Ce este combustibilul?
Acesta este o componentă sau un amestec de substanțe care sunt capabile de transformări chimice asociate cu eliberarea de căldură. Tipuri diferite combustibilii diferă prin conținutul cantitativ al agentului oxidant din ei, care este folosit pentru a elibera energie termică.
ÎN în sens larg combustibilul este un purtător de energie, adică un tip potențial de energie potențială.
Clasificare
În prezent, combustibilii sunt împărțiți în funcție de starea lor de agregare în lichide, solide, gazoase.
Prea greu aspect natural includ piatră și lemn de foc, antracit. Brichetele, cocs, termoantracitul sunt soiuri de artificiale combustibil solid.
Lichidele includ substanțe care conțin substanțe de origine organică. Componentele lor principale sunt: oxigen, carbon, azot, hidrogen, sulf. Combustibil lichid artificial va fi o varietate de rășini, păcură.
Este un amestec de diverse gaze: etilenă, metan, propan, butan. Pe lângă ei, în combustibil gazos au dioxid de carbon și monoxid de carbon, hidrogen sulfurat, azot, vapori de apă, oxigen.
Indicatoare de combustibil
Principalul indicator al arderii. Formula de determinare valoare calorica considerată în termochimie. aloca " combustibil de referință”, ceea ce presupune puterea calorică a 1 kilogram de antracit.
Uleiul de încălzire menajeră este destinat arderii în dispozitive de încălzire de putere mică, care sunt situate în spații rezidențiale, generatoare de căldură utilizate în agricultură pentru uscarea furajelor, conserve.
Căldura specifică de ardere a combustibilului este o astfel de valoare încât demonstrează cantitatea de căldură care se formează în timpul arderii complete a combustibilului cu un volum de 1 m 3 sau o masă de un kilogram.
Pentru a măsura această valoare, se folosesc J / kg, J / m 3, calorii / m 3. Pentru a determina căldura de ardere, utilizați metoda calorimetriei.
Odată cu creșterea căldurii specifice de ardere a combustibilului, consumul specific de combustibil scade, iar coeficientul acțiune utilă rămâne aceeași valoare.
Căldura de ardere a substanțelor este cantitatea de energie eliberată în timpul oxidării unei substanțe solide, lichide, gazoase.
Este determinată de compoziția chimică, precum și de starea de agregare a substanței combustibile.
Caracteristicile produselor de ardere
Puterea calorica mai mare si mai mica este asociata cu starea de agregare a apei in substantele obtinute in urma arderii combustibilului.
Puterea calorică brută este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a unei substanțe. Această valoare include căldura de condensare a vaporilor de apă.
Puterea calorică de lucru inferioară este valoarea care corespunde degajării de căldură în timpul arderii fără a ține cont de căldura de condensare a vaporilor de apă.
Căldura latentă de condensare este valoarea energiei de condensare a vaporilor de apă.
Relație matematică
Puterea calorică mai mare și cea mai mică sunt legate de următoarea relație:
Q B = Q H + k(W + 9H)
unde W este cantitatea în greutate (în %) de apă din substanța combustibilă;
H este cantitatea de hidrogen (% din masă) din substanța combustibilă;
k - coeficient de 6 kcal/kg
Metode de calcul
Puterea calorică mai mare și mai mică este determinată prin două metode principale: calculată și experimentală.
Calorimetrele sunt folosite pentru calcule experimentale. În primul rând, o probă de combustibil este arsă în el. Căldura care va fi eliberată în acest caz este complet absorbită de apă. Având o idee despre masa apei, este posibil să se determine valoarea căldurii sale de ardere prin modificarea temperaturii acesteia.
Această tehnică este considerată simplă și eficientă, presupune doar cunoașterea datelor de analiză tehnică.
În metoda de calcul, cea mai mare și cea mai mică putere calorică este calculată conform formulei Mendeleev.
Q p H \u003d 339C p + 1030H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)
Se ia în considerare conținutul de carbon, oxigen, hidrogen, vapori de apă, sulf în compoziția de lucru (în procente). Cantitatea de căldură în timpul arderii se determină ținând cont de combustibilul de referință.
Căldura de ardere a gazului vă permite să faceți calcule preliminare, pentru a identifica eficiența utilizării unui anumit tip de combustibil.
Caracteristici de origine
Pentru a înțelege cât de multă căldură este eliberată în timpul arderii unui anumit combustibil, este necesar să aveți o idee despre originea acestuia.
În natură există diferite variante combustibili solizi, care diferă ca compoziție și proprietăți.
Formarea sa se realizează în mai multe etape. Mai întâi se formează turba, apoi se obține cărbune maro și tare, apoi se formează antracitul. Principalele surse de formare a combustibilului solid sunt frunzele, lemnul și acele. Murind, părți ale plantelor, atunci când sunt expuse la aer, sunt distruse de ciuperci, formând turbă. Acumularea lui se transformă într-o masă maro, apoi se obține gaz maro.
La presiune ridicatași temperatură, gazul maro se transformă în cărbune, apoi combustibilul se acumulează sub formă de antracit.
Pe lângă materia organică, în combustibil există balast suplimentar. O parte organică este acea parte din care s-a format materie organică: hidrogen, carbon, azot, oxigen. Pe lângă aceste elemente chimice, conține balast: umiditate, cenușă.
Tehnologia cuptorului implică alocarea masei de lucru, uscate și combustibile a combustibilului ars. Masa de lucru se numește combustibil în forma sa originală, furnizată consumatorului. Greutatea uscată este o compoziție în care nu există apă.
Compoziţie
Cele mai valoroase componente sunt carbonul și hidrogenul.
Aceste elemente se găsesc în orice tip de combustibil. În turbă și lemn, procentul de carbon ajunge la 58 la sută, în cărbune negru și brun - 80%, iar în antracit ajunge la 95 la sută din greutate. În funcție de acest indicator, cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului se modifică. Hidrogenul este al doilea cel mai important element al oricărui combustibil. În contact cu oxigenul, formează umiditate, ceea ce reduce semnificativ valoarea termică a oricărui combustibil.
Procentul său variază de la 3,8 în șisturi petroliere la 11 în păcură. Oxigenul, care face parte din combustibil, acționează ca balast.
Nu generează căldură element chimic, prin urmare, afectează negativ valoarea căldurii de ardere. Arderea azotului conținut în liber sau formă legatăîn produsele de ardere, este considerată impurități nocive, astfel încât cantitatea sa este clar limitată.
Sulful este inclus în compoziția combustibilului sub formă de sulfați, sulfuri și, de asemenea, ca gaze de dioxid de sulf. Când sunt hidratați, oxizii de sulf formează acid sulfuric, care distruge echipament cazan, afectează negativ vegetația și organismele vii.
De aceea, sulful este elementul chimic, a cărui prezență în combustibilul natural este extrem de nedorită. La intrarea în camera de lucru, compușii de sulf provoacă otrăvire semnificativă a personalului operator.
Există trei tipuri de cenușă în funcție de originea sa:
- primar;
- secundar;
- terţiar.
Forma primară se formează din substanțele minerale conținute în plante. Cenușa secundară se formează ca urmare a ingerării reziduurilor vegetale de către nisip și pământ în timpul formării formării.
Cenușa terțiară se dovedește a fi parte a combustibilului în procesul de extracție, depozitare și, de asemenea, transportul acestuia. Cu o depunere semnificativă de cenușă, există o scădere a transferului de căldură pe suprafața de încălzire a unității cazanului, reduce cantitatea de transfer de căldură către apă din gaze. O cantitate mare cenușa afectează negativ funcționarea cazanului.
In cele din urma
O influență semnificativă asupra procesului de ardere a oricărui tip de combustibil este exercitată de volatile. Cu cât puterea lor este mai mare, cu atât volumul frontului de flăcări va fi mai mare. De exemplu, cărbunele, turba, iau ușor foc, procesul este însoțit de pierderi de căldură nesemnificative. Cocsul care rămâne după îndepărtarea impurităților volatile conține doar compuși minerali și carboni. În funcție de caracteristicile combustibilului, cantitatea de căldură variază semnificativ.
În funcție de compoziția chimică, se disting trei etape de formare a combustibililor solizi: turbă, lignit, cărbune.
Lemnul natural este folosit în instalațiile de cazane mici. Se folosesc mai ales așchii de lemn, rumeguș, plăci, scoarță, lemnul de foc în sine este folosit în cantități mici. În funcție de tipul de lemn, cantitatea de căldură degajată variază semnificativ.
Pe măsură ce puterea calorică scade, lemnul de foc capătă anumite avantaje: inflamabilitate rapidă, conținut minim de cenușă și absența urmelor de sulf.
Informațiile fiabile despre compoziția combustibililor naturali sau sintetici, puterea lor calorică, reprezintă o modalitate excelentă de a efectua calcule termochimice.
În prezent, există o oportunitate reală de a identifica acele opțiuni principale pentru combustibilii solizi, gazoși, lichizi care vor deveni cei mai eficienti și mai ieftin de utilizat într-o anumită situație.
Tabelele prezintă căldura specifică masei de ardere a combustibilului (lichid, solid și gazos) și a altor materiale combustibile. Se au în vedere combustibili precum: cărbune, lemn de foc, cocs, turbă, kerosen, petrol, alcool, benzină, gaze naturale etc.
Lista de mese:
Într-o reacție exotermă de oxidare a combustibilului, energia sa chimică este convertită în energie termică cu eliberarea unei anumite cantități de căldură. Cele emergente energie termală numită căldură de ardere a combustibilului. Depinde de compoziția sa chimică, umiditate și este cea principală. Puterea calorică a combustibilului, raportată la 1 kg de masă sau 1 m 3 de volum, formează puterea calorică specifică masei sau volumetrice.
Căldura specifică de ardere a combustibilului este cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei unități de masă sau de volum de combustibil solid, lichid sau gazos. În Sistemul Internațional de Unități, această valoare este măsurată în J / kg sau J / m 3.
Căldura specifică de ardere a unui combustibil poate fi determinată experimental sau calculată analitic. Metodele experimentale de determinare a puterii calorice se bazează pe măsurarea practică a cantității de căldură degajată în timpul arderii combustibilului, de exemplu, într-un calorimetru cu un termostat și o bombă cu ardere. Pentru un combustibil cu o compoziție chimică cunoscută, căldura specifică de ardere poate fi determinată din formula lui Mendeleev.
Există călduri specifice de ardere mai mari și mai mici. Puterea calorică brută este egală cu numărul maxim căldura degajată în timpul arderii complete a combustibilului, ținând cont de căldura consumată la evaporarea umidității conținute în combustibil. Puterea calorică netă valoare mai mică mai mare cu valoarea căldurii de condensare, care se formează din umiditatea combustibilului și hidrogenul masei organice, care se transformă în apă în timpul arderii.
Pentru a determina indicatorii de calitate a combustibilului, precum și în calculele de inginerie termică folosesc de obicei cea mai scăzută căldură specifică de ardere, care este cea mai importantă caracteristică termică și operațională a combustibilului și este dată în tabelele de mai jos.
Căldura specifică de ardere a combustibilului solid (cărbune, lemn de foc, turbă, cocs)
Tabelul prezintă valorile căldurii specifice de ardere a combustibilului solid uscat în unitatea de MJ/kg. Combustibilul din tabel este aranjat după nume, în ordine alfabetică.
Dintre combustibilii solizi considerați, cărbunele de cocsificare are cea mai mare putere calorică - căldura sa specifică de ardere este de 36,3 MJ/kg (sau 36,3·10 6 J/kg în unități SI). În plus, puterea calorică ridicată este caracteristică cărbunelui, antracitului, cărbuneși cărbune brun.
Combustibilii cu eficiență energetică scăzută includ lemnul, lemnul de foc, praful de pușcă, freztorf, șisturile petroliere. De exemplu, căldura specifică de ardere a lemnului de foc este de 8,4 ... 12,5, iar praful de pușcă - doar 3,8 MJ / kg.
| Combustibil | |
|---|---|
| Antracit | 26,8…34,8 |
| Pelete de lemn (pastile) | 18,5 |
| Lemn de foc uscat | 8,4…11 |
| Lemn de foc uscat de mesteacan | 12,5 |
| cocs de gaz | 26,9 |
| cocs de furnal | 30,4 |
| semi-cocs | 27,3 |
| Pudra | 3,8 |
| Ardezie | 4,6…9 |
| șisturi bituminoase | 5,9…15 |
| Solid combustibil pentru racheta | 4,2…10,5 |
| Turbă | 16,3 |
| turbă fibroasă | 21,8 |
| Măcinarea turbei | 8,1…10,5 |
| Pesmet de turbă | 10,8 |
| Cărbune brun | 13…25 |
| Cărbune brun (brichete) | 20,2 |
| Cărbune brun (praf) | 25 |
| Cărbune de Donețk | 19,7…24 |
| Cărbune | 31,5…34,4 |
| Cărbune | 27 |
| Cărbune cocsificabil | 36,3 |
| Cărbune de Kuznetsk | 22,8…25,1 |
| Cărbune din Chelyabinsk | 12,8 |
| cărbune Ekibastuz | 16,7 |
| freztorf | 8,1 |
| Zgură | 27,5 |
Căldura specifică de ardere a combustibilului lichid (alcool, benzină, kerosen, ulei)
Este dat tabelul căldurii specifice de ardere a combustibilului lichid și a altor lichide organice. Trebuie remarcat faptul că carburanții precum benzina, motorina și uleiul se caracterizează prin degajare mare de căldură în timpul arderii.
Căldura specifică de ardere a alcoolului și acetonei este semnificativ mai mică decât combustibilii tradiționali. În plus, cu privire la valoare mica propulsorul lichid posedă puterea calorică și - la arderea completă a 1 kg din aceste hidrocarburi se va degaja cantitatea de căldură egală cu 9,2, respectiv 13,3 MJ.
| Combustibil | Căldura specifică de ardere, MJ/kg |
|---|---|
| Acetonă | 31,4 |
| Benzină A-72 (GOST 2084-67) | 44,2 |
| Benzină de aviație B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| Benzină AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| Benzen | 40,6 |
| Combustibil diesel de iarnă (GOST 305-73) | 43,6 |
| Combustibil diesel de vară (GOST 305-73) | 43,4 |
| Propulsor lichid (kerosen + oxigen lichid) | 9,2 |
| Kerosenul de aviație | 42,9 |
| Kerosen de iluminat (GOST 4753-68) | 43,7 |
| xilen | 43,2 |
| Păcură cu conținut ridicat de sulf | 39 |
| Păcură cu conținut scăzut de sulf | 40,5 |
| Păcură cu conținut scăzut de sulf | 41,7 |
| Păcură sulfuroasă | 39,6 |
| Alcool metilic (metanol) | 21,1 |
| Alcool n-butilic | 36,8 |
| Ulei | 43,5…46 |
| Ulei metan | 21,5 |
| Toluen | 40,9 |
| Spirit alb (GOST 313452) | 44 |
| etilen glicol | 13,3 |
| Alcool etilic (etanol) | 30,6 |
Căldura specifică de ardere a combustibilului gazos și a gazelor combustibile
Este prezentat un tabel cu căldura specifică de ardere a combustibilului gazos și a altor gaze combustibile în dimensiunea MJ/kg. Dintre gazele considerate, cea mai mare masă specifică de căldură de ardere diferă. Odată cu arderea completă a unui kilogram din acest gaz, vor fi eliberate 119,83 MJ de căldură. De asemenea, un combustibil precum gazul natural are o putere calorică mare - căldura specifică de ardere a gazelor naturale este de 41 ... 49 MJ/kg (pentru 50 MJ/kg pur).
| Combustibil | Căldura specifică de ardere, MJ/kg |
|---|---|
| 1-Butene | 45,3 |
| Amoniac | 18,6 |
| Acetilenă | 48,3 |
| Hidrogen | 119,83 |
| Hidrogen, amestec cu metan (50% H2 și 50% CH4 în masă) | 85 |
| Hidrogen, amestec cu metan și monoxid de carbon (33-33-33% în greutate) | 60 |
| Hidrogen, amestec cu monoxid de carbon (50% H 2 50% CO 2 în masă) | 65 |
| Gaz de furnal | 3 |
| gaz de cuptor de cocs | 38,5 |
| Gaz de hidrocarburi lichefiate GPL (propan-butan) | 43,8 |
| izobutan | 45,6 |
| Metan | 50 |
| n-butan | 45,7 |
| n-hexan | 45,1 |
| n-Pentan | 45,4 |
| Gaz asociat | 40,6…43 |
| Gaz natural | 41…49 |
| Propadien | 46,3 |
| propan | 46,3 |
| propilenă | 45,8 |
| Propilenă, amestec cu hidrogen și monoxid de carbon (90%-9%-1% în greutate) | 52 |
| etan | 47,5 |
| Etilenă | 47,2 |
Căldura specifică de ardere a unor materiale combustibile
Este dat un tabel al căldurii specifice de ardere a unor materiale combustibile (, lemn, hârtie, plastic, paie, cauciuc etc.). Trebuie remarcate materialele cu degajare mare de căldură în timpul arderii. Aceste materiale includ: cauciuc tipuri variate, polistiren expandat (styrofoam), polipropilenă și polietilenă.
| Combustibil | Căldura specifică de ardere, MJ/kg |
|---|---|
| Hârtie | 17,6 |
| Imitaţie de piele | 21,5 |
| Lemn (bare cu un conținut de umiditate de 14%) | 13,8 |
| Lemn în stive | 16,6 |
| lemn de stejar | 19,9 |
| Lemn de molid | 20,3 |
| lemn verde | 6,3 |
| Lemn de pin | 20,9 |
| Kapron | 31,1 |
| Produse carbolite | 26,9 |
| Carton | 16,5 |
| Cauciuc stiren-butadien SKS-30AR | 43,9 |
| Cauciuc natural | 44,8 |
| Cauciuc sintetic | 40,2 |
| SCS cauciuc | 43,9 |
| Cauciuc cloropren | 28 |
| Linoleum cu clorură de polivinil | 14,3 |
| Linoleum cu două straturi de clorură de polivinil | 17,9 |
| Policlorura de linoleum pe bază de pâslă | 16,6 |
| Linoleum polivinil clorură pe bază caldă | 17,6 |
| Policlorura de linoleum pe bază de țesătură | 20,3 |
| cauciuc linoleum (relin) | 27,2 |
| Parafină solidă | 11,2 |
| Polyfoam PVC-1 | 19,5 |
| Polyfoam FS-7 | 24,4 |
| Polyfoam FF | 31,4 |
| Polistiren expandat PSB-S | 41,6 |
| spuma poliuretanica | 24,3 |
| placă de fibre | 20,9 |
| Clorura de polivinil (PVC) | 20,7 |
| Policarbonat | 31 |
| Polipropilenă | 45,7 |
| Polistiren | 39 |
| Polietilenă de înaltă densitate | 47 |
| Polietilenă de joasă presiune | 46,7 |
| Cauciuc | 33,5 |
| Ruberoid | 29,5 |
| Canalul de funingine | 28,3 |
| Fân | 16,7 |
| Paie | 17 |
| sticla organica (plexiglas) | 27,7 |
| Textolit | 20,9 |
| Tol | 16 |
| TNT | 15 |
| Bumbac | 17,5 |
| Celuloză | 16,4 |
| Lână și fibre de lână | 23,1 |
Surse:
- GOST 147-2013 Combustibil mineral solid. Determinarea puterii calorifice brute și calculul căldură mai scăzută combustie.
- GOST 21261-91 Produse petroliere. Metodă de determinare a puterii calorifice brute și de calcul a puterii calorifice nete.
- GOST 22667-82 Gaze naturale combustibile. Metoda de calcul pentru determinarea puterii calorice, a densității relative și a numărului Wobbe.
- GOST 31369-2008 Gaze naturale. Calculul puterii calorice, densității, densității relative și numărului Wobbe pe baza compoziției componentelor.
- Zemsky G. T. Proprietăți inflamabile ale materialelor anorganice și organice: carte de referință M.: VNIIPO, 2016 - 970 p.
Cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei cantități unitare de combustibil se numește putere calorică (Q) sau, așa cum se numește uneori, putere calorică sau putere calorică, care este una dintre principalele caracteristici ale combustibilului.
Puterea calorică a gazelor este de obicei denumită 1 m 3, luate în condiții normale.
În calculele tehnice, condițiile normale sunt înțelese ca starea gazului la o temperatură egală cu 0 ° C și, la o presiune de 760 mmHg Artă. Se notează volumul de gaz în aceste condiții nm 3(metru cub normal).
Pentru măsurătorile industriale ale gazelor în conformitate cu GOST 2923-45, temperatura de 20 ° C și presiunea de 760 sunt considerate condiții normale mmHg Artă. Volumul de gaz se referea la aceste condiții, spre deosebire de nm 3 vom suna m 3 (metru cub).
Puterea calorică a gazelor (Q)) exprimat în kcal/nm e sau în kcal / m 3.
Pentru gazele lichefiate, puterea calorică se referă la 1 kg.
Există putere calorică mai mare (Q in) și mai mică (Q n). Puterea calorică brută ia în considerare căldura de condensare a vaporilor de apă formată în timpul arderii combustibilului. Puterea calorică netă nu ține cont de căldura conținută în vaporii de apă ai produselor de ardere, deoarece vaporii de apă nu se condensează, ci sunt transportați cu produsele de ardere.
Conceptele Q in și Q n se aplică numai acelor gaze, în timpul arderii cărora se eliberează vapori de apă (aceste concepte nu se aplică monoxidului de carbon, care nu dă vapori de apă în timpul arderii).
Când vaporii de apă se condensează, se eliberează căldură egală cu 539 kcal/kg.În plus, atunci când condensul este răcit la 0°C (sau 20°C), căldura este eliberată, respectiv, în cantitate de 100 sau 80 kcal/kg.
În total, datorită condensării vaporilor de apă, căldura este eliberată mai mult de 600 kcal/kg, care este diferența dintre puterea calorică brută și cea netă a gazului. Pentru majoritatea gazelor utilizate în alimentarea cu gaze urbane, această diferență este de 8-10%.
Valorile puterii calorice a unor gaze sunt date în tabel. 3.
Pentru alimentarea cu gaze urbane se folosesc în prezent gaze care, de regulă, au o putere calorică de cel puțin 3500 kcal / nm 3. Acest lucru se explică prin faptul că, în condițiile orașelor, gazul este furnizat prin conducte pe distanțe considerabile. Cu o putere calorică scăzută, este necesar să se furnizeze o cantitate mare. Acest lucru duce inevitabil la o creștere a diametrelor conductelor de gaz și, ca urmare, la o creștere a investițiilor metalice și a fondurilor pentru construcția rețelelor de gaze și, ulterior, la o creștere a costurilor de exploatare. Un dezavantaj semnificativ al gazelor cu conținut scăzut de calorii este că în majoritatea cazurilor acestea conțin cantitate semnificativă monoxid de carbon, care crește pericolul la utilizarea gazului, precum și la întreținerea rețelelor și instalațiilor.
Gaz cu putere calorică mai mică de 3500 kcal/nm 3 cel mai des folosit in industrie, unde nu este necesara transportul pe distante mari si este mai usor de organizat incinerarea. Pentru alimentarea cu gaze urbane, este de dorit să existe o putere calorică constantă a gazului. Fluctuațiile, așa cum am stabilit deja, nu sunt permise mai mult de 10%. Schimbare mare puterea calorică a gazului necesită o nouă reglare și uneori o schimbare un numar mare arzătoare standardizate pentru aparatele de uz casnic, ceea ce este asociat cu dificultăți semnificative.
Clasificarea gazelor combustibile
Pentru alimentarea cu gaze a orașelor și întreprinderile industriale se folosesc diverse gaze combustibile, care diferă ca origine, compoziție chimică și proprietăți fizice.
După origine, gazele combustibile sunt împărțite în naturale, sau naturale și artificiale, produse din combustibili solizi și lichizi.
gazele naturale extrase din sondele zăcămintelor de gaze pur sau zăcămintelor de petrol împreună cu petrol. Gazele câmpurilor petroliere se numesc gaze asociate.
Gazele zăcămintelor de gaze pure constau în principal din metan cu un conținut mic de hidrocarburi grele. Se caracterizează prin constanța compoziției și puterea calorică.
Gazele asociate, împreună cu metanul, conțin o cantitate semnificativă de hidrocarburi grele (propan și butan). Compoziția și puterea calorică a acestor gaze variază foarte mult.
Gazele artificiale sunt produse pe special centrale de gaz- sau obținut ca produs secundar din arderea cărbunelui în uzine metalurgice, precum și în rafinăriile de petrol.
Gazele produse din cărbune sunt folosite în țara noastră pentru alimentarea cu gaze urbane în cantități foarte limitate, iar greutatea lor specifică este în continuă scădere. În același timp, producția și consumul de gaze de hidrocarburi lichefiate, obținute din gazele petroliere asociate la uzinele de gaz-benzină și la rafinăriile de petrol în timpul rafinării petrolului, este în creștere. Lichid gaze de hidrocarburi utilizate pentru alimentarea cu gaze urbane, constau în principal din propan și butan.
Compoziția gazelor
Tipul de gaz și compoziția acestuia predetermină în mare măsură domeniul de aplicare al gazului, schema și diametrele rețelei de gaz, soluțiile de proiectare pentru arzătoare cu gaz și unități individuale de conducte de gaz.
Consumul de gaz depinde de puterea calorică, și de aici de diametrele conductelor de gaz și de condițiile de ardere a gazelor. La utilizarea gazului în instalații industriale, temperatura de ardere și viteza de propagare a flăcării și constanța compoziției sunt foarte semnificative. combustibil gazos Compoziția gazelor, precum și proprietăți fizico-chimice ele depind în primul rând de tipul şi metoda de obţinere a gazelor.
Gazele combustibile sunt amestecuri mecanice de diferite gaze<как горючих, так и негорючих.
Partea combustibilă a combustibilului gazos include: hidrogen (H 2) - un gaz fără culoare, gust și miros, puterea sa calorică inferioară este 2579 kcal / nm 3 \ metanul (CH 4) - un gaz incolor, insipid și inodor, este principala parte combustibilă a gazelor naturale, puterea sa calorică inferioară este de 8555 kcal / nm 3; monoxid de carbon (CO) - un gaz incolor, insipid și inodor, obținut din arderea incompletă a oricărui combustibil, foarte toxic, cu putere calorică scăzută 3018 kcal / nm 3; hidrocarburi grele (C p N t), Cu acest nume<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*.
Partea necombustibilă a combustibilului gazos include: dioxid de carbon (CO 2 ), oxigen (O 2) și azot (N 2).
Partea necombustibilă a gazelor se numește balast. Gazele naturale se caracterizează prin putere calorică ridicată și absența completă a monoxidului de carbon. În același timp, o serie de zăcăminte, în principal gaz și petrol, conțin un foarte toxic (și corosiv) - hidrogen sulfurat (H 2 S). Majoritatea gazelor artificiale de cărbune conțin o cantitate semnificativă de gaz foarte toxic - monoxid de carbon (CO). ) Prezența oxidului în carbonul gazului și a altor substanțe toxice este extrem de nedorită, deoarece complică producerea muncii operaționale și măresc pericolul la utilizarea gazului. Pe lângă componentele principale, compoziția gazelor include diverse impurități, a căror valoare specifică este neglijabilă în termeni procentuali. Cu toate acestea, având în vedere că mii și chiar milioane de metri cubi de gaz, cantitatea totală de impurități atinge o valoare semnificativă. Multe impurități cad în conductele de gaz, ceea ce duce în cele din urmă la o scădere a acestora. debitul și, uneori, la o oprire completă a fluxului de gaz. Prin urmare, prezența impurităților în gaz trebuie luată în considerare atât la proiectarea conductelor de gaz, cat si in timpul functionarii.
Cantitatea și compoziția impurităților depind de metoda de producere sau extracție a gazului și de gradul de purificare a acestuia. Cele mai dăunătoare impurități sunt praful, gudronul, naftalina, umezeala și compușii cu sulf.
Praful apare în gaz în timpul producției (extracției) sau în timpul transportului gazului prin conducte. Rășina este un produs al descompunerii termice a combustibilului și însoțește multe gaze artificiale. În prezența prafului în gaz, rășina contribuie la formarea de dopuri de gudron și noroi și blocaje în conductele de gaz.
Naftalina se găsește în mod obișnuit în gazele de cărbune artificial. La temperaturi scăzute, naftalina precipită în conducte și, împreună cu alte impurități solide și lichide, reduce aria de curgere a conductelor de gaz.
Umiditatea sub formă de vapori este conținută în aproape toate gazele naturale și artificiale. Intră în gazele naturale în câmpul de gaze datorită contactelor gazelor cu suprafața apei, iar gazele artificiale sunt saturate cu apă în timpul procesului de producție.Prezența umidității în gaz în cantități semnificative este nedorită, deoarece reduce puterea calorică. În plus, are o capacitate termică mare de vaporizare, umiditatea în timpul arderii gazului transportă o cantitate semnificativă de căldură împreună cu produsele de ardere în atmosferă. gazul este răcit în „povara mișcării sale prin țevi, se poate crea dopuri de apă în conducta de gaz (în punctele inferioare) pentru a fi șters. Acest lucru necesită instalarea unor colectoare speciale de condens și pomparea acestora.
Compușii cu sulf, așa cum s-a menționat deja, includ hidrogen sulfurat, precum și disulfura de carbon, mercaptan etc. Acești compuși nu numai că afectează negativ sănătatea umană, dar provoacă și coroziune semnificativă a țevilor.
Alte impurități dăunătoare includ amoniacul și compușii cu cianuri, care se găsesc în principal în gazele de cărbune. Prezența compușilor de amoniac și cianuri duce la creșterea coroziunii metalului țevilor.
Prezența dioxidului de carbon și a azotului în gazele combustibile este, de asemenea, nedorită. Aceste gaze nu participă la procesul de ardere, fiind un balast care reduce puterea calorică, ceea ce duce la creșterea diametrului conductelor de gaz și la scăderea eficienței economice a utilizării combustibilului gazos.
Compoziția gazelor utilizate pentru alimentarea cu gaze urbane trebuie să îndeplinească cerințele GOST 6542-50 (Tabelul 1).
tabelul 1
Valorile medii ale compoziției gazelor naturale din cele mai cunoscute câmpuri din țară sunt prezentate în Tabel. 2.
Din zăcăminte de gaze (uscate)
| Vestul Ucrainei. . . | 81,2 | 7,5 | 4,5 | 3,7 | 2,5 | - . | 0,1 | 0,5 | 0,735 | |
| Shebelinskoye ................................. | 92,9 | 4,5 | 0,8 | 0,6 | 0,6 | ____ . | 0,1 | 0,5 | 0,603 | |
| Regiunea Stavropol. . | 98,6 | 0,4 | 0,14 | 0,06 | - | 0,1 | 0,7 | 0,561 | ||
| Regiunea Krasnodar. . | 92,9 | 0,5 | - | 0,5 | _ | 0,01 | 0,09 | 0,595 | ||
| Saratov ............................... | 93,4 | 2,1 | 0,8 | 0,4 | 0,3 | Urme de pasi | 0,3 | 2,7 | 0,576 | |
| Gazli, regiunea Bukhara | 96,7 | 0,35 | 0,4" | 0,1 | 0,45 | 0,575 | ||||
| Din zăcăminte de petrol și gaze (asociate) | ||||||||||
| Romashkino ............................... | 18,5 | 6,2 | 4,7 | 0,1 | 11,5 | 1,07 | ||||
| 7,4 | 4,6 | ____ | Urme de pasi | 1,112 | __ . | |||||
| Tuymazy ............................... | 18,4 | 6,8 | 4,6 | ____ | 0,1 | 7,1 | 1,062 | - | ||
| Ashy....... | 23,5 | 9,3 | 3,5 | ____ | 0,2 | 4,5 | 1,132 | - | ||
| Îndrăzneț.......... ................................ . | 2,5 | . ___ . | 1,5 | 0,721 | - | |||||
| Ulei de Syzran ............................... | 31,9 | 23,9 - | 5,9 | 2,7 | 0,8 | 1,7 | 1,6 | 31,5 | 0,932 | - |
| Ishimbay ............................... | 42,4 | 20,5 | 7,2 | 3,1 | 2,8 | 1,040 | _ | |||
| Andijan. ............................... | 66,5 | 16,6 | 9,4 | 3,1 | 3,1 | 0,03 | 0,2 | 4,17 | 0,801 ; | |
Puterea calorică a gazelor
Cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei cantități unitare de combustibil se numește putere calorică (Q) sau, așa cum se numește uneori, putere calorică sau putere calorică, care este una dintre principalele caracteristici ale combustibilului.
Puterea calorică a gazelor este de obicei denumită 1 m 3, luate în condiții normale.
În calculele tehnice, condițiile normale sunt înțelese ca starea gazului la o temperatură egală cu 0 ° C și, la o presiune de 760 mmHg Artă. Se notează volumul de gaz în aceste condiții nm 3(metru cub normal).
Pentru măsurătorile industriale ale gazelor în conformitate cu GOST 2923-45, temperatura de 20 ° C și presiunea de 760 sunt considerate condiții normale mmHg Artă. Volumul de gaz se referea la aceste condiții, spre deosebire de nm 3 vom suna m 3 (metru cub).
Puterea calorică a gazelor (Q)) exprimat în kcal/nm e sau în kcal / m 3.
Pentru gazele lichefiate, puterea calorică se referă la 1 kg.
Există putere calorică mai mare (Q in) și mai mică (Q n). Puterea calorică brută ia în considerare căldura de condensare a vaporilor de apă formată în timpul arderii combustibilului. Puterea calorică netă nu ține cont de căldura conținută în vaporii de apă ai produselor de ardere, deoarece vaporii de apă nu se condensează, ci sunt transportați cu produsele de ardere.
Conceptele Q in și Q n se aplică numai acelor gaze, în timpul arderii cărora se eliberează vapori de apă (aceste concepte nu se aplică monoxidului de carbon, care nu dă vapori de apă în timpul arderii).
Când vaporii de apă se condensează, se eliberează căldură egală cu 539 kcal/kg.În plus, atunci când condensul este răcit la 0°C (sau 20°C), căldura este eliberată, respectiv, în cantitate de 100 sau 80 kcal/kg.
În total, datorită condensării vaporilor de apă, căldura este eliberată mai mult de 600 kcal/kg, care este diferența dintre puterea calorică brută și cea netă a gazului. Pentru majoritatea gazelor utilizate în alimentarea cu gaze urbane, această diferență este de 8-10%.
Valorile puterii calorice a unor gaze sunt date în tabel. 3.
Pentru alimentarea cu gaze urbane se folosesc în prezent gaze care, de regulă, au o putere calorică de cel puțin 3500 kcal / nm 3. Acest lucru se explică prin faptul că, în condițiile orașelor, gazul este furnizat prin conducte pe distanțe considerabile. Cu o putere calorică scăzută, este necesar să se furnizeze o cantitate mare. Acest lucru duce inevitabil la o creștere a diametrelor conductelor de gaz și, ca urmare, la o creștere a investițiilor metalice și a fondurilor pentru construcția rețelelor de gaze și, ulterior, la o creștere a costurilor de exploatare. Un dezavantaj semnificativ al gazelor cu conținut scăzut de calorii este că în majoritatea cazurilor conțin o cantitate semnificativă de monoxid de carbon, ceea ce crește pericolul la utilizarea gazului, precum și la întreținerea rețelelor și instalațiilor.
Gaz cu putere calorică mai mică de 3500 kcal/nm 3 cel mai des folosit in industrie, unde nu este necesara transportul pe distante mari si este mai usor de organizat incinerarea. Pentru alimentarea cu gaze urbane, este de dorit să existe o putere calorică constantă a gazului. Fluctuațiile, așa cum am stabilit deja, nu sunt permise mai mult de 10%. O modificare mai mare a puterii calorice a gazului necesită o nouă ajustare și, uneori, o schimbare a unui număr mare de arzătoare unificate pentru aparatele de uz casnic, care este asociată cu dificultăți semnificative.
