Förbränningsvärmen bestäms av den kemiska sammansättningen av det brännbara ämnet. De kemiska grundämnena som finns i det brännbara ämnet betecknas med de accepterade symbolerna FRÅN , H , O , N , S, och aska och vatten är symboler MEN och W respektive.

Encyklopedisk YouTube

• 1 / 5

  Förbränningsvärmen kan relateras till det brännbaras arbetsmassa Q P (\displaystyle Q^(P)), det vill säga till ett brännbart ämne i den form som det kommer in i konsumenten; till torrsubstans Q C (\displaystyle Q^(C)); till den brännbara massan av materia Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), det vill säga till ett brännbart ämne som inte innehåller fukt och aska.

  Särskilj högre ( Q B (\displaystyle Q_(B))) och lägre ( Q H (\displaystyle Q_(H))) förbränningsvärme.

  Under högre värmevärde förstå mängden värme som frigörs vid fullständig förbränning av ett ämne, inklusive värmen från kondensation av vattenånga under kylning av förbränningsprodukterna.

  Netto värmevärde motsvarar mängden värme som frigörs vid fullständig förbränning, utan hänsyn till kondensationsvärmen av vattenånga. Värmen av kondensation av vattenånga kallas också latent förångningsvärme (kondensation).

  Det lägre och högre värmevärdet är relaterat till förhållandet: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  där k är en koefficient lika med 25 kJ/kg (6 kcal/kg); W - mängden vatten i det brännbara ämnet, % (vikt); H är mängden väte i det brännbara ämnet, viktprocent.

  Beräkning av förbränningsvärme

  Det högre värmevärdet är alltså mängden värme som frigörs under den fullständiga förbränningen av en enhetsmassa eller volym (för gas) av ett brännbart ämne och kylning av förbränningsprodukterna till daggpunktstemperaturen. I värmetekniska beräkningar tas bruttovärmevärdet till 100 %. Det latenta förbränningsvärmet av gas är den värme som frigörs vid kondensationen av vattenånga som finns i förbränningsprodukterna. Teoretiskt kan det nå 11%.

  I praktiken är det inte möjligt att kyla förbränningsprodukterna till fullständig kondensation, och därför introduceras konceptet nettovärmevärde (QHp), som erhålls genom att subtrahera från det högre värmevärdet förångningsvärmen av vattenånga som båda finns i ämnet och som bildas vid dess förbränning. 2514 kJ/kg (600 kcal/kg) går åt på förångning av 1 kg vattenånga. Nettovärmevärdet bestäms av formlerna (kJ / kg eller kcal / kg):

  Q H P = Q B P − 2514 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(för fast)

  Q H P = Q B P − 600 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(för flytande ämne), var:

  2514 - förångningsvärme vid 0 °C och atmosfärstryck kJ/kg;

  H P (\displaystyle H^(P)) och W P (\displaystyle W^(P))- innehållet av väte och vattenånga i arbetsbränslet, %;

  9 är en koefficient som visar att när 1 kg väte förbränns i kombination med syre, bildas 9 kg vatten.

  Förbränningsvärmen är mest viktig egenskap bränsle, eftersom det bestämmer mängden värme som erhålls genom att bränna 1 kg fast eller flytande bränsle eller 1 m³ gasformigt bränsle i kJ/kg (kcal/kg). 1 kcal = 4,1868 eller 4,19 kJ.

  Nettovärmevärdet bestäms experimentellt för varje ämne och är ett referensvärde. Det kan också bestämmas för fasta och flytande material, med en känd grundämnessammansättning, genom beräkning i enlighet med formeln D. I. Mendeleev, kJ / kg eller kcal / kg:

  Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 ⋅ H P − 109 ⋅ (OP − S L P) − 25,14 ⋅ (9 ⋅ H P + W P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=339\cdot C^5(P)\12 cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25.14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))

  Q H P = 81 ⋅ C P + 246 ⋅ H P − 26 ⋅ (OP + S L P) − 6 ⋅ W P (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), var:

  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))- innehållet av kol, väte, syre, flyktigt svavel och fukt i bränslets arbetsmassa i viktprocent.

  För jämförande beräkningar används det så kallade konventionella bränslet, som har ett specifikt förbränningsvärme lika med 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg).

  I Ryssland termiska beräkningar(till exempel beräkning av värmebelastningen för att bestämma kategorin av ett rum för explosions- och brandrisk) utförs vanligtvis enligt det lägsta värmevärdet, i USA, Storbritannien, Frankrike - enligt det högsta. I Storbritannien och USA, före införandet av det metriska systemet, mättes värmevärdet i brittiska termiska enheter (BTU) per pund (lb) (1Btu/lb = 2,326 kJ/kg).

  Ämnen och material	Netto värmevärde Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)) MJ/kg
  Bensin	41,87
  Fotogen	43,54
  Papper: böcker, tidningar	13,4
  Trä (stänger W = 14%)	13,8
  Naturgummi	44,73
  Polyvinylklorid linoleum	14,31
  Sudd	33,52
  Stapelfiber	13,8
  Polyeten	47,14
  Frigolit	41,6
  Bomull lossad	15,7
  Plast	41,87

  Vad är bränsle?

  Detta är en komponent eller en blandning av ämnen som är kapabla till kemiska omvandlingar i samband med frigöring av värme. Olika typer bränslen skiljer sig i det kvantitativa innehållet av oxidationsmedlet i dem, som används för att frigöra termisk energi.

  PÅ vid mening bränsle är en energibärare, det vill säga en potentiell typ av potentiell energi.

  Klassificering

  För närvarande är bränslen uppdelad enligt deras aggregationstillstånd i flytande, fast, gasformig.

  För svårt naturligt utseende inkluderar sten och ved, antracit. Briketter, koks, termoantracit är sorter av konstgjort fast bränsle.

  Vätskor inkluderar ämnen som innehåller ämnen av organiskt ursprung. Deras huvudkomponenter är: syre, kol, kväve, väte, svavel. Konstgjorda flytande bränsle kommer att vara en mängd olika hartser, eldningsolja.

  Det är en blandning av olika gaser: eten, metan, propan, butan. Utöver dem innehåller gasformiga bränslen koldioxid och kolmonoxid s, vätesulfid, kväve, vattenånga, syre.

  

  Bränsleindikatorer

  Huvudindikatorn på förbränning. Formeln för att bestämma värmevärdet beaktas i termokemi. fördela " referensbränsle”, vilket innebär värmevärdet på 1 kilo antracit.

  Hushållseldningsolja är avsedd för förbränning i värmeanordningar med låg effekt, som är placerade i bostadslokaler, värmegeneratorer som används i lantbruk för torkning av foder, konservering.

  Bränslets specifika förbränningsvärme är ett sådant värde att det visar mängden värme som bildas vid fullständig förbränning av bränsle med en volym på 1 m 3 eller en massa på ett kilogram.

  För att mäta detta värde används J / kg, J / m 3, kalori / m 3. För att bestämma förbränningsvärmen, använd kalorimetrimetoden.

  Med en ökning specifik värme förbränning av bränsle, den specifika bränsleförbrukningen minskar och koefficienten användbar åtgärd förblir samma värde.

  Förbränningsvärme av ämnen är mängden energi som frigörs vid oxidation av ett fast, flytande, gasformigt ämne.

  Det bestäms av den kemiska sammansättningen, såväl som tillståndet för aggregation av det brännbara ämnet.

  

  Funktioner hos förbränningsprodukter

  Det högre och lägre värmevärdet är associerat med tillståndet för aggregation av vatten i de ämnen som erhålls efter förbränning av bränsle.

  Bruttovärmevärdet är mängden värme som frigörs vid fullständig förbränning av ett ämne. Detta värde inkluderar värmen från kondensation av vattenånga.

  Det lägre arbetsvärmevärdet är det värde som motsvarar värmeavgivningen vid förbränning utan hänsyn till kondensationsvärmen av vattenånga.

  Det latenta kondensationsvärmet är värdet på kondensationsenergin av vattenånga.

  

  Matematiskt förhållande

  Det högre och lägre värmevärdet är relaterat till följande förhållande:

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

  där W är mängden i vikt (i %) vatten i det brännbara ämnet;

  H är mängden väte (viktprocent) i det brännbara ämnet;

  k - koefficient på 6 kcal/kg

  

  Beräkningsmetoder

  Det högre och lägre värmevärdet bestäms av två huvudmetoder: beräknat och experimentellt.

  Kalorimetrar används för experimentella beräkningar. Först bränns ett prov av bränsle i den. Värmen som kommer att frigöras i detta fall absorberas helt av vattnet. Med en uppfattning om vattenmassan är det möjligt att bestämma värdet på dess förbränningsvärme genom att ändra dess temperatur.

  Denna teknik anses enkel och effektiv, den förutsätter endast kunskap om teknisk analysdata.

  I beräkningsmetoden beräknas högsta och lägsta värmevärde enligt Mendeleevs formel.

  Q p H \u003d 339C p + 1030H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)

  Det tar hänsyn till innehållet av kol, syre, väte, vattenånga, svavel i arbetssammansättningen (i procent). Mängden värme under förbränning bestäms med hänsyn till referensbränslet.

  Förbränningsvärmen av gas gör att du kan göra preliminära beräkningar för att identifiera effektiviteten av användningen av en viss typ av bränsle.

  

  Funktioner av ursprung

  För att förstå hur mycket värme som frigörs vid förbränning av ett visst bränsle är det nödvändigt att ha en uppfattning om dess ursprung.

  I naturen finns det olika varianter fasta bränslen, som skiljer sig i sammansättning och egenskaper.

  Dess bildande utförs genom flera steg. Först bildas torv, sedan erhålls brunt och stenkol, sedan bildas antracit. De huvudsakliga källorna till bildning av fast bränsle är löv, trä och barr. Döende, delar av växter, när de utsätts för luft, förstörs av svampar och bildar torv. Dess ackumulering förvandlas till en brun massa, sedan erhålls brun gas.

  På högt tryck och temperatur, brun gas förvandlas till kol, sedan ackumuleras bränslet i form av antracit.

  Förutom organiskt material finns ytterligare ballast i bränslet. En organisk del är den del som bildades av organiskt material: väte, kol, kväve, syre. Förutom dessa kemiska element innehåller den ballast: fukt, aska.

  Ugnsteknik involverar tilldelning av arbetande, torr, såväl som brännbar massa av bränt bränsle. Arbetsmassan kallas bränslet i sin ursprungliga form, levererat till konsumenten. Torrvikt är en komposition där det inte finns något vatten.

  

  Förening

  De mest värdefulla komponenterna är kol och väte.

  Dessa element finns i alla typer av bränsle. I torv och trä når andelen kol 58 procent, i svart och brunt kol - 80%, och i antracit når den 95 viktprocent. Beroende på denna indikator ändras mängden värme som frigörs under förbränning av bränsle. Väte är den näst viktigaste beståndsdelen i något bränsle. I kontakt med syre bildar det fukt, vilket avsevärt minskar det termiska värdet av något bränsle.

  Dess andel varierar från 3,8 i oljeskiffer till 11 i eldningsolja. Syre, som är en del av bränslet, fungerar som barlast.

  Det är inte värmealstrande kemiskt element påverkar därför värdet på förbränningsvärmen negativt. Förbränning av kväve som finns i fritt eller bunden form i förbränningsprodukter, anses vara skadliga föroreningar, så mängden är klart begränsad.

  Svavel ingår i bränslesammansättningen i form av sulfater, sulfider och även som svaveldioxidgaser. När de hydratiseras bildar svaveloxider svavelsyra, som förstör pannutrustning, negativt påverkar växtlighet och levande organismer.

  Det är därför svavel är det kemiska elementet, vars närvaro i naturligt bränsle är mycket oönskad. När man kommer in i arbetsrummet orsakar svavelföreningar betydande förgiftning av driftpersonalen.

  Det finns tre typer av aska beroende på dess ursprung:

  • primär;
  • sekundär;
  • tertiär.

  Den primära formen bildas av de mineralämnen som finns i växter. Sekundär aska bildas som ett resultat av intag av växtrester av sand och jord under formationsbildningen.

  Tertiär aska visar sig vara en del av bränslet i processen för utvinning, lagring och även dess transport. Med en betydande avsättning av aska sker en minskning av värmeöverföringen på värmeytan på pannenheten, vilket minskar mängden värmeöverföring till vatten från gaser. Stor mängd aska påverkar pannans drift negativt.

  Till sist

  Ett betydande inflytande på förbränningsprocessen av alla typer av bränsle utövas av flyktiga ämnen. Ju större deras uteffekt, desto större blir flamfrontens volym. Till exempel, kol, torv, lätt fatta eld, processen åtföljs av obetydliga värmeförluster. Koksen som blir kvar efter avlägsnande av flyktiga föroreningar innehåller endast mineral- och kolföreningar. Beroende på bränslets egenskaper varierar mängden värme avsevärt.

  Beroende på kemisk sammansättning Det finns tre steg i bildningen av fasta bränslen: torv, brunkol, kol.

  Naturligt trä används i små pannanläggningar. Mestadels används träflis, sågspån, plattor, bark, själva veden används i små mängder. Beroende på träslag varierar mängden värme som frigörs avsevärt.

  När värmevärdet minskar får ved vissa fördelar: snabb brandfarlighet, minimal askhalt och frånvaro av spår av svavel.

  Tillförlitlig information om sammansättningen av naturliga eller syntetiska bränslen, deras värmevärde, är ett utmärkt sätt att utföra termokemiska beräkningar.

  För närvarande finns det en verklig möjlighet att identifiera de viktigaste alternativen för fasta, gasformiga, flytande bränslen som kommer att vara de mest effektiva och billiga att använda i en viss situation.

  FYSIKALISKA OCH KEMISKA EGENSKAPER HOS NATURGAS

  På naturgaser det finns ingen färg, lukt, smak.

  De viktigaste indikatorerna för naturgaser inkluderar: sammansättning, förbränningsvärme, densitet, förbrännings- och antändningstemperatur, explosionsgränser och explosionstryck.

  Naturgaser från rena gasfält består huvudsakligen av metan (82-98%) och andra kolväten.

  Brännbar gas innehåller brännbara och obrännbara ämnen. Brännbara gaser inkluderar: kolväten, väte, vätesulfid. Icke brandfarliga ämnen inkluderar: koldioxid, syre, kväve och vattenånga. Deras sammansättning är låg och uppgår till 0,1-0,3% CO2 och 1-14% N2. Efter extraktion utvinns giftig vätesulfidgas från gasen, vars innehåll inte bör överstiga 0,02 g/m3.

  Värmevärdet är mängden värme som frigörs vid fullständig förbränning av 1 m3 gas. Förbränningsvärmen mäts i kcal/m3, kJ/m3 gas. Värmevärdet för torr naturgas är 8000-8500 kcal/m 3 .

  Värdet som beräknas av förhållandet mellan ett ämnes massa och dess volym kallas ämnets densitet. Densiteten mäts i kg/m3. Naturgasens densitet beror helt på dess sammansättning och ligger inom c = 0,73-0,85 kg/m3.

  Den viktigaste egenskapen av eventuell brännbar gas är värmeeffekten, dvs. Maximal temperatur uppnås med fullständig förbränning av gasen, om den erforderliga mängden luft för förbränning exakt motsvarar de kemiska formlerna för förbränning, och den initiala temperaturen för gasen och luften är noll.

  Värmekapaciteten för naturgaser är cirka 2000 -2100 °C, metan - 2043 °C. Den faktiska förbränningstemperaturen i ugnar är mycket lägre än värmeeffekten och beror på förbränningsförhållandena.

  Tändningstemperaturen är temperaturen hos luft-bränsleblandningen vid vilken blandningen antänds utan antändningskälla. För naturgas ligger den i intervallet 645-700 °C.

  Alla brännbara gaser är explosiva och kan antändas med öppen låga eller gnista. Skilja på nedre och övre koncentrationsgränsen för flamutbredning , dvs. de lägre och övre koncentrationerna vid vilka en explosion av blandningen är möjlig. Den undre explosionsgränsen för gaser är 3÷6 %, den övre gränsen är 12÷16 %.

  Explosiva gränser.

  Gas-luftblandning som innehåller mängden gas:

  upp till 5% - brinner inte;

  från 5 till 15% - exploderar;

  mer än 15 % - brinner när luft tillförs.

  Trycket under explosionen av naturgas är 0,8-1,0 MPa.

  Alla brännbara gaser kan orsaka förgiftning av människokroppen. De viktigaste giftiga ämnena är: kolmonoxid (CO), vätesulfid (H 2 S), ammoniak (NH 3).

  Naturgas har ingen lukt. För att fastställa läckan luktar gasen (dvs de ger den en specifik lukt). Utförande av luktning utförs med användning av etylmerkaptan. Utför odorisering vid gasdistributionsstationer (GDS). När 1 % av naturgasen kommer in i luften börjar lukten kännas. Övning visar det genomsnitt etylmerkaptan för odorisering av naturgas som kommer in i stadsnäten bör vara 16 g per 1 000 m3 gas.

  Jämfört med fasta och flytande bränslen vinner naturgas på många sätt:

  Relativ billighet, vilket förklaras av mer det enkla sättet gruvdrift och transport;

  Ingen aska och avlägsnande av fasta partiklar i atmosfären;

  Hög förbränningsvärme;

  Ingen förberedelse av bränsle för förbränning krävs;

  Servicearbetarnas arbete underlättas och de sanitära och hygieniska förhållandena för deras arbete förbättras;

  Underlättar automatisering av arbetsprocesser.

  På grund av eventuella läckor genom läckor i gasledningsanslutningar och kopplingar kräver användningen av naturgas särskild försiktighet och försiktighet. Inträngning av mer än 20% av gasen i rummet kan leda till kvävning, och om den finns i en sluten volym från 5 till 15% kan det orsaka en explosion av gas-luftblandningen. Ofullständig förbränning ger giftig kolmonoxid CO, som även vid låga koncentrationer leder till förgiftning av driftpersonalen.

  Beroende på deras ursprung delas naturgaser in i två grupper: torra och feta.

  Torr gaser är gaser av mineraliskt ursprung och finns i områden som är associerade med nuvarande eller tidigare vulkanisk aktivitet. Torra gaser består nästan uteslutande av enbart metan med försumbara mängder ballastbeståndsdelar (kväve, koldioxid) och har ett värmevärde Qн=7000÷9000 kcal/nm3.

  fet gaser följer med oljefält och ansamlas vanligtvis i de övre lagren. Fettiga gaser är genom sitt ursprung nära olja och innehåller många lätt kondenserbara kolväten. Värmevärde flytande gaser Qn=8000-15000 kcal/nm3

  Fördelarna med gasformiga bränslen inkluderar enkel transport och förbränning, frånvaron av askfuktighet och den betydande enkelheten hos pannutrustning.

  Tillsammans med naturgaser konstgjorda brännbara gaser som erhålls under bearbetningen används också fasta bränslen, eller som ett resultat av driften av industrianläggningar som avgaser. Konstgjorda gaser består av brännbara gaser av ofullständig förbränning av bränsle, barlastgaser och vattenånga och delas in i rika och fattiga, med ett medelvärmevärde på 4500 kcal/m3 respektive 1300 kkam3. Sammansättning av gaser: väte, metan, andra kolväteföreningar CmHn, vätesulfid H 2 S, obrännbara gaser, koldioxid, syre, kväve och en liten mängd vattenånga. Ballast - kväve och koldioxid.

  Således kan sammansättningen av torrt gasformigt bränsle representeras som följande blandning av element:

  CO + H2 + ∑CmHn + H2S + CO2 + O2 + N2 \u003d 100%.

  Sammansättningen av det våta gasformiga bränslet uttrycks enligt följande:

  CO + H2 + ∑CmHn + H2S + CO2 + O2 + N2 + H2O \u003d 100%.

  Förbränningsvärme torr gasformigt bränsle kJ / m3 (kcal / m3) per 1 m3 gas under normala förhållanden bestäms enligt följande:

  Qn \u003d 0,01,

  Där Qi är värmevärdet för motsvarande gas.

  Förbränningsvärmen för gasformigt bränsle anges i tabell 3.

  Masugnsgas bildas vid järnsmältning i masugnar. Dess utbyte och kemiska sammansättning beror på laddningens och bränslets egenskaper, ugnens driftläge, metoder för att intensifiera processen och andra faktorer. Gasuttaget sträcker sig från 1500-2500 m 3 per ton tackjärn. Andelen icke brännbara komponenter (N 2 och CO 2) i masugnsgas är cirka 70 %, vilket bestämmer dess låga termiska prestanda (gasens lägsta värmevärde är 3-5 MJ/m 3 ).

  Vid förbränning av masugnsgas är den maximala temperaturen för förbränningsprodukterna (exklusive värmeförluster och värmeförbrukning för dissociation av CO 2 och H 2 O) 400-1500 0 C. Om gasen och luften värms upp före förbränning, temperaturen på förbränningsprodukterna kan höjas avsevärt.

  ferrolegeringsgas bildas vid smältning av ferrolegeringar i malmreduktionsugnar. Avgaserna från slutna ugnar kan användas som bränsle SER (sekundära energiresurser). I öppna ugnar pga fri tillgång luftgas brinner på toppen. Utbytet och sammansättningen av ferrolegeringsgas beror på kvaliteten på det smälta

  legering, laddningssammansättning, ugnsdriftläge, dess effekt, etc. Gassammansättning: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, O2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

  omvandlargas bildas vid stålsmältning i syreomvandlare. Gasen består huvudsakligen av kolmonoxid, dess utbyte och sammansättning under smältning förändras avsevärt. Efter rening är sammansättningen av gasen ungefär som följer: 70-80% CO; 15-20% CO2; 0,5-0,8% O2; 3-12 % N 2. Gasens förbränningsvärme är 8,4-9,2 MJ/m 3 . Den maximala förbränningstemperaturen når 2000 0 С.

  koksugnsgas bildas under koksningen av kolladdning. Inom järnmetallurgi används det efter utvinning av kemiska produkter. Sammansättningen av koksugnsgas beror på egenskaperna hos kolladdningen och koksförhållandena. Volymfraktioner av komponenter i gasen ligger inom följande gränser, %: 52-62H 2 ; 0,3-0,6 O2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO2. Förbränningsvärmen är 17-17,6 MJ / m ^ 3, den maximala temperaturen för förbränningsprodukterna är 2070 0 С.

  5. TERMISK FÖRBRÄNNINGSBALANS

  Överväg metoder för att beräkna värmebalansen i förbränningsprocessen av gasformiga, flytande och fasta bränslen. Beräkningen reduceras till att lösa följande problem.

  · Bestämning av bränslets förbränningsvärme (värmevärde).

  · Bestämning av den teoretiska förbränningstemperaturen.

  5.1. FÖRBRÄNNINGSVÄRME

  Kemiska reaktioner åtföljs av frigöring eller absorption av värme. När värme frigörs kallas reaktionen exoterm och när den absorberas kallas den endoterm. Alla förbränningsreaktioner är exotermiska och förbränningsprodukter är exoterma föreningar.

  Värmen som frigörs (eller absorberas) under en kemisk reaktion kallas reaktionsvärme. I exoterma reaktioner är det positivt, i endoterma reaktioner är det negativt. Förbränningsreaktionen åtföljs alltid av frigöring av värme. Förbränningsvärme Q g(J / mol) är mängden värme som frigörs under den fullständiga förbränningen av en mol av ett ämne och omvandlingen av ett brännbart ämne till produkter av fullständig förbränning. Mullvaden är den grundläggande SI-enheten för mängden av ett ämne. En mol är en sådan mängd av ett ämne som innehåller lika många partiklar (atomer, molekyler etc.) som det finns atomer i 12 g av kol-12-isotopen. Massan av en mängd av ett ämne lika med 1 mol (molekyl- eller molmassa) sammanfaller numeriskt med den relativa molekylvikten för ett givet ämne.

  Till exempel är den relativa molekylvikten för syre (O 2 ) 32, koldioxid (CO 2 ) är 44, och motsvarande molekylvikter skulle vara M=32 g/mol och M=44 g/mol. Således innehåller en mol syre 32 gram av detta ämne och en mol CO 2 innehåller 44 gram koldioxid.

  I tekniska beräkningar används ofta inte förbränningsvärmen Q g och bränslets värmevärde F(J/kg eller J/m3). Ett ämnes värmevärde är den mängd värme som frigörs vid en fullständig förbränning av 1 kg eller 1 m 3 av ett ämne. För flytande och fasta ämnen utförs beräkningen per 1 kg och för gasformiga ämnen per 1 m 3.

  Kunskap om förbränningsvärmen och bränslets värmevärde är nödvändig för att beräkna förbrännings- eller explosionstemperatur, explosionstryck, flamutbredningshastighet och andra egenskaper. Bränslets värmevärde bestäms antingen experimentellt eller genom beräkning. Vid den experimentella bestämningen av värmevärdet bränns en given massa fast eller flytande bränsle i en kalorimetrisk bomb och i fallet med gasformigt bränsle i en gaskalorimeter. Dessa enheter mäter den totala värmen F 0 , frigörs under förbränningen av ett prov av bränslevägning m. Värmevärde Q g hittas enligt formeln

  Samband mellan förbränningsvärme och
  bränslets värmevärde

  För att fastställa ett samband mellan förbränningsvärmen och ett ämnes värmevärde är det nödvändigt att skriva ner ekvationen för den kemiska reaktionen vid förbränning.

  Produkten av fullständig förbränning av kol är koldioxid:

  C + O 2 → CO 2.

  Produkten av fullständig förbränning av väte är vatten:

  2H2 + O2 → 2H2O.

  Produkten av fullständig förbränning av svavel är svaveldioxid:

  S + O 2 → SO 2.

  Samtidigt frigörs kväve, halogenider och andra obrännbara ämnen i fri form.

  brännbar gas

  Som ett exempel kommer vi att beräkna värmevärdet för metan CH 4, för vilket förbränningsvärmen är lika med Q g=882.6 .

  Bestäm molekylvikten för metan i enlighet med dess kemiska formel (CH 4):

  М=1∙12+4∙1=16 g/mol.

  Bestäm värmevärdet för 1 kg metan:

  Låt oss hitta volymen av 1 kg metan, med densiteten ρ=0,717 kg/m 3 under normala förhållanden:

  .

  Bestäm värmevärdet för 1 m 3 metan:

  Värmevärdet för eventuella brännbara gaser bestäms på liknande sätt. För många vanliga ämnen har värmevärdena och värmevärdena mätts med hög noggrannhet och anges i relevant referenslitteratur. Låt oss ge en tabell med värden för värmevärdet för vissa gasformiga ämnen (tabell 5.1). Värde F i denna tabell anges det i MJ / m 3 och i kcal / m 3, eftersom 1 kcal = 4,1868 kJ ofta används som värmeenhet.

  Tabell 5.1

  Värmevärde för gasformiga bränslen

  Ämne			Acetylen
  F

  Brännbart ämne - flytande eller fast

  Som ett exempel kommer vi att beräkna värmevärdet för etylalkohol C 2 H 5 OH, för vilken förbränningsvärmen Q g= 1373,3 kJ/mol.

  Bestäm molekylvikten för etylalkohol i enlighet med dess kemiska formel (C 2 H 5 OH):

  М = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.

  Bestäm värmevärdet för 1 kg etylalkohol:

  Värmevärdet för eventuella flytande och fasta brännbara ämnen bestäms på liknande sätt. I tabell. 5.2 och 5.3 visar värmevärdena F(MJ/kg och kcal/kg) för vissa flytande och fasta ämnen.

  Tabell 5.2

  Värmevärde för flytande bränslen

  Ämne		Metylalkohol	Etanol			Brännolja, olja
  F

  Tabell 5.3

  Värmevärde för fasta bränslen

  Ämne		trä färskt	trä torrt	brunkol	Torv torr	Antracit, koks
  F

  Mendeleevs formel

  Om bränslets värmevärde är okänt, kan det beräknas med den empiriska formeln som föreslås av D.I. Mendelejev. För att göra detta måste du känna till bränslets elementära sammansättning (bränslets ekvivalenta formel), det vill säga procentandelen av följande element i det:

  syre (O);

  Väte (H);

  Kol (C);

  Svavel (S);

  aska (A);

  Vatten (W).

  Förbränningsprodukterna av bränslen innehåller alltid vattenånga, som bildas både på grund av närvaron av fukt i bränslet och vid förbränning av väte. Avfallsprodukter från förbränning lämnar industrianläggningen vid en temperatur över daggpunktstemperaturen. Därför kan värmen som frigörs vid kondensering av vattenånga inte användas på ett användbart sätt och bör inte tas med i beräkningen i termiska beräkningar.

  Nettovärmevärdet används vanligtvis för beräkningen. Q n bränsle, som tar hänsyn till värmeförluster med vattenånga. För fasta och flytande bränslen, värdet Q n(MJ / kg) bestäms ungefär av Mendeleevs formel:

  Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

  där andelen (mass-%) av motsvarande grundämnen i bränslesammansättningen anges inom parentes.

  Denna formel tar hänsyn till värmen från exoterma förbränningsreaktioner av kol, väte och svavel (med ett plustecken). Syre, som är en del av bränslet, ersätter delvis syre i luften, så motsvarande term i formel (5.1) tas med ett minustecken. När fukt avdunstar förbrukas värme, så motsvarande term som innehåller W tas också med ett minustecken.

  Jämförelse av beräknade och experimentella data om värmevärdet för olika bränslen (ved, torv, kol, olja) visade att beräkningen enligt Mendeleevs formel (5.1) ger ett fel som inte överstiger 10 %.

  Netto värmevärde Q n(MJ / m 3) av torra brännbara gaser kan beräknas med tillräcklig noggrannhet som summan av produkterna av värmevärdet för enskilda komponenter och deras andel i 1 m 3 gasformigt bränsle.

  Q n= 0,108[Í2] + 0,126[СО] + 0,358[CH4] + 0,5[С2Í2] + 0,234[Í2S]…, (5,2)

  där andelen (vol.%) innehåll av motsvarande gaser i blandningen anges inom parentes.

  Naturgasens genomsnittliga värmevärde är cirka 53,6 MJ/m 3 . I artificiellt framställda brännbara gaser är halten CH 4-metan försumbar. De huvudsakliga brännbara komponenterna är väte H 2 och kolmonoxid CO. I koksugnsgas, till exempel, når halten H 2 (55 ÷ 60) %, och nettovärmevärdet för sådan gas når 17,6 MJ/m 3 . I generatorgasen, halten av CO ~ 30% och H 2 ~ 15%, medan nettovärmevärdet för generatorgasen Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. I masugnsgas är halten CO och H 2 mindre; magnitud Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.

  Betrakta exempel på beräkning av ämnens värmevärde med hjälp av Mendeleev-formeln.

  Låt oss bestämma värmevärdet för kol, vars elementära sammansättning anges i tabell. 5.4.

  Tabell 5.4

  Elementär sammansättning av kol

  Låt oss ersätta ges i tab. 5.4 data i Mendeleevs formel (5.1) (kväve N och aska A ingår inte i denna formel, eftersom de är inerta ämnen och inte deltar i förbränningsreaktionen):

  Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

  Låt oss bestämma mängden ved som krävs för att värma 50 liter vatten från 10 ° C till 100 ° C, om 5 % av värmen som frigörs under förbränning går åt till uppvärmning, och värmekapaciteten hos vattnet Med\u003d 1 kcal / (kg ∙ grader) eller 4,1868 kJ / (kg ∙ grader). Den elementära sammansättningen av ved anges i tabell. 5,5:

  Tabell 5.5

  Elementär sammansättning av ved

  	Låt oss hitta värmevärdet för ved enligt Mendeleevs formel (5.1): Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. Bestäm mängden värme som spenderas på uppvärmning av vatten när du eldar 1 kg ved (med hänsyn till det faktum att 5 % av värmen (a = 0,05) som frigörs under förbränning går åt till att värma det): F 2=a Q n=0,05 17,12=0,86 MJ/kg. Bestäm mängden ved som behövs för att värma 50 liter vatten från 10°C till 100°C: kg. Det krävs alltså cirka 22 kg ved för att värma upp vatten.

  Klassificering av brännbara gaser

  För gasförsörjning av städer och industriföretag används olika brännbara gaser, som skiljer sig i ursprung, kemisk sammansättning och fysikaliska egenskaper.

  Efter ursprung delas brännbara gaser in i naturliga, eller naturliga och konstgjorda, framställda av fasta och flytande bränslen.

  Naturgaser utvinns från brunnar av rent gasfält eller oljefält tillsammans med olja. Gaserna från oljefält kallas associerade gaser.

  Gaserna från rena gasfält består huvudsakligen av metan med en liten halt av tunga kolväten. De kännetecknas av konstant sammansättning och värmevärde.

  Associerade gaser, tillsammans med metan, innehåller en betydande mängd tunga kolväten (propan och butan). Sammansättningen och värmevärdet för dessa gaser varierar kraftigt.

  Konstgjorda gaser produceras i speciella gasanläggningar - eller erhålls som en biprodukt från förbränning av kol i metallurgiska anläggningar, såväl som i oljeraffinaderier.

  Gaser som produceras av kol används i vårt land för stadsgasförsörjning i mycket begränsade mängder, och deras specifika vikt minskar ständigt. Samtidigt växer produktionen och förbrukningen av flytande kolvätegaser, erhållna från tillhörande petroleumgaser vid gas-bensinanläggningar och oljeraffinaderier under oljeraffinering. Flytande kolvätegaser som används för stadsgasförsörjning består huvudsakligen av propan och butan.

  Sammansättning av gaser

  Typen av gas och dess sammansättning bestämmer till stor del omfattningen av gasen, schemat och diametrarna för gasnätet, designlösningarna för gasbrännare och enskilda gasledningsenheter.

  Gasförbrukningen beror på värmevärdet och därmed gasledningarnas diametrar och villkoren för gasförbränning. När gas används i industriella anläggningar är förbränningstemperaturen och flamutbredningshastigheten och gasbränslesammansättningens konstans av stor betydelse Gasernas sammansättning, liksom deras fysikalisk-kemiska egenskaper, beror i första hand på typ och metod för erhåller gaser.

  Brännbara gaser är mekaniska blandningar av olika gaser<как го­рючих, так и негорючих.

  Den brännbara delen av det gasformiga bränslet inkluderar: väte (H 2) - en gas utan färg, smak och lukt, dess lägre värmevärde är 2579 kcal / nm 3 \ metan (CH 4) - en färglös, smaklös och luktfri gas, är den huvudsakliga brännbara delen av naturgaser, dess lägre värmevärde är 8555 kcal/nm 3; kolmonoxid (CO) - en färglös, smaklös och luktfri gas, erhållen från ofullständig förbränning av något bränsle, mycket giftig, lägre värmevärde 3018 kcal/nm 3; tunga kolväten (CpNt), Med detta namn<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*.

  Den obrännbara delen av det gasformiga bränslet inkluderar: koldioxid (CO 2), syre (O 2) och kväve (N 2).

  Den obrännbara delen av gaser kallas barlast. Naturgaser kännetecknas av högt värmevärde och fullständig frånvaro av kolmonoxid. Samtidigt (ett antal fält, främst gas och olja, innehåller en mycket giftig (och frätande gas) - vätesulfid (H 2 S). De flesta konstgjorda kolgaser innehåller en betydande mängd mycket giftig gas - kolmonoxid (CO) Närvaron av oxid i gasen kol och andra giftiga ämnen är mycket oönskat, eftersom de komplicerar produktionen av operativt arbete och ökar faran vid användning av gas.Förutom huvudkomponenterna innehåller gassammansättningen olika föroreningar, vars specifika värde är försumbart i procenttal.Men med tanke på att tusentals och till och med miljoner kubikmeter gas når den totala mängden föroreningar ett betydande värde.Många föroreningar faller ut i gasledningar, vilket i slutändan leder till en minskning av deras genomströmning, och ibland till ett fullständigt upphörande av gasflödet.Därför måste närvaron av föroreningar i gas beaktas både vid utformningen av gasledningar , såväl som under drift.

  Mängden och sammansättningen av föroreningar beror på metoden för produktion eller utvinning av gas och graden av dess rening. De mest skadliga föroreningarna är damm, tjära, naftalen, fukt och svavelföreningar.

  Damm uppstår i gas under produktion (extraktion) eller under gastransport genom rörledningar. Harts är en produkt av termisk nedbrytning av bränsle och åtföljer många konstgjorda gaser. I närvaro av damm i gasen bidrar hartset till bildandet av tjärslamproppar och blockeringar i gasledningar.

  Naftalen finns vanligtvis i konstgjorda kolgaser. Vid låga temperaturer faller naftalen ut i rören och, tillsammans med andra fasta och flytande föroreningar, minskar flödesarean för gasledningar.

  Fukt i form av ångor finns i nästan alla naturliga och konstgjorda gaser. Det kommer in i naturgaser i själva gasfältet på grund av gasernas kontakt med vattenytan, och konstgjorda gaser mättas med vatten under produktionsprocessen. Närvaron av fukt i gasen i betydande mängder är oönskad, eftersom det minskar värmevärdena Gasens värde. Dessutom har den en hög värmekapacitet för förångning, fukt under gasförbränning leder bort en betydande mängd värme tillsammans med förbränningsprodukter till atmosfären. En hög fukthalt i gasen är också oönskad eftersom kondensering när gas kyls i "bördan av dess rörelse genom rör, kan det skapa vattenpluggar i gasledningen (i lägre punkter) som ska raderas. Detta kräver installation av speciella kondensatuppsamlare och utpumpning av dem.

  Svavelföreningar, som redan noterats, inkluderar vätesulfid, såväl som koldisulfid, merkaptan, etc. Dessa föreningar påverkar inte bara människors hälsa negativt, utan orsakar också betydande korrosion av rör.

  Andra skadliga föroreningar inkluderar ammoniak- och cyanidföreningar, som huvudsakligen finns i kolgaser. Närvaron av ammoniak och cyanidföreningar leder till ökad korrosion av rörmetall.

  Närvaron av koldioxid och kväve i brännbara gaser är också oönskad. Dessa gaser deltar inte i förbränningsprocessen, eftersom de är en ballast som minskar värmevärdet, vilket leder till en ökning av diametern på gasledningar och en minskning av den ekonomiska effektiviteten av att använda gasformigt bränsle.

  
  
  

  Sammansättningen av gaser som används för stadsgasförsörjning måste uppfylla kraven i GOST 6542-50 (tabell 1).

  bord 1

  Medelvärdena för sammansättningen av naturgaser i de mest kända fälten i landet presenteras i tabell. 2.

  Från gasfält (torra)

  Västra Ukraina. . .	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
  Stavropol regionen. .	98,6	0,4	0,14	0,06		-	0,1	0,7	0,561
  Krasnodar-regionen. .	92,9		0,5	-	0,5	_	0,01	0,09	0,595
  Saratov ...................................	93,4	2,1	0,8	0,4	0,3	Spår	0,3	2,7	0,576
  Gazli, Bukhara-regionen	96,7		0,35	0,4"			0,1	0,45	0,575
  Från olje- och gasfält (tillhörande)
  Romashkino ...................................			18,5	6,2	4,7		0,1	11,5	1,07
  				7,4	4,6	____	Spår		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	-
  Fet............................................... .				2,5		. ___ .		1,5	0,721	-
  Syzran-olja ...................................	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 ;

  Gasernas värmevärde

  Mängden värme som frigörs under den fullständiga förbränningen av en enhetsmängd bränsle kallas för värmevärdet (Q) eller, som det ibland kallas, värmevärdet, eller värmevärdet, som är en av bränslets huvudegenskaper.

  Gasernas värmevärde brukar kallas 1 m 3, tas under normala förhållanden.

  I tekniska beräkningar förstås normala förhållanden som gasens tillstånd vid en temperatur lika med 0 ° C och vid ett tryck på 760 mmHg Konst. Volymen gas under dessa förhållanden anges nm 3(normal kubikmeter).

  För industriella gasmätningar i enlighet med GOST 2923-45 tas temperaturen på 20 ° C och trycket på 760 som normala förhållanden mmHg Konst. Volymen av gas hänvisade till dessa förhållanden, i motsats till nm 3 vi ringer m 3 (kubikmeter).

  Gasernas värmevärde (Q)) uttryckt i kcal/nm e eller in kcal/m 3.

  För flytande gaser hänvisas till värmevärdet 1 kg.

  Det finns högre (Q in) och lägre (Q n) värmevärde. Bruttovärmevärdet tar hänsyn till kondensationsvärmen av vattenånga som bildas vid förbränning av bränsle. Nettovärmevärdet tar inte hänsyn till värmen som finns i förbränningsprodukternas vattenånga, eftersom vattenångan inte kondenserar utan förs bort med förbränningsprodukterna.

  Begreppen Q in och Q n gäller endast de gaser, under vars förbränning vattenånga frigörs (dessa begrepp gäller inte kolmonoxid, som inte ger vattenånga vid förbränning).

  När vattenånga kondenserar frigörs värme lika med 539 kcal/kg. Dessutom, när kondensatet kyls till 0°C (eller 20°C), frigörs värme i en mängd av 100 respektive 80 kcal/kg.

  Totalt, på grund av kondensering av vattenånga, frigörs värme mer än 600 kcal/kg, vilket är skillnaden mellan gasens brutto- och nettovärmevärde. För de flesta gaser som används i stadsgasförsörjning är denna skillnad 8-10 %.

  Värdena på värmevärdet för vissa gaser anges i tabellen. 3.

  För stadsgasförsörjning används för närvarande gaser, som i regel har ett värmevärde på minst 3500 kcal/nm 3. Detta förklaras av det faktum att under städernas förhållanden tillförs gas genom rör över betydande avstånd. Med ett lågt värmevärde krävs det att tillföra en stor mängd. Detta leder oundvikligen till en ökning av gasledningarnas diametrar och, som en konsekvens, till en ökning av metallinvesteringar och medel för konstruktion av gasnät, och, därefter, till en ökning av driftskostnaderna. En betydande nackdel med lågkalorigaser är att de i de flesta fall innehåller en betydande mängd kolmonoxid, vilket ökar faran vid användning av gas, samt vid service av nätverk och installationer.

  Gas med värmevärde mindre än 3500 kcal/nm 3 används oftast inom industrin, där det inte är nödvändigt att transportera det över långa avstånd och det är lättare att organisera förbränning. För stadsgasförsörjning är det önskvärt att ha ett konstant värmevärde för gas. Fluktuationer, som vi redan har konstaterat, tillåts inte mer än 10%. En större förändring av gasens värmevärde kräver en ny justering, och ibland en förändring av ett stort antal enhetliga brännare för hushållsapparater, vilket är förknippat med betydande svårigheter.