidad rápida, contenido mínimo de cenizas y ausencia de trazas de azufre.
La información confiable sobre la composición de combustibles naturales o sintéticos, su poder calorífico, es una excelente manera de realizar cálculos termoquímicos.
Actualmente, existe una oportunidad real para identificar las principales opciones de combustibles sólidos, gaseosos y líquidos, que se convertirán en las más efectivas y económicas de usar en una situación particular.
Todos los días, encendiendo el quemador de la estufa, pocas personas piensan en cuánto tiempo hace que comenzaron a extraer gas. En nuestro país, su desarrollo se inició en el siglo XX. Antes de eso, simplemente lo encontraron mientras extraía productos derivados del petróleo. El poder calorífico del gas natural es tan grande que hoy en día esta materia prima es simplemente insustituible y sus análogos de alta calidad aún no se han desarrollado.
La tabla de valor calorífico te ayudará a elegir el combustible para calentar tu hogar.
Característica de combustible fósil
El gas natural es un combustible fósil importante que ocupa una posición de liderazgo en los balances de combustible y energía de muchos países. Para abastecer de combustible a la ciudad y todo tipo de empresas tecnicas consumen una variedad de gas combustible, ya que el gas natural se considera peligroso.
Los ecologistas creen que el gas es el combustible más limpio, libera mucho menos cuando se quema. sustancias venenosas que la leña, el carbón, el petróleo. Este combustible es usado por las personas todos los días y contiene un aditivo como el odorante, se agrega en las instalaciones equipadas en una proporción de 16 miligramos por cada 1,000 metros cúbicos de gas.
Un componente importante de la sustancia es el metano (aproximadamente 88-96%), el resto son otras sustancias químicas:
- butano;
- sulfuro de hidrógeno;
- propano;
- nitrógeno;
- oxígeno.
En este video, veremos el papel del carbón:
La cantidad de metano en el combustible natural depende directamente de su campo.
El tipo de combustible descrito consta de componentes de hidrocarburos y no hidrocarburos. Los combustibles fósiles naturales son principalmente metano, que incluye butano y propano. Además de los componentes de hidrocarburos, el combustible fósil descrito contiene nitrógeno, azufre, helio y argón. Y también hay vapores líquidos, pero solo en los campos de gas y petróleo.
Tipos de depósitos
Se nota la presencia de varios tipos de depósitos de gas. Se dividen en los siguientes tipos:
- gas;
- petróleo.
Su contraste es el contenido de hidrocarburos. Los depósitos de gas contienen alrededor del 85-90% de la sustancia presentada, los campos petroleros no contienen más del 50%. El resto del porcentaje lo ocupan sustancias como butano, propano y aceite.
Se considera que una gran desventaja del origen del aceite es el lavado de diferentes tipos aditivos. El azufre se utiliza como impureza en empresas técnicas.
Consumo de gas natural
El butano se consume como combustible en las estaciones de servicio para automóviles, y materia orgánica, llamado "propano", se utiliza para repostar encendedores. El acetileno es altamente inflamable y se usa para soldar y cortar metal.
Los combustibles fósiles se utilizan en la vida cotidiana:
- columnas;
- estufa de gas;
Este tipo de combustible se considera el más presupuestario e inofensivo, el único inconveniente es la emisión de dióxido de carbono cuando se quema a la atmósfera. Los científicos de todo el planeta buscan un sustituto de la energía térmica.
Valor calorífico
El poder calorífico del gas natural es la cantidad de calor que se genera cuando una unidad de combustible se quema lo suficiente. La cantidad de calor liberado durante la combustión se refiere a un metro cúbico tomado en condiciones naturales.
La capacidad térmica del gas natural se mide en los siguientes términos:
- kcal / nm 3;
- kcal / m 3.
Hay un poder calorífico alto y bajo:
- Elevado. Considera el calor del vapor de agua generado durante la combustión del combustible.
- Bajo. No tiene en cuenta el calor contenido en el vapor de agua, ya que dichos vapores no se condensan, sino que salen con los productos de combustión. Debido a la acumulación de vapor de agua, forma una cantidad de calor igual a 540 kcal / kg. Además, cuando el condensado se enfría, el calor sale de 80 a cien kcal / kg. En general, debido a la acumulación de vapor de agua, se generan más de 600 kcal / kg, esta es la característica que distingue entre alto y bajo rendimiento de calentamiento.
Para la gran mayoría de los gases consumidos en el sistema de distribución de combustible urbano, la diferencia es igual al 10%. Para abastecer de gas a las ciudades, su poder calorífico debe ser superior a 3500 kcal / Nm 3. Esto se explica por el hecho de que el suministro se realiza a través de un oleoducto a grandes distancias. Si el poder calorífico es bajo, entonces aumenta su suministro.
Si el poder calorífico del gas natural es inferior a 3500 kcal / Nm 3, se utiliza con mayor frecuencia en la industria. No es necesario transportarlo en tramos largos del camino y resulta mucho más fácil realizar la combustión. Los cambios graves en el valor calorífico de un gas requieren ajustes frecuentes y, a veces, reemplazo un número grande sensores domésticos de quemadores estandarizados, lo que conduce a dificultades.
Esta situación conduce a un aumento en los diámetros del gasoducto, así como aumenta el costo del metal, tendido de redes y operación. La gran desventaja de los combustibles fósiles bajos en calorías es el enorme contenido de monóxido de carbono, en este sentido, el nivel de amenaza aumenta durante la operación del combustible y durante el mantenimiento de la tubería, a su vez, así como de los equipos.
El calor liberado durante la combustión, que no supera las 3500 kcal / nm 3, se utiliza con mayor frecuencia en producción industrial, donde no tiene que transferirlo a una gran distancia y formar fácilmente la combustión.
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS GASES NATURALES
Tengo gases naturales no hay color, olor, sabor.
Los principales indicadores de los gases naturales incluyen: composición, calor de combustión, densidad, temperaturas de combustión e ignición, límites explosivos y presión de explosión.
Los gases naturales de los campos de gas puro consisten principalmente en metano (82-98%) y otros hidrocarburos.
El gas combustible contiene sustancias inflamables y no inflamables. Los gases combustibles incluyen: hidrocarburos, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno. Los no inflamables incluyen: dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno y vapor de agua. Su composición es baja y asciende a 0,1-0,3% C0 2 y 1-14% N 2. Después de la extracción, el gas tóxico, el sulfuro de hidrógeno, se extrae del gas, cuyo contenido no debe exceder de 0,02 g / m3.
El poder calorífico es la cantidad de calor liberada durante la combustión completa de 1 m3 de gas. El calor de combustión se mide en kcal / m3, kJ / m3 de gas. El poder calorífico del gas natural seco es de 8000-8500 kcal / m 3.
El valor calculado por la relación entre la masa de una sustancia y su volumen se llama densidad de la sustancia. La densidad se mide en kg / m3. La densidad del gas natural depende completamente de su composición y está en el rango de c = 0,73-0,85 kg / m3.
La característica más importante cualquier gas combustible es la salida de calor, es decir Temperatura máxima se logra con la combustión completa del gas, si la cantidad requerida de aire de combustión coincide exactamente con las fórmulas químicas de combustión, y la temperatura inicial del gas y el aire es cero.
La capacidad de calentamiento de los gases naturales es de aproximadamente 2000-2100 ° C, metano - 2043 ° C. La temperatura de combustión real en los hornos es significativamente menor que la capacidad de calefacción y depende de las condiciones de combustión.
La temperatura de ignición es la temperatura de la mezcla de aire y combustible a la que la mezcla se enciende sin una fuente de ignición. Para el gas natural, está en el rango de 645-700 ° C.
Todos los gases inflamables son explosivos y pueden encenderse con un fuego abierto o una chispa. Distinguir límite de concentración superior e inferior de propagación de la llama , es decir. concentración superior e inferior a la que es posible una explosión de la mezcla. El límite inferior de explosividad de los gases es 3 ÷ 6%, el superior es 12 ÷ 16%.
Límites explosivos.
Mezcla de aire y gas que contiene la cantidad de gas:
hasta 5% - no se quema;
del 5 al 15% - explota;
más del 15% - se quema cuando se suministra aire.
La presión de explosión del gas natural es de 0,8 a 1,0 MPa.
Todos los gases combustibles pueden causar envenenamiento del cuerpo humano. Las principales sustancias tóxicas son: monóxido de carbono (CO), sulfuro de hidrógeno (H 2 S), amoniaco (NH 3).
El gas natural es inodoro. Para determinar la fuga, el gas se odoriza (es decir, le da un olor específico). La odorización se realiza con etilmercaptano. La odorización se realiza en estaciones de distribución de gas (GDS). Cuando el 1% del gas natural llega al aire, comienza a sentirse su olor. La práctica demuestra que tasa promedio El etilmercaptano para odorizar el gas natural suministrado a las redes de la ciudad debe ser de 16 g por 1.000 m3 de gas.
En comparación con los combustibles sólidos y líquidos, el gas natural es superior en muchos aspectos:
Barato relativo, que se explica por más de una manera fácil minería y transporte;
Falta de cenizas y eliminación de partículas sólidas a la atmósfera;
Alto poder calorífico;
No se requiere preparación de combustible para la combustión;
Facilita el trabajo de los trabajadores de servicios y mejora las condiciones sanitarias e higiénicas de su trabajo;
Se facilitan las condiciones para automatizar los procesos de trabajo.
Debido a posibles fugas por fugas en conexiones de tuberías de gas y conexiones de válvulas, el uso de gas natural requiere especial cuidado y atención. La penetración de más del 20% del gas en la habitación puede provocar asfixia y, si está presente en un volumen cerrado del 5 al 15%, puede provocar una explosión de la mezcla gas-aire. La combustión incompleta produce monóxido de carbono tóxico, CO, que, incluso en bajas concentraciones, conduce al envenenamiento del personal operativo.
Según su origen, los gases naturales se dividen en dos grupos: secos y grasos.
Seco Los gases se clasifican como gases de origen mineral y se encuentran en áreas asociadas con la actividad volcánica actual o pasada. Los gases secos consisten casi exclusivamente en un metano con un contenido insignificante de componentes de lastre (nitrógeno, dióxido de carbono) y tienen un poder calorífico Qн = 7000 ÷ 9000 kcal / nm3.
Graso los gases acompañan a los campos petroleros y generalmente se acumulan en las capas superiores. Los gases grasos son de origen similar al petróleo y contienen muchos hidrocarburos fácilmente condensables. Valor calorífico de los gases líquidos Qн = 8000-15000 kcal / nm3
Las ventajas de los combustibles gaseosos incluyen facilidad de transporte y combustión, falta de humedad de cenizas, simplicidad significativa del equipo de la caldera.
Al igual que gases naturales También se utilizan gases combustibles artificiales, obtenidos durante el procesamiento de combustibles sólidos, o como resultado de la operación de plantas industriales como gases residuales. Los gases artificiales consisten en gases combustibles de combustión incompleta de combustible, gases de lastre y vapor de agua y se dividen en ricos y pobres, con un poder calorífico medio de 4500 kcal / m3 y 1300 kcam3, respectivamente. Composición de los gases: hidrógeno, metano, otros compuestos de hidrocarburos CmHn, sulfuro de hidrógeno H 2 S, gases incombustibles, dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno y una pequeña cantidad de vapor de agua. El lastre es nitrógeno y dióxido de carbono.
Así, la composición del combustible gaseoso seco se puede representar como la siguiente mezcla de elementos:
CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100%.
La composición del combustible gaseoso húmedo se expresa de la siguiente manera:
CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100%.
Calor de combustión seco El combustible gaseoso kJ / m3 (kcal / m3) por 1 m3 de gas en condiciones normales se determina como sigue:
Qн = 0,01,
Donde Qi es el calor de combustión del gas correspondiente.
El poder calorífico del combustible gaseoso se muestra en la Tabla 3.
Gas de alto horno formado durante la fundición de arrabio en altos hornos. Su rendimiento y composición química dependen de las propiedades de la carga y el combustible, el modo de funcionamiento del horno, los métodos de intensificación del proceso y otros factores. La producción de gas varía entre 1500-2500 m 3 por tonelada de arrabio. La proporción de componentes no combustibles (N 2 y CO 2) en el gas de alto horno es de aproximadamente el 70%, lo que determina su bajo rendimiento térmico (el valor calorífico más bajo del gas es de 3-5 MJ / m 3).
Cuando se quema gas de alto horno, la temperatura máxima de los productos de combustión (excluidas las pérdidas de calor y el consumo de calor para la disociación de CO 2 y H 2 O) es 400-1500 0 C. Si el gas y el aire se calientan antes de la combustión, el La temperatura de los productos de combustión se puede incrementar significativamente.
Gas de ferroaleaciones se forma durante la fundición de ferroaleaciones en hornos de reducción de mineral. El gas descargado de hornos cerrados se puede utilizar como combustible RER (recursos energéticos secundarios). En hornos abiertos debido a acceso libre El gas de aire se quema en la parte superior. El rendimiento y la composición del gas de ferroaleación depende del grado de la fundición.
aleación, composición de la carga, modo de funcionamiento del horno, su potencia, etc. Composición del gas: 50-90% CO, 2-8% H 2, 0.3-1% CH 4, O 2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .
Convertidor de gas formado durante la fundición de acero en convertidores de oxígeno. El gas consiste principalmente en monóxido de carbono, su rendimiento y composición cambian significativamente durante la fundición. Después de la limpieza, la composición del gas es aproximadamente la siguiente: 70-80% CO; 15-20% de CO 2; 0,5-0,8% de O2; 3-12% N 2. El calor de combustión del gas es 8.4-9.2 MJ / m 3. La temperatura máxima de combustión alcanza los 2000 0 С.
Gas de horno de coque formado durante la coquización de una carga de carbón. En metalurgia ferrosa, se utiliza después de la extracción de productos químicos. La composición del gas del horno de coque depende de las propiedades de la carga de carbón y de las condiciones de coquización. Las fracciones en volumen de componentes en gas están dentro de los siguientes límites,%: 52-62H 2; 0,3-0,6 O2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1.8-2.6 CO 2. El calor de combustión es 17-17.6 MJ / m ^ 3, la temperatura máxima de los productos de combustión es 2070 0 С.
Las sustancias de origen orgánico incluyen el combustible que, al quemarse, libera una cierta cantidad de energía térmica. La generación de calor debe caracterizarse por una alta eficiencia y la ausencia de efectos secundarios, en particular, sustancias nocivas para la salud humana y el medio ambiente.
Para facilitar la carga en la cámara de combustión, el material de madera se corta en elementos separados de hasta 30 cm de largo. Para aumentar la eficiencia de su uso, la madera debe estar lo más seca posible y el proceso de combustión debe ser relativamente lento. En muchos aspectos, la leña de maderas duras como el roble y el abedul, el avellano y el fresno, el espino son adecuadas para calentar locales. Debido al alto contenido de resina, el aumento de la velocidad de combustión y el bajo poder calorífico, las coníferas son significativamente inferiores a este respecto.
Debe entenderse que la densidad de la madera afecta el valor del poder calorífico.
Es un material vegetal natural extraído de rocas sedimentarias.
Este tipo de combustible sólido contiene carbono y otros elementos químicos. Existe una división del material en tipos según su antigüedad. El carbón pardo se considera el más joven, seguido del carbón duro, y la antracita es más antigua que todos los demás tipos. La edad de una sustancia combustible también está determinada por su contenido de humedad, que está más presente en el material joven.
En el proceso de quemar carbón, se produce contaminación ambiental y se forma escoria en las rejillas de la caldera, lo que, hasta cierto punto, crea un obstáculo para la combustión normal. La presencia de azufre en el material también es un factor desfavorable para la atmósfera, ya que este elemento se convierte en ácido sulfúrico en el aire.
Sin embargo, los consumidores no deben preocuparse por su salud. Los productores de este material, atendiendo a los clientes privados, se esfuerzan por reducir el contenido de azufre en el mismo. El calor de combustión del carbón puede diferir incluso dentro del mismo tipo. La diferencia depende de las características de la subespecie y el contenido de minerales en ella, así como de la geografía de extracción. No solo se encuentra carbón puro como combustible sólido, sino también escoria de carbón poco enriquecida prensada en briquetas.
Pellets (pellets de combustible) es un combustible sólido producido industrialmente a partir de madera y residuos vegetales: virutas, corteza, cartón, paja.
La materia prima triturada al estado de polvo se seca y se vierte en el granulador, de donde sale en forma de gránulos de cierta forma. Se usa un polímero vegetal, la lignina, para agregar viscosidad a la masa. La complejidad del proceso de producción y la alta demanda forman el costo de los pellets. El material se utiliza en calderas especialmente equipadas.
Los tipos de combustibles se determinan en función del material del que se procesan:
- madera en rollo de árboles de cualquier especie;
- Paja;
- turba;
- cáscara de girasol.
Entre las ventajas que tienen los pellets de combustible, cabe destacar las siguientes cualidades:
- respeto al medio ambiente;
- incapacidad para deformarse y resistencia a los hongos;
- fácil almacenamiento incluso al aire libre;
- uniformidad y duración de la quema;
- costo relativamente bajo;
- la posibilidad de usar para varios dispositivos de calefacción;
- tamaño de pellet adecuado para la carga automática en una caldera especialmente equipada.
Briquetas
Las briquetas son combustibles sólidos, similares en muchos aspectos a los pellets. Se utilizan materiales idénticos para su fabricación: virutas de madera, virutas, turba, cascarilla y paja. Durante el proceso de producción, la materia prima se tritura y se comprime en briquetas. Este material también está clasificado como combustible ecológico. Es conveniente almacenarlo incluso al aire libre. Se puede observar una combustión suave, uniforme y lenta de este combustible tanto en chimeneas y estufas, como en calderas de calefacción.
Los tipos de combustibles sólidos ecológicos discutidos anteriormente son una buena alternativa a la generación de calor. En comparación con las fuentes fósiles de energía térmica, que tienen un efecto adverso sobre el medio ambiente durante la combustión y, además, no son renovables, los combustibles alternativos tienen claras ventajas y un costo relativamente bajo, lo que es importante para ciertas categorías de consumidores.
Al mismo tiempo, el riesgo de incendio de dichos combustibles es mucho mayor. Por tanto, se requiere tomar algunas medidas de seguridad en cuanto a su almacenamiento y uso de materiales ignífugos para paredes.
Combustibles líquidos y gaseosos
En cuanto a las sustancias combustibles líquidas y gaseosas, la situación es la siguiente.
