Kas yra kuras?

Tai vienas komponentas arba medžiagų mišinys, galintis chemiškai transformuotis, susijusius su šilumos išsiskyrimu. Skirtingi tipai degalai skiriasi kiekybiniu juose esančios oksiduojančios medžiagos kiekiu, kuris naudojamas šiluminei energijai išleisti.

IN plačiąja prasme kuras yra energijos nešiklis, tai yra potenciali potencialios energijos rūšis.

klasifikacija

Šiuo metu kuras pagal agregacijos būseną skirstomas į skystą, kietą, dujinį.

Iki sunkaus natūrali išvaizda apima akmenį ir malkas, antracitą. Briketai, koksas, termoantracitas yra dirbtinio kietojo kuro rūšys.

Skysčiams priskiriamos medžiagos, kuriose yra organinės kilmės medžiagų. Pagrindiniai jų komponentai yra: deguonis, anglis, azotas, vandenilis, siera. Dirbtinis skystas kuras bus įvairios dervos, mazutas.

Tai įvairių dujų mišinys: etileno, metano, propano, butano. Be jų, dujiniame kure yra anglies dvideginio ir smalkės, vandenilio sulfidas, azotas, vandens garai, deguonis.

Kuro indikatoriai

Pagrindinis degimo rodiklis. Formulė nustatyti kaloringumas laikomas termochemijoje. paskirstyti " etaloninis kuras“, o tai reiškia 1 kilogramo antracito kaloringumo vertę.

Buitinė šildymo alyva skirta deginti mažos galios šildymo įrenginiuose, kurie yra gyvenamosiose patalpose, šilumos generatoriuose, naudojamuose Žemdirbystė pašarams džiovinti, konservuoti.

Savitoji kuro degimo šiluma yra tokia vertė, kuri parodo šilumos kiekį, susidarantį visiškai sudeginus 1 m 3 tūrio arba vieno kilogramo masės kurą.

Norint išmatuoti šią vertę, naudojami J / kg, J / m 3, kalorijos / m 3. Degimo šilumai nustatyti naudokite kalorimetrijos metodą.

Su padidėjimu specifinė šiluma kuro degimo, savitosios kuro sąnaudos mažėja, o koeficientas naudingas veiksmas išlieka ta pati vertė.

Medžiagų degimo šiluma – tai energijos kiekis, išsiskiriantis oksiduojant kietą, skystą, dujinę medžiagą.

Jį lemia cheminė sudėtis, taip pat degiosios medžiagos agregacijos būsena.

Degimo produktų savybės

Didesnis ir mažesnis šilumingumas yra susijęs su vandens agregacijos būkle medžiagose, gautose deginant kurą.

Bendrasis kaloringumas yra šilumos kiekis, išsiskiriantis visiškai sudegus medžiagai. Į šią vertę įeina vandens garų kondensacijos šiluma.

Mažesnė darbinė šilumingumas yra ta vertė, kuri atitinka šilumos išsiskyrimą degimo metu, neatsižvelgiant į vandens garų kondensacijos šilumą.

Latentinė kondensacijos šiluma yra vandens garų kondensacijos energijos vertė.

Matematinis santykis

Didesnis ir mažesnis kaloringumas yra susiję su tokiu ryšiu:

Q B = Q H + k (W + 9 H)

čia W yra vandens kiekis degiojoje medžiagoje masės (%);

H – vandenilio kiekis (masės %) degiojoje medžiagoje;

k - koeficientas 6 kcal/kg

Skaičiavimo metodai

Didesnis ir mažesnis šilumingumas nustatomas dviem pagrindiniais metodais: skaičiuojamuoju ir eksperimentiniu.

Eksperimentiniams skaičiavimams naudojami kalorimetrai. Pirmiausia jame sudeginamas kuro mėginys. Šiluma, kuri tokiu atveju išsiskirs, visiškai sugeriama vandens. Turint idėją apie vandens masę, galima nustatyti jo degimo šilumos vertę keičiant jo temperatūrą.

Ši technika laikoma paprasta ir efektyvi, ji reikalauja tik techninės analizės duomenų žinių.

Skaičiavimo metodu didžiausia ir mažiausia kaloringumas apskaičiuojamas pagal Mendelejevo formulę.

Q p H = 339 C p + 1 030 H p -109 (O p - S p) - 25 W p (kJ / kg)

Atsižvelgiama į anglies, deguonies, vandenilio, vandens garų, sieros kiekį darbinėje kompozicijoje (procentais). Šilumos kiekis degimo metu nustatomas atsižvelgiant į etaloninį kurą.

Dujų degimo šiluma leidžia atlikti preliminarius skaičiavimus, nustatyti tam tikros rūšies kuro naudojimo efektyvumą.

Kilmės ypatybės

Norint suprasti, kiek šilumos išsiskiria deginant tam tikrą kurą, reikia turėti supratimą apie jo kilmę.

Gamtoje yra skirtingi variantai kietasis kuras, kuris skiriasi savo sudėtimi ir savybėmis.

Jo formavimas atliekamas keliais etapais. Pirmiausia susidaro durpės, po to gaunama rudoji ir kietoji anglys, tada susidaro antracitas. Pagrindiniai kietojo kuro susidarymo šaltiniai yra lapai, mediena ir spygliai. Augalų dalis miršta, patekusi į orą, sunaikina grybai, susidaro durpės. Jo sankaupa virsta ruda mase, tada gaunamos rudos dujos.

At aukštas spaudimas ir temperatūros, rudos dujos virsta anglimi, tada kuras kaupiasi antracito pavidalu.

Be organinių medžiagų, kure yra ir papildomo balasto. Organinė dalis yra ta dalis, iš kurios susidarė organinės medžiagos: vandenilis, anglis, azotas, deguonis. Be šių cheminių elementų, jame yra balasto: drėgmės, pelenų.

Krosnies technologija apima darbinės, sausos ir degiosios sudegusio kuro masės paskirstymą. Darbinė masė vadinama pradinės formos kuru, tiekiama vartotojui. Sausas svoris yra kompozicija, kurioje nėra vandens.

Sudėtis

Vertingiausi komponentai yra anglis ir vandenilis.

Šių elementų yra bet kokio tipo degaluose. Durpėse ir medienoje anglies procentas siekia 58 procentus, kietosiose ir rudosiose anglyse – 80%, antracite siekia 95 masės procentus. Priklausomai nuo šio rodiklio, keičiasi kuro degimo metu išsiskiriančios šilumos kiekis. Vandenilis yra antras pagal svarbą bet kurio kuro elementas. Susilietus su deguonimi, susidaro drėgmė, kuri žymiai sumažina bet kokio kuro šiluminę vertę.

Jo procentas svyruoja nuo 3,8 skalūnuose iki 11 mazute. Deguonis, kuris yra kuro dalis, veikia kaip balastas.

Tai negeneruoja šilumos cheminis elementas, todėl neigiamai veikia degimo šilumos vertę. Azoto, esančio laisvoje arba surišta forma degimo produktuose, laikomas kenksmingomis priemaišomis, todėl jo kiekis yra aiškiai ribojamas.

Siera į degalų sudėtį įtraukta sulfatų, sulfidų, taip pat sieros dioksido dujų pavidalu. Kai hidratuojamas, sieros oksidai sudaro sieros rūgštį, kuri sunaikina katilo įranga, neigiamai veikia augmeniją ir gyvus organizmus.

Štai kodėl siera yra cheminis elementas, kurio buvimas natūralus kuras yra labai nepageidautinas. Patekę į darbo kambarį sieros junginiai smarkiai apnuodija palydovus.

Priklausomai nuo jų kilmės, yra trys pelenų rūšys:

• pirminis;
• antrinis;
• tretinis.

Pirminė forma susidaro iš augaluose esančių mineralinių medžiagų. Antriniai pelenai susidaro, kai formavimosi metu smėlis ir žemė patenka į augalų liekanas.

Tretiniai pelenai yra kuro dalis gavybos, sandėliavimo, o taip pat ir transportavimo procese. Esant dideliam pelenų nusėdimui, sumažėja šilumos perdavimas ant katilo bloko šildymo paviršiaus, sumažėja šilumos perdavimo vandeniui iš dujų kiekis. Puiki suma pelenai neigiamai veikia katilo darbą.

Pagaliau

Didelę įtaką bet kurios rūšies kuro degimo procesui daro lakiųjų. Kuo didesnė jų galia, tuo didesnis bus liepsnos priekio tūris. Pavyzdžiui, anglis, durpės lengvai užsidega, procesą lydi nežymūs šilumos nuostoliai. Kokso, kuris lieka pašalinus lakias priemaišas, sudėtyje yra tik mineralinių ir anglies junginių. Priklausomai nuo kuro savybių, šilumos kiekis labai skiriasi.

Priklausomai nuo cheminės sudėties, išskiriami trys kietojo kuro susidarymo etapai: durpės, lignitas, anglis.

Natūrali mediena naudojama mažose katilinėse. Dažniausiai naudojamos medžio drožlės, pjuvenos, plokštės, žievė, pačios malkos naudojamos nedideliais kiekiais. Priklausomai nuo medienos rūšies, išsiskiriančios šilumos kiekis labai skiriasi.

Mažėjant kaloringumui, malkos įgyja tam tikrų privalumų: greitas degumas, minimalus pelenų kiekis, nelieka sieros pėdsakų.

Patikima informacija apie natūralaus ar sintetinio kuro sudėtį, jų kaloringumą yra puikus būdas atlikti termocheminius skaičiavimus.

Šiuo metu yra reali galimybė identifikuoti tuos pagrindinius kietojo, dujinio, skystojo kuro variantus, kurie konkrečioje situacijoje taps efektyviausiu ir nebrangiausiu naudoti.

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. Kiekis dujinis kuras išreikštas kubiniais metrais normaliomis sąlygomis (760 mm Hg ir 0 ° C), o sudėtis - 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. Gamtinių dujų pagrindas yra metanas, kurio kiekis yra 76,7-98%. 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 ne. reikšminga suma vandens garai H 2 O. Rodikliai 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, kurie sudaro dujų mišinys, % pagal tūrį.

1 m3 sausų gamtinių dujų degimo šiluma normaliomis sąlygomis daugumoje 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 gamtinių dujų sprogumo riba svyruoja nuo 3% iki 6%, o viršutinė - 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.). Ugniai atsparaus vamzdžio užpildymas gabalėliais anglis, stipriai įkaitinkite ir leiskite deguoniui išeiti iš dujų skaitiklio. 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 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 kartu su anglies monoksidu jose yra ir 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. Ją 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 išmetami 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 Sąjungoje esančiuose Donecko ir Maskvos srities anglies baseinuose veikė požeminiai generatoriai.

3 paveiksle pateikiamas vaizdas apie vieną iš požeminio dujofikavimo būdų.Anglių 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

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 pat dalelių (atomų, molekulių ir kt.), kiek atomų yra 12 g anglies-12 izotopo. Medžiagos kiekio, lygaus 1 moliui (molekulinė arba molinė masė), masė skaitine prasme 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, kuris išsiskiria 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 kietojo arba skystojo kuro masė, 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 kaloringumas

Norint 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.

Nustatykite 1 kg metano kaloringumo vertę:

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

Kaloringumas dujinis kuras

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 gali būti pakankamai tiksliai apskaičiuojamas kaip atskirų komponentų šilumingumo sandaugų ir jų procentinės dalies 1 m 3 dujinio kuro suma.

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) išleidžiama 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.

Degiųjų dujų klasifikacija

Miestų dujų tiekimui ir pramonės įmonės naudojamos įvairios degiosios dujos, kurios skiriasi savo kilme, chemine sudėtimi ir fizinėmis savybėmis.

Degiosios dujos pagal kilmę skirstomos į natūralias, arba natūralias, ir dirbtines, gaunamas iš kietojo ir skystojo kuro.

gamtines dujas išgaunamas iš grynų dujų telkinių gręžinių arba naftos telkinių kartu su nafta. Naftos telkinių dujos vadinamos susijusiomis dujomis.

Grynų dujų telkinių dujos daugiausia susideda iš metano su nedideliu sunkiųjų angliavandenilių kiekiu. Jiems būdingas sudėties ir kaloringumo pastovumas.

Susijusiose dujose kartu su metanu yra daug sunkiųjų angliavandenilių (propano ir butano). Šių dujų sudėtis ir kaloringumas labai skiriasi.

Dirbtinės dujos gaminamos ant specialių dujų gamyklos- arba gaunamas kaip šalutinis produktas deginant anglį metalurgijos įmonėse, taip pat naftos perdirbimo gamyklose.

Iš anglies gaminamos dujos mūsų šalyje miesto dujų tiekimui naudojamos labai ribotai, o jų savitasis svoris nuolat mažėja. Tuo pačiu metu didėja suskystintų angliavandenilių dujų, gaunamų iš susijusių naftos dujų dujų ir benzino gamyklose ir naftos perdirbimo gamyklose, gamyba ir suvartojimas naftos perdirbimo metu. Miesto dujoms tiekti naudojamas skystas angliavandenilių dujas daugiausia sudaro propanas ir butanas.

Dujų sudėtis

Dujų rūšis ir jų sudėtis iš esmės nulemia dujų apimtį, dujų tinklo schemą ir skersmenis, dujų degiklių ir atskirų dujotiekio mazgų projektinius sprendimus.

Dujų suvartojimas priklauso nuo kaloringumo, taigi ir nuo dujotiekių skersmenų bei dujų degimo sąlygų. Naudojant dujas pramoniniuose įrenginiuose, labai reikšminga degimo temperatūra ir liepsnos plitimo greitis bei dujinio kuro sudėties pastovumas.Dujų sudėtis, taip pat fizikines chemines savybes jos pirmiausia priklauso nuo dujų rūšies ir gavimo būdo.

Degiosios dujos – tai mechaniniai įvairių dujų mišiniai<как го­рючих, так и негорючих.

Degiąją dujinio kuro dalį sudaro: vandenilis (H 2) - dujos be spalvos, skonio ir kvapo, jų žemesnis kaloringumas yra 2579 kcal / nm 3 \ metanas (CH 4) - bespalvės, beskonės ir bekvapės dujos, yra pagrindinė degioji gamtinių dujų dalis, jos mažesnė kaloringumas 8555 kcal / nm 3; anglies monoksidas (CO) – bespalvės, beskonės ir bekvapės dujos, gaunamos nevisiškai sudegus bet kokiam kurui, labai toksiškos, žemesnio kaloringumo 3018 kcal / nm 3; sunkieji angliavandeniliai (C p N t),Šiuo vardu<и формулой обозначается целый ряд углеводородов (этан - С2Н 6 , пропан - С 3 Нв, бутан- С4Н 10 и др.), низшая теплотворная способность этих газов колеблется от 15226 до 34890 kcal/nm*.

Į nedegią dujinio kuro dalį įeina: anglies dioksidas (CO 2), deguonis (O 2) ir azotas (N 2).

Nedegioji dujų dalis vadinama balastu. Gamtinės dujos pasižymi dideliu šilumingumu ir visišku anglies monoksido nebuvimu. Tuo pačiu metu daugelyje telkinių, daugiausia dujų ir naftos, yra labai toksiškų (ir ėsdinančių dujų) – vandenilio sulfido (H 2 S). Daugumoje dirbtinių anglies dujų yra daug labai toksiškų dujų – anglies monoksido (CO). Oksido buvimas dujose anglis ir kitos toksinės medžiagos yra labai nepageidautinos, nes jos apsunkina eksploatacinių darbų atlikimą ir padidina pavojų naudojant dujas. Be pagrindinių komponentų, dujų sudėtyje yra įvairių priemaišų, kurių konkreti vertė procentais yra nereikšminga.Tačiau, atsižvelgiant į tai, kad tūkstančiai ir net milijonai kubinių metrų dujų, bendras priemaišų kiekis pasiekia reikšmingą vertę.Daugelis priemaišų iškrenta į dujotiekius, o tai galiausiai lemia jų sumažėjimą. pralaidumas, o kartais iki visiško dujų srauto nutraukimo. Todėl projektuojant dujotiekius reikia atsižvelgti į dujose esančias priemaišas, taip pat eksploatacijos metu.

Priemaišų kiekis ir sudėtis priklauso nuo dujų gamybos ar išgavimo būdo ir jų gryninimo laipsnio. Žalingiausios priemaišos yra dulkės, derva, naftalenas, drėgmė ir sieros junginiai.

Dulkių atsiranda dujose gamybos (išgavimo) metu arba dujas transportuojant vamzdynais. Derva yra terminio kuro skilimo produktas ir yra kartu su daugeliu dirbtinių dujų. Dujose esant dulkėms, derva prisideda prie dervos ir purvo kamščių susidarymo ir užsikimšimų dujotiekiuose.

Naftalenas dažniausiai randamas dirbtinėse anglies dujose. Esant žemai temperatūrai, naftalenas nusėda vamzdžiuose ir kartu su kitomis kietomis ir skystomis priemaišomis sumažina dujotiekių srauto plotą.

Drėgmės garų pavidalu yra beveik visose natūraliose ir dirbtinėse dujose. Į gamtines dujas patenka pačiame dujų lauke dėl dujų sąlyčio su vandens paviršiumi, o dirbtinės dujos gamybos procese prisotinamos vandeniu.Dujose dideli kiekiai drėgmės nepageidautina, nes sumažina kaloringumą. Be to, jos turi didelę garavimo šiluminę galią, drėgmė degant dujoms kartu su degimo produktais išneša į atmosferą didelį šilumos kiekį.Didelis drėgmės kiekis dujose taip pat nepageidautinas, nes kondensuojantis dujos atšaldomos „judant per vamzdžius, gali susidaryti vandens kamščiai dujotiekyje (apatiniuose taškuose), kuriuos reikia pašalinti. Tam reikia įrengti specialius kondensato rinktuvus ir juos išsiurbti.

Sieros junginiai, kaip jau minėta, apima vandenilio sulfidą, taip pat anglies disulfidą, merkaptaną ir tt Šie junginiai ne tik neigiamai veikia žmonių sveikatą, bet ir sukelia didelę vamzdžių koroziją.

Kitos kenksmingos priemaišos yra amoniako ir cianido junginiai, kurių daugiausia yra anglies dujose. Amoniako ir cianido junginių buvimas padidina vamzdžių metalo koroziją.

Anglies dioksido ir azoto buvimas degiosiose dujose taip pat yra nepageidautinas. Šios dujos nedalyvauja degimo procese, nes yra balastas, mažinantis šiluminę vertę, todėl didėja dujotiekių skersmuo ir mažėja ekonominis dujinio kuro naudojimo efektyvumas.

Miesto dujų tiekimui naudojamų dujų sudėtis turi atitikti GOST 6542-50 reikalavimus (1 lentelė).

1 lentelė

Žymiausių šalies telkinių gamtinių dujų sudėties vidutinės vertės pateiktos lentelėje. 2.

Iš dujų telkinių (sausas)

Vakarų Ukraina. . .	81,2	7,5	4,5	3,7	2,5	- .	0,1	0,5	0,735
Šebelinskoje ..............................	92,9	4,5	0,8	0,6	0,6	____ .	0,1	0,5	0,603
Stavropolio sritis. .	98,6	0,4	0,14	0,06		-	0,1	0,7	0,561
Krasnodaro sritis. .	92,9		0,5	-	0,5	_	0,01	0,09	0,595
Saratovas ...................................	93,4	2,1	0,8	0,4	0,3	Pėdsakai	0,3	2,7	0,576
Gazlis, Bucharos sritis	96,7		0,35	0,4"			0,1	0,45	0,575
Iš naftos ir dujų telkinių (susiję)
Romashkino ...................................			18,5	6,2	4,7		0,1	11,5	1,07
				7,4	4,6	____	Pėdsakai		1,112	__ .
Tuymazy ...................................			18,4	6,8	4,6	____	0,1	7,1	1,062	-
Peleninis......		23,5		9,3	3,5	____	0,2	4,5	1,132	-
Paryškintas..............................................				2,5		. ___ .		1,5	0,721	-
„Syzran-oil“ ...................................	31,9	23,9 -	5,9	2,7	0,8	1,7	1,6	31,5	0,932	-
Išimėjus ..............................	42,4		20,5	7,2	3,1	2,8			1,040	_
Andidžanas. ........................	66,5	16,6	9,4	3,1	3,1	0,03	0,2	4,17	0,801 ;

Dujų kaloringumas

Šilumos kiekis, išsiskiriantis visiškai sudeginus vienetinį kuro kiekį, vadinamas kaloringumo verte (Q) arba, kaip kartais vadinama, kaloringumu, arba kaloringumu, kuris yra viena iš pagrindinių kuro charakteristikų.

Dujų šilumingumas paprastai vadinamas 1 m 3, paimtas įprastomis sąlygomis.

Techniniuose skaičiavimuose normalios sąlygos suprantamos kaip dujų būsena esant 0 °C temperatūrai ir esant 760 °C slėgiui. mmHg Art. Pažymimas dujų tūris tokiomis sąlygomis nm 3(normalus kubinis metras).

Atliekant pramoninių dujų matavimus pagal GOST 2923-45, 20 ° C temperatūra ir 760 slėgis laikomi normaliomis sąlygomis. mmHg Art. Dujų tūris nurodytas šiomis sąlygomis, priešingai nm 3 mes paskambinsime m 3 (kubinis metras).

Dujų kaloringumas (Q)) išreikšta kcal/nm e arba viduje kcal/m3.

Suskystintoms dujoms šilumingumas nurodomas 1 kilogramas.

Yra didesnis (Q in) ir mažesnis (Q n) kaloringumas. Apskaičiuojant didžiausią šiluminę vertę, atsižvelgiama į vandens garų kondensacijos šilumą, susidariusią deginant kurą. Apskaičiuojant žemiausią šiluminę vertę, neatsižvelgiama į šilumą, esančią degimo produktų vandens garuose, nes vandens garai nesikondensuoja, o pašalinami kartu su degimo produktais.

Sąvokos Q in ir Q n taikomos tik toms dujoms, kurioms degant išsiskiria vandens garai (šios sąvokos netaikomos anglies monoksidui, kuris degdamas neišskiria vandens garų).

Kai vandens garai kondensuojasi, išsiskiria šiluma, lygi 539 kcal/kg. Be to, kai kondensatas atšaldomas iki 0°C (arba 20°C), šilumos išsiskiria atitinkamai 100 arba 80 kcal/kg.

Iš viso dėl vandens garų kondensacijos šilumos išsiskiria daugiau nei 600 kcal/kg, kuris yra skirtumas tarp dujų bendrosios ir žemiausios šilumingumo vertės. Daugumai dujų, naudojamų miesto dujų tiekimui, šis skirtumas yra 8-10%.

Kai kurių dujų šilumingumo vertės pateiktos lentelėje. 3.

Miesto dujų tiekimui šiuo metu naudojamos dujos, kurių kaloringumas paprastai yra ne mažesnis kaip 3500 kcal / nm 3. Tai paaiškinama tuo, kad miestų sąlygomis dujos vamzdžiais tiekiamos dideliais atstumais. Esant mažam kaloringumo kiekiui, reikia tiekti didelį kiekį. Dėl to neišvengiamai didėja dujotiekių skersmenys ir dėl to didėja investicijos į metalą bei lėšos dujų tinklų statybai, o vėliau ir eksploatacijos kaštai. Reikšmingas mažo kaloringumo dujų trūkumas yra tas, kad dažniausiai jose yra daug anglies monoksido, o tai padidina pavojų naudojant dujas, taip pat aptarnaujant tinklus ir įrenginius.

Dujos, kurių kaloringumas mažesnis nei 3500 kcal/nm 3 dažniausiai naudojamas pramonėje, kur nereikia jo gabenti dideliais atstumais ir lengviau organizuoti deginimą. Miesto dujų tiekimui pageidautina, kad dujų kaloringumas būtų pastovus. Svyravimai, kaip jau nustatėme, leidžiami ne daugiau kaip 10 proc. Didesnis dujų šilumingumo pokytis reikalauja naujo reguliavimo, o kartais ir daugybės vieningų buitinės technikos degiklių pakeitimo, o tai susiję su dideliais sunkumais.

FIZIKINĖS IR CHEMINĖS GAMTINIŲ DUJŲ SAVYBĖS

Gamtinės dujos neturi spalvos, kvapo ar skonio.

Pagrindiniai gamtinių dujų rodikliai yra: sudėtis, degimo šiluma, tankis, degimo ir užsiliepsnojimo temperatūra, sprogumo ribos ir sprogimo slėgis.

Gamtinės dujos iš grynų dujų telkinių daugiausia susideda iš metano (82-98%) ir kitų angliavandenilių.

Degiosiose dujose yra degiųjų ir nedegių medžiagų. Degiosios dujos yra: angliavandeniliai, vandenilis, vandenilio sulfidas. Nedegios yra: anglies dioksidas, deguonis, azotas ir vandens garai. Jų sudėtis yra maža ir sudaro 0,1-0,3% CO 2 ir 1-14% N 2 . Po ekstrahavimo iš dujų išskiriamos toksiškos sieros vandenilio dujos, kurių kiekis neturi viršyti 0,02 g/m3.

Šilumingumas – tai šilumos kiekis, išsiskiriantis visiškai sudegus 1 m3 dujų. Degimo šiluma matuojama kcal/m3, kJ/m3 dujų. Sausų gamtinių dujų kaloringumas yra 8000-8500 kcal/m 3 .

Vertė, apskaičiuota pagal medžiagos masės ir tūrio santykį, vadinama medžiagos tankiu. Tankis matuojamas kg/m3. Gamtinių dujų tankis visiškai priklauso nuo jų sudėties ir yra c = 0,73-0,85 kg/m3.

Svarbiausia bet kokių degiųjų dujų savybė yra šiluminė galia, ty maksimali temperatūra, pasiekiama visiškai sudegus dujoms, jei degimui reikalingas oro kiekis tiksliai atitinka chemines degimo formules, o pradinė dujų ir oro temperatūra yra nulis.

Gamtinių dujų šiluminė talpa apie 2000 -2100 °C, metano - 2043 °C. Faktinė degimo temperatūra krosnyse yra daug žemesnė nei šiluminė galia ir priklauso nuo degimo sąlygų.

Uždegimo temperatūra – tai oro ir kuro mišinio temperatūra, kuriai esant mišinys užsiliepsnoja be uždegimo šaltinio. Gamtinių dujų atveju jis yra 645–700 °C diapazone.

Visos degiosios dujos yra sprogios, gali užsidegti nuo atviros liepsnos ar kibirkšties. Išskirti apatinė ir viršutinė liepsnos plitimo koncentracijos ribos , t.y. apatinė ir viršutinė koncentracija, kuriai esant galimas mišinio sprogimas. Dujų apatinė sprogumo riba yra 3÷6%, viršutinė - 12÷16%.

Sprogimo ribos.

Dujų ir oro mišinys, kuriame yra dujų kiekis:

iki 5% - nedega;

nuo 5 iki 15% - sprogsta;

daugiau nei 15% - nudega, kai tiekiamas oras.

Slėgis gamtinių dujų sprogimo metu yra 0,8-1,0 MPa.

Visos degiosios dujos gali sukelti žmogaus kūno apsinuodijimą. Pagrindinės toksiškos medžiagos yra: anglies monoksidas (CO), vandenilio sulfidas (H 2 S), amoniakas (NH 3).

Gamtinės dujos neturi kvapo. Siekiant nustatyti nuotėkį, dujos yra dvokiamos (t. y. suteikia specifinį kvapą). Kvapinimas atliekamas naudojant etilo merkaptaną. Dujų skirstymo stotyse (GDS) atlikti kvapą. Kai į orą patenka 1% gamtinių dujų, pradeda jaustis jų kvapas. Praktika rodo, kad vidutinė etilo merkaptano norma į miesto tinklus tiekiamoms gamtinėms dujoms odoruoti turėtų būti 16 g 1000 m3 dujų.

Palyginti su kietuoju ir skystuoju kuru, gamtinės dujos laimi daugeliu atžvilgių:

Santykinis pigumas, kuris paaiškinamas lengvesniu gavybos ir transportavimo būdu;

Be pelenų ir kietųjų dalelių pašalinimo į atmosferą;

Aukšta degimo šiluma;

Nereikia ruošti kuro degimui;

Aptarnaujantiems darbuotojams palengvinamas darbas ir gerinamos sanitarinės ir higieninės jų darbo sąlygos;

Palengvina darbo procesų automatizavimą.

Dėl galimų nuotėkių per dujotiekių jungčių ir jungiamųjų detalių nesandarumus gamtines dujas reikia naudoti ypač atsargiai ir atsargiai. Į patalpą patekus daugiau nei 20 % dujų, gali uždusti, o jeigu jų yra uždarame tūryje nuo 5 iki 15 %, gali sprogti dujų ir oro mišinys. Nepilnai sudegus susidaro toksiškas anglies monoksidas CO, kuris net esant mažoms koncentracijoms gali apsinuodyti dirbantį personalą.

Pagal kilmę gamtinės dujos skirstomos į dvi grupes: sausas ir riebalines.

Sausas dujos yra mineralinės kilmės dujos ir randamos srityse, susijusiose su dabartine ar buvusia ugnikalnio veikla. Sausas dujas sudaro beveik vien tik metanas su nežymiu balastinių komponentų (azoto, anglies dioksido) kiekiu ir jų šilumingumas Qн=7000÷9000 kcal/nm3.

riebus dujos lydi naftos telkinius ir dažniausiai kaupiasi viršutiniuose sluoksniuose. Riebiosios dujos pagal savo kilmę yra artimos naftai ir turi daug lengvai kondensuojamų angliavandenilių. Skystųjų dujų kaloringumas Qн=8000-15000 kcal/nm3

Dujinio kuro pranašumai apima transportavimo ir degimo paprastumą, drėgmės pelenų nebuvimą ir didelį katilinės įrangos paprastumą.

Kartu su gamtinėmis dujomis taip pat naudojamos dirbtinės degiosios dujos, gautos perdirbant kietąjį kurą arba pramonės įmonėms veikiant kaip išmetamosios dujos. Dirbtinės dujos susideda iš degiųjų dujų, kurių nebaigtas degimas, balastinės dujos ir vandens garai, skirstomos į turtingąsias ir vargšas, kurių vidutinė kaloringumas yra atitinkamai 4500 kcal / m3 ir 1300 kkam3. Dujų sudėtis: vandenilis, metanas, kiti angliavandenilių junginiai CmHn, vandenilio sulfidas H 2 S, nedegios dujos, anglies dioksidas, deguonis, azotas ir nedidelis kiekis vandens garų. Balastas – azotas ir anglies dioksidas.

Taigi, sauso dujinio kuro sudėtis gali būti pavaizduota kaip toks elementų mišinys:

CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 \u003d 100%.

Šlapio dujinio kuro sudėtis išreiškiama taip:

CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.

Degimo šiluma sausas dujinis kuras kJ / m3 (kcal / m3) 1 m3 dujų normaliomis sąlygomis nustatomas taip:

Qn \u003d 0,01,

Kur Qi yra atitinkamų dujų kaloringumas.

Dujinio kuro degimo šiluma pateikta 3 lentelėje.

Aukštakrosnės dujos susidaro lydant geležį aukštakrosnėse. Jo išeiga ir cheminė sudėtis priklauso nuo įkrovos ir kuro savybių, krosnies darbo režimo, proceso intensyvinimo būdų ir kitų veiksnių. Dujų išeiga svyruoja nuo 1500-2500 m 3 vienai tonai ketaus. Aukštakrosnių dujose nedegiųjų komponentų (N 2 ir CO 2) dalis yra apie 70%, tai lemia žemas jų šilumines charakteristikas (mažiausias dujų kaloringumas 3-5 MJ/m 3).

Deginant aukštakrosnės dujas, maksimali degimo produktų temperatūra (neįskaitant šilumos nuostolių ir šilumos sąnaudų CO 2 ir H 2 O disociacijai) yra 400-1500 0 C. Jei dujos ir oras prieš degimą pašildomi, degimo produktų temperatūra gali būti žymiai padidinta.

ferolydinių dujos susidarančios lydant ferolydinius rūdos redukcijos krosnyse. Išmetamosios dujos iš uždarų krosnių gali būti naudojamos kaip kuras SER (antriniai energijos ištekliai). Atvirose krosnyse dėl laisvo oro patekimo dujos dega viršuje. Geležies lydinio dujų išeiga ir sudėtis priklauso nuo lydinio rūšies

lydinys, įkrovos sudėtis, krosnies darbo režimas, jo galia ir kt. Dujų sudėtis: 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 .

konverterio dujos susidaro lydant plieną deguonies konverteriuose. Dujos daugiausia susideda iš anglies monoksido, lydymosi metu jų išeiga ir sudėtis labai pasikeičia. Po valymo dujų sudėtis yra maždaug tokia: 70-80% CO; 15-20% CO 2; 0,5-0,8 % O2; 3-12% N 2. Dujų degimo šiluma 8,4-9,2 MJ/m 3 . Maksimali degimo temperatūra siekia 2000 0 C.

kokso krosnies dujinės susidarė koksuojant anglies užtaisui. Juodojoje metalurgijoje jis naudojamas po cheminių produktų išgavimo. Koksavimo krosnies dujų sudėtis priklauso nuo anglies įkrovos savybių ir koksavimo sąlygų. Komponentų tūrinės dalys dujose yra šiose ribose, %: 52-62H 2 ; 0,3-0,6 O 2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO 2 . Degimo šiluma yra 17-17,6 MJ / m ^ 3, maksimali degimo produktų temperatūra yra 2070 0 С.