5. TERMISK BALANS AV FÖRBRÄNNING
Låt oss överväga 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 frisättning eller absorption av värme. När värme släpps kallas reaktionen exoterm, och när den absorberas kallas den endotermisk. Alla förbränningsreaktioner är exoterma och förbränningsprodukter är exoterma.
Släpps (eller absorberas) när den flyter kemisk reaktion värme kallas reaktionsvärme. Vid exoterma reaktioner är det positivt, i endoterma reaktioner är det negativt. Förbränningsreaktionen åtföljs alltid av värmeutsläpp. Genom förbränningsvärmen Q g(J / mol) är mängden värme som frigörs under fullständig förbränning 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 materia. En mol är mängden av ett ämne i vilket det finns lika många partiklar (atomer, molekyler, etc.) som det finns atomer i 12 g av kol-12-isotopen. Massan av en mängd av ett ämne som är lika med 1 mol (molekylär eller molmassa) sammanfaller numeriskt med den relativa molekylvikten för detta ämne.
Till exempel är den relativa molekylvikten för syre (O2) 32, koldioxid(CO 2) är 44, och motsvarande molekylvikter är 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 är det ofta inte förbränningsvärmen som används. Q g, och bränslets värmevärde F(J / kg eller J / m 3). Värmevärdet för ett ämne är mängden värme som frigörs under 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 temperaturen vid förbränning eller explosion, tryck under explosion, flamspridningshastighet och andra egenskaper. Värmevärde bränsle bestäms antingen experimentellt eller genom beräkning. Vid experimentell bestämning av värmevärdet bränns en given massa fast eller flytande bränsle i en kalorimetrisk bomb, och för gasformigt bränsle, i en gaskalorimeter. Med hjälp av dessa enheter mäts den totala värmen F 0, som avges under förbränningen av ett bränsleprov med en massa m... Värmevärde Q g finns med formeln
Förhållandet mellan förbränningsvärmen och
bränslets värmevärde
För att upprätta ett samband mellan förbränningsvärmen och ett ämnes värmevärde är det nödvändigt att skriva ner ekvationen för den kemiska förbränningsreaktionen.
Produkten av fullständig förbränning av kol är koldioxid:
C + O 2 → CO 2.
Produkten av fullständig förbränning av väte är vatten:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O.
Produkten av fullständig förbränning av svavel är svaveldioxid:
S + O 2 → SO 2.
Samtidigt frigörs kväve, halogener och andra icke brännbara element i fri form.
Brännbart ämne - gas
Låt oss som ett exempel beräkna värmevärdet för CH4 -metan, för vilket förbränningsvärmen är Q g=882.6 .
· Definiera molekylvikt metan i enlighet med dess kemiska formel (CH4):
M = 1 ∙ 12 + 4 ∙ 1 = 16 g / mol.
Låt oss bestämma värmevärdet för 1 kg metan:
Låt oss hitta volymen på 1 kg metan, med dess täthet ρ = 0,717 kg / m 3 under normala förhållanden:
.
· Låt oss bestämma värmevärdet av 1 m 3 metan:
Värmevärdet för eventuella brännbara gaser bestäms på ett liknande sätt. För många vanliga ämnen har värmevärden och värmevärden mätts med hög precision och listats i relevant referenslitteratur. Här är en tabell över värmevärdet för vissa gasformiga ämnen(Tabell 5.1). Kvantiteten F i denna tabell anges 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 |
||||||
Brandfarligt ämne - flytande eller fast
Låt oss som ett exempel beräkna värmevärdet av etylalkohol C 2 H 5 OH, för vilket förbränningsvärmen är Q g= 1373,3 kJ / mol.
Vi bestämmer molekylvikten av etylalkohol i enlighet med dess kemiska formel (C 2H 5 OH):
M = 2 ∙ 12 + 5 ∙ 1 + 1 ∙ 16 + 1 ∙ 1 = 46 g / mol.
Bestäm värmevärdet för 1 kg etylalkohol:
Värmevärdet för alla flytande och fasta bränslen bestäms på ett liknande sätt. Tabell 5.2 och 5.3 visar värmevärdet F(MJ / kg och kcal / kg) för vissa flytande och fasta ämnen.
Tabell 5.2
Värmevärde för flytande bränslen
|
Ämne |
Metylalkohol |
Bränsleolja, olja |
|||||
|
F |
|||||||
Tabell 5.3
Värmevärde för fasta bränslen
|
Ämne |
Trädet är fräscht |
Torrt trä |
brunkol |
Torv torka |
Antracit, koks |
||
|
F |
|||||||
Mendelejevs formel
Om bränslets värmevärde är okänt kan det beräknas med hjälp av den empiriska formel som föreslås av D.I. Mendelejev. För att göra detta måste du känna till bränslets grundsammansättning (ekvivalent bränsleformel), det vill säga procentandelen av följande element i det:
Syre (O);
Väte (H);
Kol (C);
Svavel (S);
Ask (A);
Vatten (W).
Förbränningsprodukterna från bränslen innehåller alltid vattenånga, bildas både på grund av närvaron av fukt i bränslet, och under förbränningen av väte. Avfallsprodukter från förbränning lämnar industrianläggningen vid temperaturer över daggpunktstemperaturen. Därför kan den värme som frigörs under kondensationen av vattenånga inte användas som användbar och bör inte beaktas i termiska beräkningar.
Värmevärdet 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 med formeln för Mendeleev:
Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
där andelen (viktprocent) av motsvarande element i bränslesammansättningen anges inom parentes.
Denna formel tar hänsyn till värmen i exoterma reaktioner vid förbränning av kol, väte och svavel (med ett plustecken). Syre, som är en del av bränslet, ersätter delvis syret i luften, därför tas motsvarande term i formel (5.1) 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 (trä, torv, kol, olja) visade att beräkningen med Mendelejev -formeln (5.1) ger ett fel som inte överstiger 10%.
Nettovärmevärde Q n(MJ / m 3) torra brännbara gaser med tillräcklig noggrannhet kan beräknas som summan av produkterna av värmevärdet för enskilda komponenter och deras andel i 1 m 3 gasformigt bränsle.
Q n= 0,108 [H 2] + 0,126 [CO] + 0,358 [CH 4] + 0,5 [C 2 H 2] + 0,234 [H2S] ..., (5,2)
där andelen (volym%) av motsvarande gaser i blandningen anges inom parentes.
Det genomsnittliga värmevärdet för naturgas är cirka 53,6 MJ / m 3. I artificiellt producerade brännbara gaser är halten av CH4 -metan obetydlig. De viktigaste brännbara komponenterna är väte H2 och kolmonoxid CO. I koksugnsgas når till exempel H2 -halten (55 ÷ 60)%och nettogasvärdet för sådan gas når 17,6 MJ / m 3. I generatorgasen är halten CO ~ 30% och H 2 ~ 15%, medan generatorgas lägre värmevärde är Q n= (5,2 ÷ 6,5) MJ / m 3. I masugnsgas är halten av CO och H2 mindre; magnitud Q n= (4,0 ÷ 4,2) MJ / m 3.
Låt oss överväga exempel på beräkning av ämnets värmevärde enligt Mendelejevs formel.
Låt oss bestämma kolvärmevärdet, vars grundsammansättning anges i tabellen. 5.4.
Tabell 5.4
· Ersättare anges i tabellen. 5.4 data i Mendelejevs 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.
Bestäm mängden ved som krävs för att värma 50 liter vatten från 10 ° C till 100 ° C, om uppvärmning förbrukar 5% av värmen som släpps ut vid förbränning och vattenets värmekapacitet med= 1 kcal / (kg ∙ deg) eller 4,1868 kJ / (kg ∙ deg). Elementets sammansättning av ved ges i tabellen. 5.5:
Tabell 5.5
Elementär sammansättning av ved
|
Låt oss hitta vedens värmevärde med Mendelejevs 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 används för uppvärmning av vatten när du bränner 1 kg ved (med hänsyn till att 5% av värmen (a = 0,05) som släpps ut vid förbränningen förbrukas för att värma det): F 2 = a Q n= 0,05 17,12 = 0,86 MJ / kg. Bestäm mängden ved som krävs för att värma 50 liter vatten från 10 ° C till 100 ° C:
Således tar det cirka 22 kg ved att värma vattnet. |
kg.Vad är bränsle?
Det är en komponent eller en blandning av ämnen som kan kemiska transformationer i samband med frisättning av värme. Olika typer Bränslen kännetecknas av det kvantitativa innehållet av en oxidationsmedel i dem, som används för att frigöra termisk energi.
V vid mening bränsle är en energibärare, det vill säga en potentiell typ av potentiell energi.
Klassificering
För närvarande är bränsletyperna indelade efter deras aggregeringstillstånd i flytande, fast och gasformig.
Till fast naturliga arter inkluderar sten och ved, antracit. Briketter, koks, termoantracit är typer av konstgjort fast bränsle.
Ämnen som innehåller ämnen av organiskt ursprung klassificeras som vätskor. Deras huvudkomponenter är: syre, kol, kväve, väte, svavel. Konstgjord flytande bränsle kommer att vara en mängd olika hartser, eldningsolja.
Det är en blandning av olika gaser: eten, metan, propan, butan. Förutom dem innehåller det gasformiga bränslet koldioxid och kolmonoxid s, vätesulfid, kväve, vattenånga, syre.
Bränsleindikatorer
Huvudindikatorn för förbränning. Formeln för bestämning av värmevärdet beaktas i termokemi. fördela " motsvarande bränsle”, Vilket innebär förbränningsvärmen på 1 kg antracit.
Hushållsvärmeolja är avsedd för förbränning i lågeffektvärmeanordningar som finns i bostadslokaler, värmegeneratorer som används i lantbruk för torkning av foder, konservering.
Specifikt förbränningsvärme för bränsle är ett sådant värde som visar mängden värme som bildas vid fullständig förbränning av bränsle med en volym på 1 m 3 eller en massa på ett kilo.
För att mäta detta värde, använd J / kg, J / m 3, kalori / m 3. Kalorimetri används för att bestämma värmevärdet.
Vid ökning specifik värme bränsleförbränning, den specifika bränsleförbrukningen minskar och koefficienten användbar åtgärd förblir oförändrad.
Förbränningsvärmen för ämnen är mängden energi som frigörs under oxidationen av en fast, flytande, gasformig substans.
Det bestäms av den kemiska sammansättningen, liksom aggregationstillståndet för det brännbara ämnet.
Egenskaper hos förbränningsprodukter
Den högsta och lägsta förbränningsvärmen är associerad med tillståndet för vattenansamling i de ämnen som erhålls efter bränsleförbränning.
Det högsta värmevärdet är mängden värme som frigörs under fullständig förbränning av ett ämne. Detta värde inkluderar också värmen från kondens av vattenånga.
Den lägsta förbränningsvärmen är det värde som motsvarar värmeutsläpp under förbränning utan att ta hänsyn till kondensationsvärmen i vattenånga.
Latent kondensvärme är värdet av energin för kondensering av vattenånga.
Matematisk relation
De högsta och lägsta värmevärdena är relaterade till följande förhållande:
Q B = Q H + k (W + 9H)
där W är viktmängden (i%) av vatten i ett brännbart ämne;
H är mängden väte (viktprocent) i den brännbara substansen;
k är en faktor på 6 kcal / kg
Beräkningsmetoder
Den högsta och lägsta förbränningsvärmen bestäms av två huvudmetoder: beräknat och experimentellt.
Kalorimetrar används för att utföra experimentella beräkningar. Först bränns ett prov av bränsle i den. Värmen som kommer att släppas ut i detta fall absorberas helt av vattnet. Med en uppfattning om vattenmassan är det möjligt att av förändringen i dess temperatur bestämma värdet av dess förbränningsvärme.
Denna teknik anses vara enkel och effektiv, den förutsätter endast innehav av information om data från teknisk analys.
I beräkningsmetoden beräknas den högsta och lägsta förbränningsvärmen med hjälp av Mendelejev -formeln.
Q p H = 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 arbetskompositionen (i procent). Värmemängden under förbränningen bestäms med hänsyn till referensbränslet.
Förbränningsvärmen för gas gör det möjligt att göra preliminära beräkningar och bestämma effektiviteten av att använda en viss typ av bränsle.
Egenskaper för ursprung
För att förstå hur mycket värme som frigörs under förbränningen av ett visst bränsle är det nödvändigt att ha en uppfattning om dess ursprung.
Det finns i naturen olika varianter fasta bränslen, som skiljer sig åt i sammansättning och egenskaper.
Dess bildning utförs i flera steg. Först bildas torv, sedan erhålls brunt och bituminöst kol, sedan bildas antracit. De huvudsakliga källorna till fast bränslebildning är löv, trä och tallnålar. När de dör, förstörs delar av växter när de utsätts för luft av svampar och bildar torv. Dess ackumulering blir till en brun massa, då erhålls brun gas.
På högt tryck och temperatur blir brun gas till kol, sedan ackumuleras bränslet i form av antracit.
Förutom organiskt material finns det ytterligare ballast i bränslet. Den organiska delen anses vara den som bildas av organiska ämnen: väte, kol, kväve, syre. Förutom dessa kemiska element innehåller den ballast: fukt, aska.
Ugnstekniken förutsätter frigörande av arbetande, torr och brännbar massa av bränt bränsle. Arbetsmassan kallas bränsle i sin ursprungliga form, levererad till konsumenten. Torr massa är en komposition som inte innehåller vatten.
Sammansättning
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 bituminöst och brunkol - 80 viktprocent och i antracit når den 95 viktprocent. Beroende på denna indikator ändras mängden värme som släpps ut vid förbränning av bränsle. Väte är det näst viktigaste elementet i alla bränslen. Genom att binda till syre bildar det fukt, vilket avsevärt minskar det termiska värdet av bränsle.
Dess andel varierar från 3,8 i oljeskiffer till 11 i eldningsolja. Syre, som är en del av bränslet, fungerar som ballast.
Det är inte värmegenererande kemiskt element påverkar därför värdet av förbränningsvärmen negativt. Förbränning av kväve i fritt eller bunden form i förbränningsprodukter anses det vara skadliga föroreningar, därför är mängden klart begränsad.
Svavel ingår i bränslet i form av sulfater, sulfider och även som svavelhaltiga gaser. Vid hydratisering bildar svaveloxider svavelsyra, som förstör pannutrustning, påverkar vegetation och levande organismer negativt.
Det är därför svavel är det kemiska elementet, vars närvaro finns i naturligt bränsleär mycket oönskat. Om det kommer in i arbetsrummet, orsakar svavelföreningar betydande förgiftning av underhållspersonalen.
Det finns tre typer av ask, beroende på dess ursprung:
- primär;
- sekundär;
- tertiär.
Den primära arten bildas av mineraler som finns i växter. Sekundär aska bildas som ett resultat av att växtrester tränger in av sand och jord under bildning.
Tertiär aska ingår i bränslets sammansättning under extraktion, lagring och transport. Med en betydande deponering av aska sker en minskning av värmeöverföringen på värmeytan på pannan, vilket minskar mängden värmeöverföring till vatten från gaser. Stor mängd aska påverkar pannans funktion negativt.
Till sist
En betydande effekt på förbränningsprocessen för alla typer av bränsle utövas av flyktiga ämnen... Ju större deras effekt, desto större blir flamfrontens volym. Till exempel kol, torv, lätt antändas, processen åtföljs av obetydliga värmeförluster. Koks, som finns kvar efter avlägsnande av flyktiga föroreningar, innehåller endast mineral- och kolföreningar. Beroende på bränslets egenskaper varierar värmemängden avsevärt.
Beroende på kemisk sammansättning det finns tre stadier av fast bränslebildning: torv, brunkol, kol.
Naturligt trä används i små pannanläggningar. De använder främst flis, sågspån, plattor, bark, själva veden används i små mängder. Beroende på träslag varierar mängden värme som släpps avsevärt.
När förbränningsvärmen minskar får veden vissa fördelar: snabb brandfarlighet, minimalt med aska 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 bli de mest effektiva och billigaste att använda i en viss situation.
Varje dag, när man slår på brännaren på spisen, är det få som tänker på hur länge sedan de började utvinna gas. I vårt land började utvecklingen på 1900 -talet. Innan dess hittades han helt enkelt vid utvinning av oljeprodukter. Naturgas värmevärde är så stort att idag är denna råvara helt enkelt ersättbar och dess högkvalitativa analoger har ännu inte utvecklats.
Värmebordstabellen hjälper dig att välja bränsle för uppvärmning av ditt hem
Bränsle fossil funktion
Naturgas är ett viktigt fossilt bränsle som har en ledande position i bränsle- och energibalanser i många länder. För att leverera bränsle till staden och alla typer av tekniska företag konsumera en mängd olika brännbara gaser, eftersom naturgas anses vara farlig.
Miljöaktivister tror att gas är det renaste bränslet, det släpper ut mycket mindre när det bränns. giftiga ämnenän ved, kol, olja. Detta bränsle används av människor varje dag och innehåller ett sådant tillsatsmedel som ett luktämne, tillsatsen sker i utrustade installationer i ett förhållande av 16 milligram per tusen kubikmeter gas.
En viktig komponent i ämnet är metan (cirka 88-96%), resten är andra kemikalier:
- butan;
- vätesulfid;
- propan;
- kväve;
- syre.
I den här videon kommer vi att titta på kolens roll:
Mängden metan i naturligt bränsle beror direkt på dess fält.
Den beskrivna typen av bränsle består av kolväte- och icke-kolvätekomponenter. Naturliga fossila bränslen är främst metan, som inkluderar butan och propan. Bortsett från kolvätekomponenter innehåller det beskrivna fossila bränslet kväve, svavel, helium och argon. Och det finns också flytande ångor, men bara i gas- och oljefält.
Typer av insättningar
Förekomsten av flera typer av gasavlagringar noteras. De är indelade i följande typer:
- gas;
- olja.
Deras känneteckenär kolvätehalten. Gasavlagringar innehåller cirka 85-90% av det presenterade ämnet, oljefält innehåller högst 50%. Resten av andelen upptar ämnen som butan, propan och olja.
En enorm nackdel med oljeursprunget anses spola ur olika sorter tillsatser. Svavel används som förorening i tekniska företag.
Naturgasförbrukning
Butan förbrukas som bränsle på bensinstationer för bilar, och organiskt material, kallad "propan", används för att tanka tändare. Acetylen är mycket brandfarligt och används vid svetsning och skärning av metall.
Fossila bränslen används i vardagen:
- kolumner;
- gasspis;
Denna typ av bränsle anses vara den mest budgetmässiga och ofarliga, den enda nackdelen är utsläpp av koldioxid när den bränns ut i atmosfären. Forskare över hela planeten letar efter en ersättning för termisk energi.
Värmevärde
Värmevärdet av naturgas är mängden värme som genereras när en bränslenhet bränns upp tillräckligt. Mängden värme som släpps ut vid förbränning hänvisas till en kubikmeter som tas under naturliga förhållanden.
Naturgas värmekapacitet mäts i följande termer:
- kcal / nm3;
- kcal / m 3.
Det finns ett högt och lågt värmevärde:
- Hög. Anser värmen från vattenånga som genereras vid bränsleförbränning.
- Låg. Hänsyn tas inte till värmen i vattenånga, eftersom sådana ångor inte kondenserar utan lämnas med förbränningsprodukter. På grund av ackumulering av vattenånga bildar den en värmemängd som är lika med 540 kcal / kg. Dessutom när kondensatet svalnar kommer värmen från 80 till hundra kcal / kg. I allmänhet, på grund av ackumulering av vattenånga, genereras mer än 600 kcal / kg, detta är skillnaden mellan hög och låg värmeeffekt.
För de allra flesta gaser som förbrukas i stadsbränslefördelningssystemet är skillnaden lika med 10%. För att förse städer med gas måste dess värmevärde vara mer än 3500 kcal / Nm 3. Detta förklaras av att tillförseln sker via en rörledning över långa avstånd. Om värmevärdet är lågt ökar dess utbud.
Om värmevärdet för naturgas är mindre än 3500 kcal / Nm 3 används det oftare inom industrin. Det behöver inte transporteras för långa delar av banan, och det blir mycket lättare att genomföra förbränning. Allvarliga förändringar i värmevärdet för en gas kräver frekvent justering och ibland utbyte ett stort antal standardiserade brännarhushållssensorer, vilket leder till svårigheter.
Denna situation leder till en ökning av gasledningens diametrar, samt ökar kostnaden för metall, läggningsnät och drift. En stor nackdel med lågkalori fossila bränslen är det enorma innehållet av kolmonoxid, i detta avseende ökar hotnivån under drift av bränsle och under underhåll av rörledningen, i sin tur, liksom utrustning.
Värmen som släpps ut vid förbränning, högst 3500 kcal / nm 3, används oftast i industriell produktion, där det inte är nödvändigt att överföra det över en lång sträcka och att bilda förbränning utan svårighet.
FYSISKA OCH KEMISKA EGENSKAPER AV NATURGASER
Ha naturgaser det finns ingen färg, lukt, smak.
De viktigaste indikatorerna för naturgaser inkluderar: sammansättning, förbränningsvärme, densitet, förbrännings- och antändningstemperaturer, explosionsgränser och explosionstryck.
Naturgaser från rena gasfält består huvudsakligen av metan (82-98%) och andra kolväten.
Brännbar gas innehåller brandfarliga och icke-brandfarliga ämnen. Brännbara gaser inkluderar: kolväten, väte, vätesulfid. Icke brandfarligt inkluderar: koldioxid, syre, kväve och vattenånga. Deras sammansättning är låg och uppgår till 0,1-0,3% C02 och 1-14% N2. Efter extraktion extraheras giftig gas, vätesulfid, från gasen, vars innehåll inte bör överstiga 0,02 g / m3.
Värmevärdet är mängden värme som frigörs under 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 beräknat med förhållandet mellan ett ämnes massa och dess volym kallas ämnets densitet. Densiteten mäts i kg / m3. Tätheten av naturgas beror helt på dess sammansättning och ligger i intervallet c = 0,73-0,85 kg / m3.
Den viktigaste egenskapen all brännbar gas är värmeeffekten, d.v.s. Max temperatur uppnås med fullständig förbränning av gasen, om den erforderliga mängden förbränningsluft exakt matchar de kemiska formlerna för förbränning, och gasens och luftens initialtemperatur är noll.
Uppvärmningskapaciteten för naturgaser är cirka 2000-2100 ° C, metan - 2043 ° C. Den faktiska förbränningstemperaturen i ugnar är betydligt lägre än värmekapaciteten och beror på förbränningsförhållandena.
Antändningstemperatur är temperaturen för luft-bränsleblandningen vid vilken blandningen antänds utan antändningskälla. För naturgas ligger den i intervallet 645-700 ° C.
Alla brandfarliga gaser är explosiva och kan antändas av öppen eld eller gnista. Skilja på nedre och övre koncentrationsgräns för flamspridning , d.v.s. lägre och övre koncentration vid vilken en explosion av blandningen är möjlig. Den nedre gränsen för gasers explosivitet är 3 ÷ 6%, den övre är 12 ÷ 16%.
Explosiva gränser.
Luft-gasblandning som innehåller mängden gas:
upp till 5% - brinner inte;
från 5 till 15% - exploderar;
mer än 15% - tänds när luft tillförs.
Explosionstrycket för naturgas är 0,8-1,0 MPa.
Alla brandfarliga gaser kan orsaka förgiftning av människokroppen. De viktigaste giftiga ämnena är: kolmonoxid (CO), vätesulfid (H 2 S), ammoniak (NH 3).
Naturgas är luktfri. För att bestämma läckan luktas gasen (dvs ge den en specifik lukt). Odorisering utförs med användning av etylmerkaptan. Odorisering utförs vid gasdistributionsstationer (GDS). När 1% av naturgasen kommer upp i luften börjar dess lukt att kännas. Praktiken visar det genomsnitt etylmerkaptan för lukt av naturgas som levereras till stadsnät bör vara 16 g per 1 000 m3 gas.
Jämfört med fasta och flytande bränslen har naturgas många fördelar:
Relativ billighet, vilket förklaras av mer På ett enkelt sätt gruvdrift och transport;
Brist på aska och avlägsnande av fasta partiklar i atmosfären;
Högt värmevärde;
Bränsleberedning för förbränning krävs inte;
Underlättar arbetet för servicearbetare och förbättrar de hygieniska och hygieniska förhållandena för hans arbete;
Förutsättningarna för att automatisera arbetsprocesser underlättas.
På grund av möjliga läckage genom läckage i gasledningar och ventilanslutningar kräver användning av naturgas särskild omsorg och uppmärksamhet. Genomträngning 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 producerar giftig kolmonoxid, CO, vilket, även vid låga koncentrationer, leder till förgiftning av den operativa personalen.
Genom sitt ursprung är naturgaser uppdelade i två grupper: torr och fet.
Torr Gaserna klassificeras som gaser av mineraliskt ursprung och finns i områden som är förknippade med nuvarande eller tidigare vulkanisk aktivitet. Torrgaser består nästan uteslutande av en metan med ett obetydligt innehåll av ballastkomponenter (kväve, koldioxid) och har ett värmevärde Qn = 7000 ÷ 9000 kcal / nm3.
Fet gaser åtföljer oljefält och ackumuleras vanligtvis i de övre skikten. Fettgaser har ursprung som olja och innehåller många lätt kondenserbara kolväten. Värmevärde för flytande gaser Qn = 8000-15000 kcal / nm3
Fördelarna med gasformiga bränslen inkluderar enkel transport och förbränning, brist på aska fukt, betydande enkelhet av pannutrustning.
Såväl som naturgaser artificiella brännbara gaser används också, erhållna under bearbetning av fasta bränslen, eller som ett resultat av driften av industrianläggningar som avgaser. Konstgjorda gaser består av brännbara gaser med ofullständig förbränning av bränsle, ballastgaser och vattenånga och är indelade i rika och fattiga, med ett genomsnittligt värmevärde på 4500 kcal / m3 respektive 1300 kcam3. Sammansättning av gaser: väte, metan, andra kolväteföreningar CmHn, vätesulfid H2S, brännbara gaser, koldioxid, syre, kväve och en liten mängd vattenånga. Ballast är kväve och koldioxid.
Sålunda kan sammansättningen av torrt gasformigt bränsle representeras som följande blandning av element:
CO + H2 + ∑CmHn + H2S + CO2 + 02 + N2 = 100%.
Sammansättningen av det våta gasformiga bränslet uttrycks enligt följande:
CO + H2 + ∑CmHn + H2S + CO 2 + 02 + N 2 + H2O = 100%.
Förbränningsvärme torr gasformigt bränsle kJ / m3 (kcal / m3) per 1 m3 gas under normala förhållanden bestäms enligt följande:
Qn = 0,01,
Där Qi är förbränningsvärmen för motsvarande gas.
Värmevärdet för gasformigt bränsle visas i tabell 3.
Masugnsgas bildas vid smältning av råjärn i masugnar. Dess utbyte och kemiska sammansättning beror på laddningens och bränslets egenskaper, ugnens arbetssätt, metoder för att intensifiera processen och andra faktorer. Gaseffekten varierar från 1500-2500 m 3 per ton råjärn. Andelen icke brännbara komponenter (N 2 och CO 2) i masugnsgas är cirka 70%, vilket avgör dess låga värmeeffekt (det lägsta värmevärdet för gas är 3-5 MJ / m 3).
Vid bränning av masugnsgas är högsta temperaturen för förbränningsprodukter (exklusive värmeförluster och värmeförbrukning för dissociation av CO 2 och H 2 O) 400-1500 0 C. Om gasen och luften värms före förbränning, är temperaturen av förbränningsprodukterna kan ökas avsevärt.
Järnlegeringsgas bildas vid smältning av järnlegeringar i malmreduceringsugnar. Gasen som släpps ut från slutna ugnar kan användas som bränsle -RER (sekundära energiresurser). I öppna ugnar pga fri tillgång luft, gasen brinner ut på toppen. Utbytet och sammansättningen av ferrolegeringsgas beror på graden av den smälta
legering, laddningens sammansättning, ugnens arbetssätt, 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 .
Omvandlare gas bildas vid stålsmältning i syreomvandlare. Gasen består huvudsakligen av kolmonoxid, dess utbyte och sammansättning förändras avsevärt under smältning. Efter rengöring är gassammansättningen ungefär följande: 70-80% CO; 15-20% CO2; 0,5-0,8% 02; 3-12% N 2. Gasens förbränningsvärme är 8,4-9,2 MJ / m 3. Den maximala förbränningstemperaturen når 2000 0 С.
Koksugnsgas bildas under koksning av en kulladdning. I järnmetallurgi används den efter extraktion av kemiska produkter. Koksugnens sammansättning beror på kolkostens egenskaper och koksförhållandena. Volymfraktioner av komponenter i gas 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 CO 2. Förbränningsvärmen är 17-17,6 MJ / m ^ 3, förbränningsprodukternas maximala temperatur är 2070 0 С.
Substanserna av organiskt ursprung inkluderar bränsle, som vid förbränning avger en viss mängd termisk energi. Värmeproduktion bör kännetecknas av hög effektivitet och frånvaro av biverkningar, särskilt ämnen som är skadliga för människors hälsa och miljön.
För att underlätta lastningen i eldstaden skärs trämaterialet i separata element upp till 30 cm långa. För att öka effektiviteten i deras användning bör träet vara så torrt som möjligt och förbränningsprocessen bör vara relativt långsam. I många avseenden är ved från lövträ som ek och björk, hassel och aska och hagtorn lämpliga för uppvärmning av lokaler. På grund av det höga hartsinnehållet, ökad förbränningshastighet och lågt värmevärde är barrväxter betydligt sämre i detta avseende.
Det bör förstås att träets densitet påverkar värdet av värmevärdet.
Det är ett naturligt växtmaterial som utvinns ur sedimentärt berg.
Denna typ av fast bränsle innehåller kol och andra kemiska element. Det finns en indelning av materialet i typer beroende på dess ålder. Brunkol anses vara det yngsta, följt av stenkol, och antracit är äldre än alla andra typer. Åldern för ett brännbart ämne bestäms också av dess fuktinnehåll, vilket är mer närvarande i det unga materialet.
Vid förbränning av kol uppstår miljöföroreningar och slagg bildas på pannans galler, vilket i viss utsträckning skapar ett hinder för normal förbränning. Förekomsten av svavel i materialet är också en ogynnsam faktor för atmosfären, eftersom detta element omvandlas till svavelsyra i luften.
Konsumenterna bör dock inte vara oroliga för sin hälsa. Tillverkare av detta material, som tar hand om privatkunder, strävar efter att minska svavelhalten i det. Förbränningsvärmen för kol kan variera även inom samma typ. Skillnaden beror på egenskaperna hos underarterna och innehållet i mineraler i den, liksom utvinningsgeografin. Som fast bränsle återfinns inte bara rent kol, utan också lågberikat kolslagg, pressat till briketter.
Pellets (bränslepellets) är ett fast bränsle som produceras industriellt av trä- och växtavfall: spån, bark, kartong, halm.
Råvaran som krossas till dammtillstånd torkas och hälls i granulatorn, varifrån den kommer ut i form av granuler med en viss form. En växtpolymer, lignin, används för att tillföra viskositeten till massan. Komplexiteten i produktionsprocessen och hög efterfrågan utgör kostnaden för pellets. Materialet används i specialutrustade pannor.
Typerna av bränslen bestäms beroende på vilket material de bearbetas av:
- rundvirke av träd av vilken art som helst;
- sugrör;
- torv;
- solrosskal.
Bland de fördelar som bränslepellets har är det värt att notera följande egenskaper:
- miljövänlighet;
- oförmåga att deformera och motståndskraft mot svamp;
- enkel förvaring även utomhus;
- enhetlighet och varaktighet av bränning;
- relativt låg kostnad;
- möjligheten att använda för olika uppvärmningsanordningar;
- lämplig pelletsstorlek för automatisk lastning i en specialutrustad panna.
Briketter
Briketter är fasta bränslen, som i många avseenden liknar pellets. Identiska material används för tillverkning: flis, spån, torv, skal och halm. Under produktionsprocessen krossas och komprimeras råvaran till briketter. Detta material klassificeras också som miljövänligt bränsle. Det är bekvämt att förvara det även utomhus. Smidig, jämn och långsam förbränning av detta bränsle kan observeras både i eldstäder och spisar och i värmepannor.
De typer av miljövänliga fasta bränslen som diskuterats ovan är ett bra alternativ till värmeproduktion. I jämförelse med fossila värmeenergikällor, som har en negativ inverkan på miljön vid förbränning och dessutom inte är förnybara, har alternativa bränslen tydliga fördelar och relativt låga kostnader, vilket är viktigt för konsumenter i vissa kategorier.
Samtidigt är brandrisken för sådana bränslen mycket högre. Därför är det nödvändigt att vidta vissa säkerhetsåtgärder när det gäller förvaring och användning av brandbeständiga material för väggar.
Flytande och gasformiga bränslen
När det gäller flytande och gasformiga brännbara ämnen är situationen följande.
