Prie organinės kilmės medžiagų priskiriamas kuras, kuris degdamas išskiria tam tikrą šiluminės energijos kiekį. Šilumos generavimas turėtų pasižymėti dideliu efektyvumu ir nebuvimu šalutiniai poveikiai visų pirma žmonių sveikatai ir aplinkai kenksmingos medžiagos.
Kad būtų lengviau krauti į krosnį, medienos medžiaga supjaustoma į atskirus iki 30 cm ilgio elementus, kurių naudojimo efektyvumui padidinti, malkos turi būti kuo sausesnės, o degimo procesas – santykinai lėtas. Daugeliu atžvilgių patalpų šildymui tinka malkos iš tokių kietmedžių kaip ąžuolas ir beržas, lazdynas ir uosis, gudobelės. Dėl didelio dervos kiekio, padidinto degimo greičio ir mažo kaloringumo spygliuočių medžiųšiuo atžvilgiu yra žymiai prastesnės.
Reikėtų suprasti, kad medienos tankis turi įtakos šilumingumo vertei.
Tai natūrali medžiaga augalinės kilmės kasamas iš nuosėdinių uolienų.
Šio tipo kietajame kure yra anglies ir kt cheminiai elementai. Atsižvelgiant į amžių, medžiaga skirstoma į tipus. Rudoji anglis laikoma jauniausia, po jos seka akmens anglis, o antracitas yra seniausias iš visų kitų rūšių. Degiosios medžiagos amžių taip pat lemia jos drėgmės kiekis daugiau yra jaunoje medžiagoje.
Deginant anglį teršiama aplinka, ant katilo grotelių susidaro šlakas, kuris tam tikru mastu trukdo normaliam degimui. Sieros buvimas medžiagoje taip pat yra nepalankus veiksnys atmosferai, nes šis elementas oro erdvėje virsta sieros rūgštimi.
Tačiau vartotojai neturėtų bijoti dėl savo sveikatos. Šios medžiagos gamintojai, rūpindamiesi privačiais klientais, siekia sumažinti joje esantį sieros kiekį. Anglies kaloringumas gali skirtis net ir toje pačioje rūšyje. Skirtumas priklauso nuo porūšio savybių ir mineralų kiekio jame, taip pat nuo gamybos geografijos. Kaip kietasis kuras, randama ne tik gryna anglis, bet ir mažai prisodrintas anglies šlakas, supresuotas į briketus.
Granulės (kuro granulės) – tai pramoniniu būdu iš medienos ir augalinių atliekų: drožlių, žievės, kartono, šiaudų sukurtas kietasis kuras.
Žaliava, susmulkinta iki dulkių, išdžiovinama ir supilama į granuliatorių, iš kurio jau išeina tam tikros formos granulių pavidalu. Kad masė taptų klampesnė, naudojamas augalinis polimeras – ligninas. Gamybos proceso sudėtingumas ir didelė paklausa sudaro granulių kainą. Medžiaga naudojama specialiai įrengtuose katiluose.
Kuro rūšys nustatomos atsižvelgiant į tai, iš kokios medžiagos jie apdorojami:
- bet kokios rūšies medžių apvalioji mediena;
- šiaudų;
- durpės;
- saulėgrąžų lukštų.
Tarp privalumų, kuriuos turi kuro granulės, verta paminėti šias savybes:
- ekologiškumas;
- nesugebėjimas deformuotis ir atsparumas grybeliui;
- patogus laikyti net lauke;
- degimo vienodumas ir trukmė;
- santykinai maža kaina;
- galimybė naudoti įvairiems šildymo prietaisams;
- tinkamas granulių dydis automatiniam pakrovimui į specialiai įrengtą katilą.
Briketai
Briketai vadinami kietuoju kuru, daugeliu atžvilgių panašūs į granules. Jų gamybai naudojamos identiškos medžiagos: medžio drožlės, drožlės, durpės, lukštai ir šiaudai. Gamybos procese žaliava susmulkinama ir suspaudimo būdu formuojama į briketus. Ši medžiaga taip pat priklauso aplinkai nekenksmingam kurui. Patogu laikyti net lauke. Tolygų, tolygų ir lėtą šio kuro degimą galima stebėti tiek židiniuose ir krosnyse, tiek šildymo katiluose.
Pirmiau aptartos aplinkai nekenksmingo kietojo kuro rūšys yra gera alternatyva šilumos gamybai. Palyginti su iškastiniais šiluminės energijos šaltiniais, kurie neigiamai veikia degimą aplinką Be to, būdami neatsinaujinantys, alternatyvūs degalai turi aiškių pranašumų ir santykinai mažą kainą, o tai svarbu tam tikroms vartotojų kategorijoms.
Tuo pačiu metu tokio kuro gaisro pavojus yra daug didesnis. Todėl reikia imtis tam tikrų atsargumo priemonių dėl jų laikymo ir ugniai atsparių sienų medžiagų naudojimo.
Skystas ir dujinis kuras
Kalbant apie skystas ir dujines degiąsias medžiagas, situacija yra tokia.
Dujinis kuras skirstomas į natūralų ir dirbtinį ir yra degiųjų ir nedegių dujų mišinys, kuriame yra tam tikras vandens garų kiekis, o kartais ir dulkės bei dervos. Dujų kuro kiekis išreiškiamas kubiniais metrais įprastomis sąlygomis (760 mm Hg ir 0 ° C), o sudėtis išreiškiama tūrio procentais. Pagal kuro sudėtį supraskite jo sausos dujinės dalies sudėtį.
gamtinių dujų kuro
Labiausiai paplitęs dujinis kuras yra gamtinės dujos, kurios turi aukštą šiluminę vertę. pagrindu gamtinių dujų yra metanas, kurio kiekis yra 76,7-98 proc. Kiti dujiniai angliavandenilių junginiai yra gamtinių dujų dalis nuo 0,1 iki 4,5%.
Suskystintos dujos naftos perdirbimo produktas – daugiausia susideda iš propano ir butano mišinio.
Gamtinės dujos (CNG, NG): metano CH4 daugiau nei 90%, etano C2 H5 mažiau nei 4%, propano C3 H8 mažiau nei 1%
Suskystintos dujos (SND): propanas C3 H8 daugiau nei 65 %, butanas C4 H10 mažiau nei 35 %
Degiosios dujos yra: vandenilis H 2, metanas CH 4, kiti angliavandenilių junginiai C m H n, vandenilio sulfidas H 2 S ir nedegios dujos, anglies dioksidas CO2, deguonis O 2, azotas N 2 ir nedidelis kiekis vandens garų H 2 O. Indeksai m Ir P C ir H apibūdina įvairių angliavandenilių junginius, pavyzdžiui, metanui CH 4 t = 1 ir n= 4, etanui С 2 Н b t = 2 Ir n= b ir tt
Sauso dujinio kuro sudėtis (tūrio procentais):
CO + H 2 + 2 C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100 %.
Sauso dujinio kuro – balasto – nedegioji dalis yra azotas N ir anglies dioksidas CO 2 .
Šlapio dujinio kuro sudėtis išreiškiama taip:
CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.
Degimo šiluma, kJ / m (kcal / m 3), 1 m 3 grynų sausų dujų normaliomis sąlygomis nustatoma taip:
Q n s \u003d 0,01,
kur Qco, Q n 2, Q su m n n Q n 2 s. - atskirų dujų, sudarančių mišinį, degimo šilumą, kJ / m 3 (kcal / m 3); CO, H 2, Cm H n , H 2 S - komponentai, sudarantys dujų mišinį, tūrio proc.
1 m3 sausų gamtinių dujų kaloringumas normaliomis sąlygomis daugeliui buitinių laukų yra 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3). Dujinio kuro charakteristikos pateiktos 1 lentelėje.
Pavyzdys. Nustatykite šios sudėties gamtinių dujų žemiausią šiluminę vertę (įprastomis sąlygomis):
H2S = 1 %; CH4 = 76,7 %; C2H6 = 4,5 %; C3H8 = 1,7 %; C4H10 = 0,8 %; C5H12 = 0,6 %.
Į (26) formulę pakeitę 1 lentelėje pateiktas dujų charakteristikas, gauname:
Q ns \u003d 0,01 \u003d 33981 kJ / m 3 arba
Q ns \u003d 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) \u003d 8109 kcal.
1 lentelė. Dujinio kuro charakteristikos
|
Dujos |
Paskyrimas |
Degimo šiluma Q n s |
|
|
KJ/m3 |
kcal/m3 |
||
| Vandenilis | H, | 10820 | 2579 |
| smalkės | TAIP | 12640 | 3018 |
| Vandenilio sulfidas | H2S | 23450 | 5585 |
| Metanas | CH 4 | 35850 | 8555 |
| Etanas | C 2 H 6 | 63 850 | 15226 |
| Propanas | C3H8 | 91300 | 21795 |
| Butanas | C 4 H 10 | 118700 | 22338 |
| Pentanas | C 5 H 12 | 146200 | 34890 |
| Etilenas | C 2 H 4 | 59200 | 14107 |
| Propilenas | C3H6 | 85980 | 20541 |
| Butilenas | C 4 H 8 | 113 400 | 27111 |
| Benzenas | C 6 H 6 | 140400 | 33528 |
Vienai tonai garo pagaminti DE tipo katilai sunaudoja nuo 71 iki 75 m3 gamtinių dujų. Dujų kaina Rusijoje 2008 m. rugsėjo mėn yra 2,44 rubliai už kubinį metrą. Vadinasi, tona garo kainuos 71 × 2,44 = 173 rubliai 24 kapeikos. Reali kaina tonų garo gamyklose yra katilams DE yra ne mažiau kaip 189 rubliai už toną garo.
DKVR tipo katilai vienai tonai garo pagaminti sunaudoja nuo 103 iki 118 m3 gamtinių dujų. Minimali apskaičiuota šių katilų tonos garo kaina yra 103 × 2,44 = 251 rublis 32 kapeikos. Tikroji garo kaina augalams yra mažiausiai 290 rublių už toną.
Kaip apskaičiuoti maksimalų gamtinių dujų suvartojimą garo katilui DE-25? Tai Techninės specifikacijos katilas. 1840 kubų per valandą. Bet jūs taip pat galite apskaičiuoti. 25 tonas (25 tūkst. kg) reikia padauginti iš skirtumo tarp garo ir vandens entalpijų (666,9-105) ir visa tai padalinti iš katilo naudingumo koeficiento 92,8% ir dujų degimo šilumos. 8300. ir viskas
Dirbtinis dujinis kuras
Dirbtinės degiosios dujos yra kuras vietinės reikšmės nes jie turi daug mažesnę kaloringumo vertę. Pagrindiniai jų degieji elementai yra anglies monoksidas CO ir vandenilis H2. Šios dujos naudojamos gamybos ribose, kur jos gaunamos kaip kuras technologinėms ir elektrinėms.
Visos natūralios ir dirbtinės degiosios dujos yra sprogios, gali užsidegti nuo atviros liepsnos ar kibirkšties. Yra apatinė ir viršutinė dujų sprogumo ribos, t.y. didžiausia ir mažiausia procentinė koncentracija ore. Apatinė sprogumo riba gamtines dujas svyruoja nuo 3% iki 6%, o viršuje - nuo 12% iki 16%. Visos degiosios dujos gali sukelti žmogaus kūno apsinuodijimą. Pagrindinės degiųjų dujų toksinės medžiagos yra: anglies monoksidas CO, vandenilio sulfidas H2S, amoniakas NH3.
Natūralios degiosios dujos, kaip ir dirbtinės, yra bespalvės (nematomos), bekvapės, todėl per dujotiekio jungiamųjų detalių nesandarumus prasiskverbusios į katilinės vidų yra pavojingos. Norint išvengti apsinuodijimo, degias dujas reikia apdoroti kvapiąja medžiaga – nemalonaus kvapo medžiaga.
Anglies monoksido CO gavimas pramonėje dujofikuojant kietąjį kurą
Pramoniniais tikslais anglies monoksidas gaunamas dujofikuojant kietąjį kurą, t.y., paverčiant jį dujiniu kuru. Taigi anglies monoksidą galite gauti iš bet kokio kietojo kuro – iškastinės anglies, durpių, malkų ir kt.
Kietojo kuro dujinimo procesas parodytas laboratoriniu eksperimentu (1 pav.). Užpildę ugniai atsparų vamzdelį medžio anglies gabalėliais, stipriai įkaitiname ir leidžiame deguoniui praeiti pro dujų matuoklį. Leiskite dujoms, išeinančioms iš vamzdžio, pereiti per kalkių vandens plovyklą ir padegti. Kalkių vanduo tampa drumstas, dujos dega melsva liepsna. Tai rodo, kad reakcijos produktuose yra CO2 dioksido ir anglies monoksido CO.
Šių medžiagų susidarymą galima paaiškinti tuo, kad kai deguonis liečiasi su karštomis anglimis, pastaroji pirmiausia oksiduojasi į anglies dioksidą: C + O 2 \u003d CO 2
Tada, praeinant per karštą anglį, anglies dioksidas iš dalies redukuojamas į anglies monoksidą: CO 2 + C \u003d 2CO
Ryžiai. 1. Anglies monoksido gavimas (laboratorinė patirtis).
IN pramoninė aplinka kietojo kuro dujofikavimas atliekamas krosnyse, vadinamose dujų generatoriais.
Gautas dujų mišinys vadinamas gamintojo dujomis.
Dujų generatoriaus įtaisas parodytas paveikslėlyje. Tai plieninis cilindras, kurio aukštis yra apie 5 m ir maždaug 3,5 skersmens m, išklotas viduje ugniai atspari plyta. Iš viršaus dujų generatorius pakraunamas kuru; Iš apačios oras arba vandens garai tiekiami ventiliatoriumi per groteles.
Ore esantis deguonis reaguoja su kuro anglimi, sudarydamas anglies dioksidą, kuris, pakilęs per karšto kuro sluoksnį, anglies redukuoja į anglies monoksidą.
Jei į generatorių pučiamas tik oras, gaunamos dujos, kurių sudėtyje yra anglies monoksido ir oro azoto (taip pat tam tikro kiekio CO 2 ir kitų priemaišų). Šios generatoriaus dujos vadinamos oro dujomis.
Tačiau jei karštomis anglimis į generatorių pučiami vandens garai, tai vykstant reakcijai susidaro anglies monoksidas ir vandenilis: C + H 2 O \u003d CO + H 2
Šis dujų mišinys vadinamas vandens dujomis. Vandens dujos turi didesnę kaloringumo vertę nei oro dujos, nes jų sudėtyje kartu su anglies monoksidu taip pat yra antrųjų degiųjų dujų - vandenilio. Vandens dujos (sintezės dujos), vienas iš kuro dujinimo produktų. Vandens dujas daugiausia sudaro CO (40 %) ir H2 (50 %). Vandens dujos – tai kuras (kaloringumas 10 500 kJ/m3, arba 2730 kcal/mg) ir kartu žaliava metanolio sintezei. Tačiau vandens dujų negalima gauti ilgą laiką, nes jų susidarymo reakcija yra endoterminė (sugeriant šilumą), todėl kuras generatoriuje atvėsta. Kad anglis būtų karšta, vandens garų įpurškimas į generatorių kaitaliojamas su oro įpurškimu, kurio deguonis, kaip žinoma, reaguoja su kuru, išskirdamas šilumą.
IN Pastaruoju metu kuro dujofikavimui pradėtas plačiai naudoti garo-deguonies pūtimas. Vienu metu per kuro sluoksnį pučiant vandens garus ir deguonį, procesą galima vykdyti nepertraukiamai, žymiai padidinti generatoriaus našumą ir gauti dujas su dideliu vandenilio ir anglies monoksido kiekiu.
Šiuolaikiniai dujų generatoriai yra galingi nuolatinio veikimo įtaisai.
Kad tiekiant kurą į dujų generatorių, degiosios ir nuodingų dujų neprasiskverbė į atmosferą, pakrovimo būgnas pagamintas dvigubai. Kol kuras patenka į vieną būgno skyrių, degalai iš kito skyriaus išpilami į generatorių; kai būgnas sukasi, šie procesai kartojasi, o generatorius visą laiką lieka izoliuotas nuo atmosferos. Vienodas kuro paskirstymas generatoriuje atliekamas naudojant kūgį, kuris gali būti montuojamas skirtinguose aukščiuose. Jį nuleidus, anglis guli arčiau generatoriaus centro, o pakėlus kūgį – anglis metama arčiau generatoriaus sienelių.
Pelenų šalinimas iš dujų generatoriaus mechanizuotas. Kūgio formos groteles lėtai suka elektros variklis. Tokiu atveju pelenai išstumiami į generatoriaus sieneles ir specialiais įtaisais metami į pelenų dėžę, iš kur periodiškai pašalinami.
Pirmosios dujinės lempos buvo uždegtos Sankt Peterburge Aptekarsky saloje 1819 m. Naudotos dujos buvo gautos dujofikuojant anglį. Jis buvo vadinamas lengvosiomis dujomis.
Didysis rusų mokslininkas D. I. Mendelejevas (1834-1907) pirmasis išsakė mintį, kad anglį dujofikuoti galima tiesiai po žeme, jos neiškeliant. Caro valdžia Mendelejevo pasiūlymo neįvertino.
Požeminio dujofikavimo idėją šiltai palaikė V. I. Leninas. Jis tai pavadino „vienu didžiausių technologijų triumfų“. Sovietų valstybė pirmą kartą atliko požeminį dujofikavimą. Jau prieš Didįjį Tėvynės karą Sovietų Sąjungos Donecko ir Maskvos srities anglies baseinuose veikė požeminiai generatoriai.
3 paveiksle pateikiamas vaizdas apie vieną iš požeminio dujofikavimo būdų.Anglies siūlėje yra pakloti du šuliniai, kurie apačioje sujungti kanalu. Tokiame kanale prie vieno šulinio padegama anglys ir ten tiekiama sprogdinimas. Degimo produktai, judantys palei kanalą, sąveikauja su karštomis anglimis, todėl susidaro degiosios dujos, kaip ir įprastame generatoriuje. Dujos patenka į paviršių per antrąjį šulinį.
Generatoriaus dujos plačiai naudojamos pramoninių krosnių šildymui – metalurginėms, kokso ir kaip kuras automobiliuose (4 pav.).
Ryžiai. 3. Anglies požeminio dujofikavimo schema.
Nemažai organinių produktų, tokių kaip skystasis kuras, yra sintetinami iš vandenilio ir vandens dujų anglies monoksido. Sintetinis skystasis kuras – kuras (daugiausia benzinas), gaunamas sintezės būdu iš anglies monoksido ir vandenilio esant 150-170 laipsnių Celsijaus temperatūrai ir 0,7-20 MN/m2 (200 kgf/cm2) slėgiui, esant katalizatoriui (nikeliui, geležis, kobaltas). Pirmoji sintetinio skystojo kuro gamyba buvo organizuota Vokietijoje Antrojo pasaulinio karo metais dėl naftos trūkumo. Sintetinis skystasis kuras nebuvo plačiai paplitęs dėl savo brangumo. Vandeniui gaminti naudojamos vandens dujos. Norėdami tai padaryti, vandens dujos mišinyje su vandens garais kaitinamos dalyvaujant katalizatoriui ir dėl to gaunamas vandenilis, be jau esančio vandens dujose: CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2
Degimo šilumą lemia degiosios medžiagos cheminė sudėtis. Degioje medžiagoje esantys cheminiai elementai žymimi priimtais simboliais NUO , H , APIE , N , S, o pelenai ir vanduo yra simboliai BET Ir W atitinkamai.
Enciklopedinis „YouTube“.
-
1 / 5
Degimo šilumą galima susieti su degiųjų medžiagų darbine mase Q P (\displaystyle Q^(P)), ty į degią medžiagą, kurios pavidalu ji patenka į vartotoją; į sausąsias medžiagas Q C (\displaystyle Q^(C)); prie degiosios medžiagos masės Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )) ty į degią medžiagą, kurioje nėra drėgmės ir pelenų.
Išskirti aukščiau ( Q B (\displaystyle Q_(B))) ir žemesnė ( Q H (\displaystyle Q_(H))) degimo šiluma.
Pagal didesnė kaloringumas suprasti šilumos kiekį, kuris išsiskiria visiškai sudegus medžiagai, įskaitant vandens garų kondensacijos šilumą aušinant degimo produktams.
Grynasis kaloringumas atitinka šilumos kiekį, kuris išsiskiria visiško degimo metu, neatsižvelgiant į vandens garų kondensacijos šilumą. Taip pat vadinama vandens garų kondensacijos šiluma latentinė garavimo šiluma (kondensacija).
Mažesnė ir didesnė kaloringumas yra susiję su santykiu: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\rodymo stilius Q_(B) = Q_(H)+k(W+9H)),
čia k yra koeficientas, lygus 25 kJ/kg (6 kcal/kg); W - vandens kiekis degiojoje medžiagoje, % (pagal masę); H – vandenilio kiekis degiojoje medžiagoje, % (pagal masę).
Degimo šilumos skaičiavimas
Taigi didesnė šilumingumas yra šilumos kiekis, išsiskiriantis visiškai sudegus degiosios medžiagos masės ar tūrio vienetui (dujoms) ir degimo produktus atvėsinant iki rasos taško temperatūros. Šilumos inžinerijos skaičiavimuose didžiausias šilumingumas laikomas 100 %. Paslėpta dujų degimo šiluma yra šiluma, kuri išsiskiria kondensuojantis degimo produktuose esantiems vandens garams. Teoriškai jis gali siekti 11 proc.
Praktiškai neįmanoma atvėsinti degimo produktų iki visiško kondensacijos, todėl ši koncepcija yra įdiegta žemesnė kaitra degimas (QHp), kuris gaunamas iš didžiausio kaloringumo atėmus vandens garų, esančių ir medžiagoje, ir susidarančių jai degant, garavimo šilumą. 1 kg vandens garų išgarinimui sunaudojama 2514 kJ/kg (600 kcal/kg). Grynasis kaloringumas nustatomas pagal formules (kJ / kg arba kcal / kg):
QHP = QBP − 2514 ⋅ ((9 AG + WP) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P) = Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^) (P))/100))(kietiems)
QHP = QBP − 600 ⋅ ((9 AG + WP) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P) = Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^) (P))/100))(dėl skysta medžiaga), kur:
2514 - garavimo šiluma 0 °C temperatūroje ir Atmosferos slėgis, kJ/kg;
H P (\displaystyle H^(P)) Ir W P (\displaystyle W^(P))- vandenilio ir vandens garų kiekis darbiniame kure, %;
9 yra koeficientas, rodantis, kad deginant 1 kg vandenilio kartu su deguonimi susidaro 9 kg vandens.
Degimo šiluma yra didžiausia svarbi savybė kuro, nes jis nustato šilumos kiekį, gaunamą sudeginus 1 kg kietojo ar skystojo kuro arba 1 m³ dujinio kuro kJ / kg (kcal / kg). 1 kcal = 4,1868 arba 4,19 kJ.
Kiekvienos medžiagos grynasis kaloringumas nustatomas eksperimentiškai ir yra pamatinė vertė. Jis taip pat gali būti nustatytas kietoms ir skystoms medžiagoms, kurių elementinė sudėtis žinoma, apskaičiuojant pagal D. I. Mendelejevo formulę, kJ / kg arba kcal / kg:
QHP = 339 ⋅ CP + 1256 ⋅ AG − 109 ⋅ (OP − SLP) − 25,14 ⋅ (9 ⋅ AG + WP) (\displaystyle Q_(H)^(P) = 339\cdot C^(P)+1256\ cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25,14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))
QHP = 81 ⋅ CP + 246 ⋅ AG − 26 ⋅ (OP + SLP) − 6 ⋅ WP (\displaystyle Q_(H)^(P) = 81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), kur:
C P (\displaystyle C_(P)), H P (\displaystyle H_(P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), W P (\displaystyle W_(P))- anglies, vandenilio, deguonies, lakiosios sieros ir drėgmės kiekis darbinėje degalų masėje (masės procentais).
Palyginamiesiems skaičiavimams naudojamas vadinamasis įprastinis kuras, kurio savitoji degimo šiluma lygi 29308 kJ / kg (7000 kcal / kg).
Rusijoje šiluminiai skaičiavimai(pavyzdžiui, šilumos apkrovos skaičiavimas, siekiant nustatyti patalpos sprogimo ir gaisro pavojaus kategoriją) dažniausiai atliekama pagal mažiausią šiluminę vertę, JAV, Didžiojoje Britanijoje, Prancūzijoje – pagal didžiausią. Jungtinėje Karalystėje ir JAV, prieš įvedant metrinę sistemą, specifinės šildymo vertės buvo matuojamos Didžiosios Britanijos šiluminiais vienetais (BTU) už svarą (lb) (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg).
Medžiagos ir medžiagos Grynasis kaloringumas Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)), MJ/kg Benzinas 41,87 Žibalas 43,54 Popierius: knygos, žurnalai 13,4 Mediena (barai W = 14 %) 13,8 Natūrali guma 44,73 Polivinilchlorido linoleumas 14,31 Guma 33,52 kuokštelinis pluoštas 13,8 Polietilenas 47,14 Putų polistirolas 41,6 Medvilnė atlaisvinta 15,7 Plastmasinis 41,87 Lentelėse pateikiama kuro (skysto, kieto ir dujinio) ir kai kurių kitų degiųjų medžiagų savitoji degimo šiluma. Atsižvelgiama į tokį kurą kaip: anglis, malkos, koksas, durpės, žibalas, nafta, alkoholis, benzinas, gamtinės dujos ir kt.
Lentelių sąrašas:
Egzoterminėje kuro oksidacijos reakcijoje jo cheminė energija paverčiama šilumine energija, išskiriant tam tikrą šilumos kiekį. Atsirandantis šiluminė energija vadinama kuro degimo šiluma. Tai priklauso nuo jo cheminės sudėties, drėgmės ir yra pagrindinis. Degalų šilumingumas, nurodytas 1 kg masės arba 1 m 3 tūrio, sudaro masės arba tūrinį specifinį šilumingumą.
Savitoji kuro degimo šiluma – tai šilumos kiekis, išsiskiriantis visiškai sudegus kietojo, skystojo ar dujinio kuro masės ar tūrio vienetui. Tarptautinėje vienetų sistemoje ši vertė matuojama J / kg arba J / m 3.
Kuro savitoji degimo šiluma gali būti nustatyta eksperimentiškai arba apskaičiuota analitiškai. Eksperimentiniai kaloringumo nustatymo metodai yra pagrįsti praktiniu kuro degimo metu išsiskiriančios šilumos kiekio matavimu, pavyzdžiui, kalorimetre su termostatu ir degimo bomba. Degalams su žinoma cheminė sudėtis savitąją degimo šilumą galima nustatyti pagal Mendelejevo formulę.
Yra didesnė ir mažesnė savitoji degimo šiluma. Bendrasis kaloringumas yra lygus maksimalus skaičiusšiluma, išsiskirianti visiško kuro degimo metu, atsižvelgiant į šilumą, sunaudotą kuro drėgmei išgaruoti. Grynasis kaloringumas mažesnė vertė didesnė kondensacijos šilumos, kuri susidaro iš kuro drėgmės ir organinės masės vandenilio, kuris degdamas virsta vandeniu, verte.
Nustatyti kuro kokybės rodiklius, taip pat atlikti šilumos inžinerinius skaičiavimus paprastai naudoja mažiausią savitąją degimo šilumą, kuri yra svarbiausia kuro šiluminė ir eksploatacinė charakteristika, pateikta toliau pateiktose lentelėse.
Savitoji kietojo kuro (anglies, malkų, durpių, kokso) degimo šiluma
Lentelėje pateiktos sauso kietojo kuro savitosios degimo šilumos vertės MJ/kg. Lentelėje degalai išdėstyti pagal pavadinimą abėcėlės tvarka.
Iš nagrinėjamo kietojo kuro didžiausią šiluminę vertę turi koksinės anglys - jos savitoji degimo šiluma yra 36,3 MJ/kg (arba 36,3·10 6 J/kg SI vienetais). Be to, didelis kaloringumas būdingas anglims, antracitui, anglis ir rudosios anglies.
Žemo energetinio efektyvumo degalai yra mediena, malkos, parakas, šaldiklis, skalūnai. Pavyzdžiui, malkų savitoji degimo šiluma yra 8,4 ... 12,5, o parako - tik 3,8 MJ / kg.
Specifinė šiluma kietojo kuro (anglies, malkų, durpių, kokso) deginimas
Kuro Antracitas 26,8…34,8 Medienos granulės (granulės) 18,5 Malkos sausos 8,4…11 Sausos beržinės malkos 12,5 dujų koksas 26,9 aukštakrosnių koksas 30,4 puskokso 27,3 Milteliai 3,8 Šiferis 4,6…9 Naftos skalūnai 5,9…15 kietas raketinis kuras 4,2…10,5 Durpės 16,3 pluoštinės durpės 21,8 Frezavimo durpės 8,1…10,5 Durpių trupiniai 10,8 Rudos anglys 13…25 Rudosios anglies (briketai) 20,2 Rudosios anglies (dulkės) 25 Donecko anglis 19,7…24 anglis 31,5…34,4 Anglis 27 Koksinės anglys 36,3 Kuznecko anglis 22,8…25,1 Čeliabinsko anglis 12,8 Ekibastuzo anglis 16,7 freztorf 8,1 Šlakas 27,5 Savitoji skystojo kuro (alkoholio, benzino, žibalo, alyvos) degimo šiluma
Pateikta skystojo kuro ir kai kurių kitų organinių skysčių savitosios degimo šilumos lentelė. Pažymėtina, kad tokiems degalams kaip benzinas, dyzelinas ir alyva pasižymi dideliu šilumos išsiskyrimu degimo metu.
Savitoji alkoholio ir acetono degimo šiluma yra žymiai mažesnė nei tradicinių variklių kuro. Be to, dėl maža vertė skystas raketinis kuras turi kaloringumą ir - visiškai sudegus 1 kg šių angliavandenilių, išsiskirs atitinkamai 9,2 ir 13,3 MJ šilumos kiekis.
Savitoji skystojo kuro (alkoholio, benzino, žibalo, alyvos) degimo šiluma
Kuro Savitoji degimo šiluma, MJ/kg Acetonas 31,4 Benzinas A-72 (GOST 2084-67) 44,2 Aviacinis benzinas B-70 (GOST 1012-72) 44,1 Benzinas AI-93 (GOST 2084-67) 43,6 Benzenas 40,6 Žieminis dyzelinis kuras (GOST 305-73) 43,6 Vasarinis dyzelinis kuras (GOST 305-73) 43,4 Skystas raketinis kuras (žibalas + skystas deguonis) 9,2 Aviacinis žibalas 42,9 Apšvietimo žibalas (GOST 4753-68) 43,7 ksilenas 43,2 Daug sieros turintis mazutas 39 Mažai sieros turintis mazutas 40,5 Mažai sieros turintis mazutas 41,7 Sieringas mazutas 39,6 Metilo alkoholis (metanolis) 21,1 n-butilo alkoholis 36,8 Alyva 43,5…46 Naftos metanas 21,5 Toluenas 40,9 Vaitspiritas (GOST 313452) 44 etilenglikolis 13,3 Etanolis(etanolis) 30,6 Savitoji dujinio kuro ir degiųjų dujų degimo šiluma
Pateikiama dujinio kuro ir kai kurių kitų degiųjų dujų savitosios degimo šilumos lentelė, matmenimis MJ/kg. Iš nagrinėjamų dujų skiriasi didžiausios masės savitoji degimo šiluma. Visiškai sudegus vienam kilogramui šių dujų išsiskirs 119,83 MJ šilumos. Taip pat toks kuras, kaip gamtinės dujos, turi aukštą šiluminę vertę – specifinė gamtinių dujų degimo šiluma yra 41...49 MJ/kg (grynai 50 MJ/kg).
Dujinio kuro ir degiųjų dujų (vandenilio, gamtinių dujų, metano) savitoji degimo šiluma
Kuro Savitoji degimo šiluma, MJ/kg 1-butenas 45,3 Amoniakas 18,6 Acetilenas 48,3 Vandenilis 119,83 Vandenilis, mišinys su metanu (50 % H 2 ir 50 % CH 4 pagal masę) 85 Vandenilis, mišinys su metanu ir anglies monoksidu (33-33-33 % masės) 60 Vandenilis, mišinys su anglies monoksidu (50 % H 2 50 % CO 2 pagal masę) 65 Aukštakrosnių dujos 3 kokso krosnies dujinės 38,5 SND suskystintos angliavandenilio dujos (propanas-butanas) 43,8 Izobutanas 45,6 Metanas 50 n-butanas 45,7 n-heksanas 45,1 n-pentanas 45,4 Susijusios dujos 40,6…43 Gamtinių dujų 41…49 Propadien 46,3 Propanas 46,3 Propilenas 45,8 Propilenas, mišinys su vandeniliu ir anglies monoksidu (90–9–1 % masės) 52 Etanas 47,5 Etilenas 47,2 Kai kurių degiųjų medžiagų savitoji degimo šiluma
Pateikiama kai kurių degiųjų medžiagų (medžio, popieriaus, plastiko, šiaudų, gumos ir kt.) savitos degimo šilumos lentelė. Reikėtų pažymėti medžiagas, turinčias didelį šilumos išsiskyrimą degimo metu. Šios medžiagos yra: guma įvairių tipų, putų polistirenas (stirolo putplastis), polipropilenas ir polietilenas.
Kai kurių degiųjų medžiagų savitoji degimo šiluma
Kuro Savitoji degimo šiluma, MJ/kg Popierius 17,6 Oda 21,5 Mediena (barai, kurių drėgnis 14%) 13,8 Mediena rietuvėse 16,6 ąžuolas 19,9 Eglės mediena 20,3 medžio žalia 6,3 Pušies mediena 20,9 Kapronas 31,1 Karbolito gaminiai 26,9 Kartonas 16,5 Stirolo-butadieno kaučiukas SKS-30AR 43,9 Natūrali guma 44,8 Sintetinė guma 40,2 Guminis SCS 43,9 Chloropreno guma 28 Polivinilchlorido linoleumas 14,3 Dviejų sluoksnių polivinilchlorido linoleumas 17,9 Linoleumo polivinilchloridas veltinio pagrindu 16,6 Linoleumo polivinilchloridas šiltu pagrindu 17,6 Linoleumo polivinilchloridas audinio pagrindu 20,3 Linoleumo guma (relin) 27,2 Parafino kieta 11,2 Polifoam PVC-1 19,5 Polifoam FS-7 24,4 Polyfoam FF 31,4 Putų polistirenas PSB-S 41,6 poliuretano putos 24,3 medienos plaušų plokštės 20,9 Polivinilchloridas (PVC) 20,7 Polikarbonatas 31 Polipropilenas 45,7 Polistirenas 39 Didelio tankio polietilenas 47 Žemo slėgio polietilenas 46,7 Guma 33,5 Ruberoidas 29,5 Suodžių kanalas 28,3 Šienas 16,7 Šiaudai 17 Organinis stiklas (plexiglass) 27,7 Tekstolitas 20,9 Tol 16 TNT 15 Medvilnė 17,5 Celiuliozė 16,4 Vilna ir vilnos pluoštai 23,1 Šaltiniai:
- GOST 147-2013 Kietasis mineralinis kuras. Didesnio šilumingumo nustatymas ir mažesnio šilumingumo apskaičiavimas.
- GOST 21261-91 Naftos produktai. Bendrojo šilumingumo nustatymo ir mažojo šilumingumo apskaičiavimo metodas.
- GOST 22667-82 Degiosios gamtinės dujos. Skaičiavimo metodas šilumingumo, santykinio tankio ir Wobbe skaičiui nustatyti.
- GOST 31369-2008 Gamtinės dujos. Šilumingumo, tankio, santykinio tankio ir Wobbe skaičiaus apskaičiavimas pagal komponentų sudėtį.
- Zemsky G. T. Neorganinių ir organinių medžiagų degumo savybės: žinynas M.: VNIIPO, 2016 - 970 p.
5. ŠILUMINIS DEGIMO BALANSAS
Apsvarstykite metodus, kaip apskaičiuoti dujinių, skystų ir degimo proceso šilumos balansą kietojo kuro. Skaičiavimas sumažinamas iki šių problemų sprendimo.
· Kuro degimo šilumos (šilumos) nustatymas.
· Teorinės degimo temperatūros nustatymas.
5.1. DEGIMO ŠILUMAS
Chemines reakcijas lydi šilumos išsiskyrimas arba sugėrimas. Kai išsiskiria šiluma, reakcija vadinama egzotermine, o kai ji absorbuojama – endotermine. Visos degimo reakcijos yra egzoterminės, o degimo produktai yra egzoterminiai junginiai.
Kurso metu išsiskiria (arba absorbuojamas). cheminė reakcijašiluma vadinama reakcijos šiluma. Egzoterminėse reakcijose jis teigiamas, endoterminėse – neigiamas. Degimo reakciją visada lydi šilumos išsiskyrimas. Degimo šiluma Q g(J / mol) yra šilumos kiekis, išsiskiriantis visiškai sudegus vienam moliui medžiagos ir paverčiant degią medžiagą visiško degimo produktais. Molis yra pagrindinis medžiagos kiekio SI vienetas. Vienas molis – tai toks medžiagos kiekis, kuriame yra tiek dalelių (atomų, molekulių ir kt.), kiek atomų yra 12 g anglies-12 izotopo. Medžiagos kiekio, lygaus 1 moliui (molekulinė arba molinė masė), masė skaitiniu požiūriu sutampa su tam tikros medžiagos santykine molekuline mase.
Pavyzdžiui, deguonies (O 2) santykinė molekulinė masė yra 32, anglies dvideginis(CO 2) yra lygus 44, o atitinkamos molekulinės masės bus lygios M =32 g/mol ir M =44 g/mol. Taigi viename molyje deguonies yra 32 gramai šios medžiagos, o viename molyje CO 2 – 44 gramai anglies dioksido.
Techniniuose skaičiavimuose dažnai naudojama ne degimo šiluma Q g, ir degalų šilumingumas K(J / kg arba J / m 3). Medžiagos kaloringumas – tai šilumos kiekis, išsiskiriantis visiškai sudegus 1 kg arba 1 m 3 medžiagos. Skystoms ir kietoms medžiagoms skaičiuojama 1 kg, o dujinėms medžiagoms - 1 m 3.
Degimo šilumos ir kuro šilumingumo žinios būtinos, norint apskaičiuoti degimo ar sprogimo temperatūrą, sprogimo slėgį, liepsnos sklidimo greitį ir kitas charakteristikas. Kuro šilumingumas nustatomas arba eksperimentiniu būdu, arba skaičiuojant. Eksperimentiškai nustatant kaloringumą, kalorimetrine bomba deginama tam tikra masė kietojo arba skystojo kuro, o dujinio kuro atveju – dujų kalorimetre. Šie prietaisai matuoja bendrą šilumą K 0, išsiskiriantis deginant kuro svėrimo pavyzdį m. Kaloringumas Q g randama pagal formulę
Ryšys tarp degimo šilumos ir
kuro kaloringumasNorint nustatyti ryšį tarp degimo šilumos ir medžiagos šilumingumo, reikia užrašyti cheminės degimo reakcijos lygtį.
Visiško anglies degimo produktas yra anglies dioksidas:
C + O 2 → CO 2.
Visiško vandenilio degimo produktas yra vanduo:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O.
Visiško sieros degimo produktas yra sieros dioksidas:
S + O 2 → SO 2.
Tuo pačiu metu azotas, halogenidai ir kiti nedegūs elementai išsiskiria laisva forma.
degiųjų dujų
Kaip pavyzdį apskaičiuosime metano CH 4 šiluminę vertę, kurios degimo šiluma lygi Q g=882.6 .
Apibrėžkime molekulinė masė metanas pagal jo cheminė formulė(CH 4):
М=1∙12+4∙1=16 g/mol.
Apibrėžkime kaloringumas 1 kg metano:
Raskime 1 kg metano tūrį, žinodami jo tankį ρ=0,717 kg/m 3 normaliomis sąlygomis:
.Nustatykite 1 m 3 metano šiluminę vertę:
Bet kokių degiųjų dujų šilumingumas nustatomas panašiai. Daugelio įprastų medžiagų kaloringumas ir kaloringumas buvo išmatuoti labai tiksliai ir pateikiami atitinkamoje informacinėje literatūroje. Čia yra kai kurių kaloringumo lentelė dujinių medžiagų(5.1 lentelė). Vertė Kšioje lentelėje jis pateikiamas MJ / m 3 ir kcal / m 3, nes 1 kcal = 4,1868 kJ dažnai naudojamas kaip šilumos vienetas.
5.1 lentelė
Dujinio kuro kaloringumas
Medžiaga
Acetilenas
K
degus skystis arba kietas
Kaip pavyzdį apskaičiuosime etilo alkoholio C 2 H 5 OH šilumingumą, kuriam degimo šiluma Q g= 1373,3 kJ/mol.
Nustatykite etilo alkoholio molekulinę masę pagal jo cheminę formulę (C 2 H 5 OH):
М = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1,1 = 46 g/mol.
Nustatykite 1 kg etilo alkoholio kaloringumo vertę:
Bet kokių skystų ir kietų degiųjų medžiagų šilumingumas nustatomas panašiai. Lentelėje. 5.2 ir 5.3 rodo kaloringumo vertes K(MJ/kg ir kcal/kg) kai kurioms skystoms ir kietoms medžiagoms.
5.2 lentelė
Skysto kuro kaloringumas
Medžiaga
Metilo alkoholis
Etanolis
Mazutas, alyva
K
5.3 lentelė
Kietojo kuro kaloringumas
Medžiaga
mediena šviežia
mediena sausa
Rudos anglys
Durpės sausos
Antracitas, koksas
K
Mendelejevo formulė
Jei kuro šilumingumas nežinomas, jį galima apskaičiuoti naudojant D.I. pasiūlytą empirinę formulę. Mendelejevas. Norėdami tai padaryti, turite žinoti elementinę degalų sudėtį (lygiavertę degalų formulę), ty šių elementų procentą:
deguonis (O);
Vandenilis (H);
Anglis (C);
siera (S);
Pelenai (A);
Vanduo (W).
Kuro degimo produktuose visada yra vandens garai, susidaro tiek dėl drėgmės degaluose, tiek degant vandeniliui. Degimo atliekos iš pramonės įmonės iškeliauja aukštesnėje nei rasos taško temperatūroje. Todėl šiluma, kuri išsiskiria kondensuojantis vandens garams, negali būti naudingai panaudota ir į ją neturėtų būti atsižvelgiama atliekant šiluminius skaičiavimus.
Skaičiavimui paprastai naudojama grynoji kaloringumas. Q n kuro, kuriame atsižvelgiama į šilumos nuostolius su vandens garais. Kietojo ir skystojo kuro atveju vertė Q n(MJ / kg) apytiksliai nustatomas pagal Mendelejevo formulę:
Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
kur skliausteliuose nurodomas atitinkamų elementų kiekis procentais (masės %) degalų sudėtyje.
Šioje formulėje atsižvelgiama į egzoterminio anglies, vandenilio ir sieros degimo reakcijų šilumą (su pliuso ženklu). Deguonis, kuris yra kuro dalis, iš dalies pakeičia ore esantį deguonį, todėl atitinkamas terminas (5.1) formulėje imamas su minuso ženklu. Išgaravus drėgmei, sunaudojama šiluma, todėl atitinkamas terminas, kuriame yra W, taip pat imamas su minuso ženklu.
Palyginus skirtingų kuro rūšių (mediena, durpės, anglis, nafta) skaičiuojamuosius ir eksperimentinius duomenis, paaiškėjo, kad skaičiuojant pagal Mendelejevo formulę (5.1) gaunama paklaida ne didesnė kaip 10 proc.
Grynasis kaloringumas Q n(MJ / m 3) sausų degiųjų dujų galima pakankamai tiksliai apskaičiuoti kaip atskirų komponentų šilumingumo ir jų procentinės dalies sandaugų suma 1 m 3 dujinio kuro.
Q n= 0,108[Н 2 ] + 0,126 [СО] + 0,358 [CH 4 ] + 0,5 [С 2 Н 2 ] + 0,234 [Н 2 S ]…, (5,2)
kur skliausteliuose nurodomas atitinkamų dujų kiekis procentais (tūrio proc.) mišinyje.
Vidutinė gamtinių dujų šilumingumas yra apie 53,6 MJ/m 3 . Dirbtinai pagamintose degiosiose dujose CH 4 metano kiekis yra nereikšmingas. Pagrindiniai degūs komponentai yra vandenilis H2 ir anglies monoksidas CO. Pavyzdžiui, kokso krosnies dujose H 2 kiekis siekia (55 ÷ 60)%, o tokių dujų grynasis kaloringumas siekia 17,6 MJ/m 3 . Generatoriaus dujose CO kiekis ~ 30 % ir H 2 ~ 15 %, o generatoriaus dujų grynasis šilumingumas Q n= (5,2÷6,5) MJ/m 3 . Aukštakrosnių dujose CO ir H 2 kiekis mažesnis; dydžio Q n= (4,0÷4,2) MJ/m 3 .
Apsvarstykite pavyzdžius, kaip apskaičiuoti medžiagų šiluminę vertę naudojant Mendelejevo formulę.
Nustatykime anglies, kurios elementinė sudėtis pateikta lentelėje, šiluminę vertę. 5.4.
5.4 lentelė
Elementari kompozicija anglis
Pakeiskime pateiktą skirtuke. 5.4 Mendelejevo formulės (5.1) duomenys (azotas N ir pelenai A neįtraukti į šią formulę, nes yra inertinės medžiagos ir nedalyvauja degimo reakcijoje):
Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.
Nustatykime, kiek malkų reikia pašildyti 50 litrų vandens nuo 10 °C iki 100 °C, jei šildymui išleidžiama 5% degimo metu išsiskiriančios šilumos, ir vandens šiluminę talpą. iš\u003d 1 kcal / (kg ∙ laipsnių) arba 4,1868 kJ / (kg ∙ laipsnių). Malkų elementinė sudėtis pateikta lentelėje. 5.5:
5.5 lentelė
Elementari malkų kompozicija
Raskime malkų kaloringumą pagal Mendelejevo formulę (5.1):
Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg.
Nustatykite šilumos kiekį, sunaudojamą vandeniui šildyti deginant 1 kg malkų (atsižvelgiant į tai, kad 5% degimo metu išsiskiriančios šilumos (a = 0,05) sunaudojama jai šildyti):
K 2=a Q n=0,05 17,12=0,86 MJ/kg.
Nustatykite malkų kiekį, reikalingą 50 litrų vandens pašildyti nuo 10°C iki 100°C:
kilogramas.Taigi vandeniui pašildyti reikia apie 22 kg malkų.
