4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристика жидких и газообразных топлив

Топливо для ДВС. Основные свойства жидких и газообразных топлив. Состав горючей смеси, коэффициент избытка воздуха. Основные сведения об альтернативных топливах.

Топливо для ДВС

Топливо бывает разное, для самолетов, пароходов, машин, тепловозов, катеров, игрушечных моделей, для двух тактных двигателей.

Топливо для моделей Заправочная жидкость BYRON 1 QUART ( 0.9 литра ) – Race GEN2. Содержит 20% нитрометана и 16% масла из смеси 50% синтетического и 50% касторового масла. Для автомоделей с ДВС.

— Основные свойства жидких и газообразных топлив

Твердые и жидкие топлива представляют собой сложные соединения горючих элементов, молекулярное строение которых еще недостаточно изучено, и включают в себя минеральные примеси и влагу.

В состав жидких и газообразных топлив входит: углерод С, водород Н, сера S, а также кислород О и азот N, находящиеся в сложных высокомолекулярных соединениях. Топливо содержит негорючие минеральные примеси, превращающиеся при сжигании топлива в золу А и влагу W.

— Состав горючей смеси, коэффициент избытка воздуха.

Топливом для образования горючей смеси служат бензины (например, марок А-72, А-76, АИ-93, АИ-98). Теоретически подсчитано, что для полного сгорания 1 кг бензина требуется около 15 кг воздуха (точнее кислорода, содержащегося в этом воздухе).

Состав горючей смеси характеризуют коэффициентом избытка воздуха а, представляющим собой отношение действительного количества воздуха Ьл, участвующего в процессе .сгорания, к количеству воздуха Ь0, теоретически необходимому для полного сгорания топлива.

Коэффициент избытка воздуха (альфа) — отношение массы воздуха, приходящейся на 1 кг топлива в данной смеси, к массе воздуха в нормальной горючей смеси.

— Основные сведения об альтернативных топлива

альтернативные виды моторного топлива — компримированный и сжиженный природный газ (метан), сжиженный углеводородный газ (пропан-бутановые смеси), диметилэфир, водород, биогаз и другие виды моторного топлива.

1. Природный газ

Природный газ представляет собой альтернативный вид топлива, которое полностью сгорает и уже сейчас повсеместно доступно потребителям многих стран за счет снабжения природным газом домов и производственных объектов. При использовании в транспортных средствах, работающих на природном газе (автомобилях и грузовиках со специально спроектированными двигателями), природный газ дает значительно меньше вредных выбросов, чем бензин или дизельное топливо.

Электричество может использоваться в качестве альтернативного вида топлива для транспортных средств с питанием от аккумуляторных батарей, или работающих на топливных элементах. Работающие от батарей электрические транспортные средства накапливают энергию в батареях, которые заряжаются путем подключения транспортного средства к стандартному источнику питания. Транспортные средства на топливных элементах работают на электрической энергии, которая вырабатывается за счет электрохимической реакции, имеющей место при соединении водорода и кислорода. Топливные элементы производят электроэнергию без внутреннего сгорания и загрязнения окружающей среды.

Водород можно смешивать с природным газом для создания альтернативного вида топлива для транспортных средств, в которых используются некоторые виды двигателей внутреннего сгорания. Водород также используется в транспортных средствах с топливными элементами, работающими на электричестве, вырабатываемом в результате реакции, которая происходит при соединении водорода и кислорода в топливной ячейке.

Пропан, также называемый сжиженным нефтяным газом, представляет собой побочный продукт переработки природного газа или сырой нефти. Он уже широко используется в качестве топлива при приготовлении пищи и для отопления; пропан также является распространенным альтернативным видом топлива для транспортных средств. При использовании пропана производится меньше вредных выбросов в атмосферу, чем при использовании бензина, кроме того, имеется высокоразвитая инфраструктура для транспортировки, хранения и распространения пропана.

5. Биодизельное топливо

Биодизельное топливо представляет собой альтернативный вид топлива на основе растительных масел или животных жиров, даже тех, которые остаются в ресторанах после приготовления пищи. Двигатели транспортных средств можно модифицировать так, чтобы можно было сжигать биодизельное топливо в чистом виде; биодизельное топливо можно также смешивать с углеводородным дизельным топливом и использовать в неадаптированных двигателях. Биодизельное топливо безопасно, поддается биохимическому разложению и снижает содержание веществ, загрязняющих воздух таких как, твердые примеси, монооксид углерода и углеводороды.

Метанол, также известный, как древесный метиловый спирт, может использоваться в качестве альтернативного вида топлива в транспортных средствах с универсальной топливной системой, которые спроектированы для работы на M85, смеси, содержащей 85% метанола и 15% бензина. Но в наши дни не производят транспортных средств с метаноловыми двигателями. Тем не менее, в будущем метанол может стать важным альтернативным видом топлива в качестве источника водорода, который необходим для работы топливных элементов.

Этанол (еще называется этиловым спиртом или хлебным спиртом) представляет собой альтернативный вид топлива, его можно смешивать с бензином для получения топлива с более высоким октановым числом и меньшим содержанием вредных веществ в выбросах по сравнению с чистым бензином. Этанол производится за счет брожения зерновых продуктов таких как: кукуруза, ячмень или пшеница; и дистилляции. Также его можно производить из многих видов трав и деревьев, хотя здесь технология будет более сложной, в таком случае эго называют биоэтанолом.

В соответствии с Законом об энергетической политике от 1992 г. смеси, содержащие не менее 85% этанола, считаются альтернативными видами топлива.

E85, смесь состоящая на 85% из этанола и на 15% из бензина, используется в транспортных средствах с универсальной топливной системой, которые предлагаются большинством производителей транспортных средств. Транспортные средства с универсальной топливной системой могут работать на бензине, E85, или на любом сочетании этих двух видов топлива.

Смеси с большим содержанием этанола, такие как E95, также являются отличными альтернативными видами топлива. Смеси с более низкими концентрациями этанола, такие как E10 (10% этанола и 90% бензина), иногда используются для увеличения октанового числа и повышения качества выбросов, но они не рассматриваются как альтернативные виды топлива.

Производство этанола поддерживает фермеров и позволяет создавать рабочие места внутри страны. И поскольку этанол производится внутри страны и из выращиваемого в стране зерна, он снижает зависимость США от импортируемой нефти и повышает национальную энергетическую безопасность.

8. Виды топлива серии P

Топливо серии P представляет собой смесь этанола, газоконденсатной жидкости и метилтетрагидрофурана, вспомогательного растворителя, полученного из биомассы. Виды топлива серии P представляют собой прозрачные альтернативные виды топлива с высоким октановым числом, которые можно использовать в транспортных средствах с универсальной топливной системой. Топлива серии P можно использовать в чистом виде или в смеси с бензином в любом соотношении путем простого добавления бензина в бак.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Жидкое топливо и его характеристика

Основным видом жидкого топлива, которое используется в котельных, служит топливный мазут — конечный продукт переработки нефти.

Основные характеристики мазутов: вязкость, температура застывания

Для надежной и долговечной работы механизмов и систем топливосмазочные материалы должны соответствовать требованиям ГОСТ. При этом основным критерием характеризующим качество топливосмазочных материалов являются физико-химические свойства. Рассмотрим основные из них.

Плотность — это масса вещества, содержащаяся в единице объема. Различают абсолютную и относительную плотность.

Абсолютная плотность определяется как:

где p — плотность, кг/м3; m — масса вещества, кг; V — объем, м3.

Плотность имеет значение при определении весового количества топлива в резервуарах. Плотность всякой жидкости, в том числе и топлива, изменяется с изменением температуры. Для большинства нефтепродуктов плотность уменьшается с увеличением температуры и увеличивается с уменьшением температуры. На практике часто имеют дело с безразмерной величиной — относительной плотностью. Относительной плотностью нефтепродукта называется отношение его массы при температуре определения к массе воды при температуре 4 °С, взятой в том же объеме, поскольку масса 1 л воды при 4 °С точно равна 1 кг. Относительная плотность (удельный вес) обозначается 20 4 р. Например, если 1 л бензина при 20 °С весит 730 г, а 1 л воды при 4 °С весит 1000 г, то относительная плотность бензина будет равна:

Относительная плотность нефтепродукта 20 4 р принято выражать величиной, относящейся к нормальной температуре (+20 °С), при которой значения плотности регламентируются государственным стандартом. В паспортах, характеризующих качество нефтепродукта, плотность также указывается при температуре +20 °С. Если известна плотность t 4 р при иной температуре, то по ее значению можно вычислить плотность при 20 °С (т.е. привести фактическую плотность к стандартным условиям) по формуле:

где Y — средняя температурная поправка плотности, величина, которая берется в зависимости от ве — личины замеряемой плотности t 4 р по таблице Температурные поправки к плотности нефтепродуктов

Рассматривая плотность как весовую, по объему t V и плотности t 4 p (замеренных при одной и той же температуре t) находится вес топлива при замеренной температуре:

При повышении температуры объем нефтепродуктов увеличивается и определяется по формуле:

где 2 V — объем нефтепродукта при повышении температуры на 1 °С; 1 V — первоначальный объем нефте — продукта; delta t — разность температур; B — коэффициент объемного расширения нефтепродукта Коэффициенты объемного расширения нефтепродуктов в зависимости от плотности при +20 °С на 1 °С

Наиболее распространенными методами измерения плотности ареометрический, пикнометрический и метод гидростатического взвешивания. В последнее время успешно развиваются автоматические методы: вибрационные, ультразвуковые, радиоизотопные, гидростатические.

Вязкость — свойство частиц жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению под действием внешней силы. Различают динамическую и кинематическую вязкость. В практических условиях больше интересует кинематическая вязкость, которая равна отношению динамической вязкости к плотности.

Вязкость жидкости определяется в капиллярных вискозиметрах и измеряется в стоксах (С), размерность которого мм2/с. Кинематическая вязкость нефтепродуктов определяется по ГОСТ 33-82 в капиллярных вискозиметрах ВПЖ-1, ВПЖ-2 и Пинкевича (рис.5). Вязкость прозрачных жидкостей при положительных температурах находят с помощью вискозиметров ВПЖ-1. Вискозиметры ВПЖ-2 и Пинкевича применяют для различных температур и жидкостей. Кинематическая вязкость топлива, предназначенного для применения в высокооборотных дизелях, нормируется при 20 °С, низкооборотных — при 50 °С, моторных масел — при 100 °С. Определение кинематической вязкости в капиллярном вискозиметре основано на том, что вязкость жидкости прямо пропорциональна времени истечения ее через капилляр, обеспечивающий ламинарность потока. Вискозиметр Пинкевича состоит из сообщающихся трубок различающихся диаметром. Для каждого вискозиметра указывается его постоянная С, представляющая собой отношение вязкости калибровочной жидкости к 20 v при 20 °С ко времени протекания к 20 t этой жидкости под действием собственной массы также при 20 °С из объема 2 от метки а до метки б через капилляр 3 в расширение 4:

Вязкость нефтепродукта при температуре t °С находится по формуле:

Фракционный состав определяют по ГОСТ 2177-82 при помощи специального прибора. Для этого в колбу 1 наливают 100 мл исследуемого топлива и нагревают до кипения. Пары топлива поступают в холодильник 3, где конденсируются и далее в виде жидкой фазы поступают в мерный цилиндр 4. В процессе перегонки фиксируют температуру, при которой выкипает 10, 20, 30% и т.д. исследуемого топлива. Перегонку заканчивают, когда после достижения наивысшей температуры наблюдается небольшое ее падение. По результатам перегонки строят кривую фракционной разгонки испытуемого топлива.

Читать еще:  Что такое тепловые пояса Зависимость температуры воздуха

Первая — пусковая фракция, обусловленная выкипанием 10% топлива, характеризует его пусковые качества. Чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше для запуска двигателя. Для зимних сортов бензина необходимо чтобы 10% топлива выкипало при температуре не выше 55 °С, а для летних — не выше 70 °С.

Другая часть бензина, выкипающая от 10 до 90% называют рабочей фракцией. Температура ее испарения не должна быть выше 160 … 180 °С.

Тяжелые углеводороды бензина в интервале от 90% выкипания до конца кипения представляют собой концевые или хвостовые фракции, которые крайне нежелательны в топливе. Наличие этих фракций приводит к отрицательным явлениям при работе двигателя: неполному сгоранию топлива, повышенному износу деталей за счет смывания смазки с гильз цилиндров и разжижения моторного масла в двигателе, увеличению Эксплуатационные свойства дизельного топлива Дизельное топливо используют в двигателях с воспламенением от сжатия, называемых дизелями. Воздух и топливо подаются в камеру сгорания раздельно. В ходе всасывания в цилиндр поступает свежий воздух; при втором ходе сжатия — воздух сжимается до 3 … 4 МПа (30 … 40 кгс/см2). В результате сжатия температура воздуха достигает 500 … 700 °С. В конце сжатия в цилиндр двигателя впрыскивается топливо, образуя рабочую смесь, которая нагревается до температуры самовоспламенения и воспламеняется.

Впрыскиваемое топливо распыляется форсункой, которая помещается в камере сгорания или в форкамере. Средний диаметр капель топлива составляет примерно 10 … 15 мкм.

По сравнению с карбюраторными двигателями дизельные двигатели отличаются высокой экономичностью, так как работают с более высокими степенями сжатия (12 … 20 вместо 4 … 10) и коэффициентом избытка воздуха = 5,1. 4,1. Вследствие этого удельный расход топлива у них на 25 … 30% ниже, чем у карбюраторных двигателей.

Дизельные двигатели более надежны в эксплуатации и более долговечны, они обладают лучшей приемистостью, т.е. легче набирают обороты и преодолевают перегрузки. В то же время, дизели от личаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами и меньшей мощностью на единицу веса. Но, исходя из более экономичной и надежной работы, дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Для обеспечения долговечной и экономичной работы дизельного двигателя дизельное топливо должно отвечать следующим требованиям:

иметь хорошее смесеобразование и воспламеняемость;

обладать соответствующей вязкостью;

иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах окружающего воздуха;

не содержать сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды.

Свойство дизельного топлива, характеризующее мягкую или жесткую работу дизеля, оценивают по его самовоспламеняемости. Эту характеристику определяют путем сравнения дизеля на испытуемом и эталонном топливе. Оценочным показателем служит цетановое число топлива.

Топливо, поступающее в цилиндры дизеля, воспламеняется не мгновенно, а через некоторый промежуток времени, который называется периодом задержки самовоспламенения. Чем он меньше, тем за меньший промежуток времени топливо сгорает в цилиндрах дизеля. Давление газов нарастает плавно, и двигатель работает мягко (без резких стуков). При большом периоде задержки самовоспламенения топливо сгорает за короткий промежуток времени, давление газов нарастает почти мгновенно, поэтому дизель работает жестко (со стуком). Чем выше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения дизельного топлива, тем мягче самовоспламеняемость дизельного топлива оценивается обычно путем сравнения ее с самовоспламеняемостью эталонных топлив. В качестве эталонных топлив используется нормальный парафиновый углеводород цетан (С16Н34), имеющий малый период задержки самовоспламенения (самовоспламеняемость цетана условно принята за 100) и ароматический углеводород метилнафталин С10Н7СН3, который имеет большой период задержки самовоспламенения (самовоспламеняемость его условно принята за 0) работает двигатель.

Цетановое число топлива численно равно процентному содержанию цетана в его смеси с метилнафталином, которая по характеру сгорания (по самовоспламеняемости) равноценна испытуемому топливу. Используя эталонные топлива, можно получать смеси с любыми цетановыми числами от 0 до 100.

Цетановое число можно определить тремя способами: по совпадению вспышек, по запаздыванию самовоспламенения и по критической степени сжатия. Цетановое число дизельных топлив обычно определяют по методу «совпадения вспышек» на установках ИТ9-3, ИТ9-ЗМ или ИТД-69 (ГОСТ 3122-67). Это одноцилиндровые четырехтактные двигатели, оборудованные для работы с воспламенением от сжатия. Двигатели имеют переменную степень сжатия? = 7 … 23. Угол опережения впрыска топлива устанавливается равным 13° до верхней мертвой точки (В.М. Т). Изменением степени сжатия добиваются, чтобы воспламенение происходило строго в В.М.Т. При определении цетанового числа дизельных топлив частота вращения вала одноцилиндрового двигателя должна быть строго постоянной (п = 900 ± 10 об/мин).

После этого подбирают два образца эталонных топлив, один из которых дает совпадение вспышек (т.е. задержку самовоспламенения, равную 13°) при меньшей степени сжатия, а второй — при более высокой степени сжатия.

Путем интерполяции находят смесь цетана с — метилнафталином, эквивалентную испытываемому топливу, и таким образом устанавливается его цетановое число.

Цетановое число топлив зависит от их улеводородного состава. Наиболее высокими цетановыми числами обладают парафиновые углеводороды нормального строения. Самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов.

Оптимальным цетановым числом дизельных топлив является 40 — 50. Применение топлив с ЦЧ 50 — к увеличению удельного расхода топлива за счет уменьшения полноты сгорания.

Характеристика газообразных топлив и их свойства

Реферат

Тема: «Горение Газообразного топлива»

студент 21-М групы

Есипов Александр Викторович

Характеристика газообразных топлив и их свойства

Основными видами газообразного топлива, используемого для газоснабжения городов и населенных пунктов, являются горючие газы с низшей теплотой сгорания не менее 12,57 мДж/м3.

Все виды газового топлива по способу получения подразделяются на природные и искусственные: к первой группе относятся газы природных месторождений и попутные газы газонефтяных месторождений, ко второй — коксовый, сланцевый и другие газы, получаемые путем термической переработки твердых топлив, а также газы, получаемые при переработке нефти.

Газовое топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов. Горючими являются метан, пропан, бутан, этан, водород и окись углерода; негорючими — азот, углекислый газ и кислород, а также некоторое количество примесей как горючих, так и негорючих веществ, количество которых лимитируется ГОСТ 5542—78.

Природные газы чисто газовых месторождений состоят в основном из метана (СН4), относятся к категории сухих (тощих) газов и характеризуются относительным постоянством состава, в то время как состав газов газонефтяных месторождений непостоянен и зависит от природы нефти, величины газового фактора и условий разделения нефтегазовых смесей.

Попутные газы из газовых шапок нефтяной залежи, как правило, содержат меньше тяжелых углеводородных газов, чем газы, получаемые из месторождений нефти, в которой они были растворены.

В народном хозяйстве широко применяются сжиженные углеводородные газы, которые находят применение в сельской местности и населенных пунктах, удаленных на значительные расстояния от магистральных газопроводов.

К сжиженным углеводородным газам относятся такие углеводороды, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температуры) переходят в жидкое состояние.

При снижении давления эти углеводородные жидкости испаряются и переходят в паровую фазу. Это позволяет перевозить и хранить сжиженные углеводороды, как жидкости, а контролировать, регулировать и сжигать газообразные углеводороды, как газы.

Особенностями газообразных углеводородов являются: высокая плотность, значительно превышающая плотность воздуха; медленная диффузия в атмосферу, низкие температуры воспламенения, низкие пределы взрываемости в воздухе, высокий объемный коэффициент расширения жидкой фазы и другие факторы, которые повышают требования при нх использовании.

Из углеводородных сжиженных газов в качестве топлива главным образом используются пропан, бутан и их смеси. Соотношение пропана и бутана в смеси этих газов устанавливается по соглашению между потребителем и поставщиком газа.

Технический пропан является универсальным сжиженным газом, так как он может применяться при естественном и искусственном испарении жидкости в пределах изменения температур от +45 до —35 °С. Это позволяет в любое время года устанавливать баллоны и резервуары с жидким пропаном в отапливаемых и неотапливаемых помещениях, снаружи здания и в грунте.

Достоинством пропана является и то, что образующиеся в начале и в конце опорожнения емкостей пары при любом методе испарения почти однородны по своему составу.

Газ, подаваемый в города и населенные пункты, согласно ГОСТ 5542—78 должен удовлетворять следующим требованиям: содержание в нем вредных примесей на 100 м3 газа не должно превышать (г):

сероводорода 2 смолы и пыли 0,1

аммиака 2 нафталина летом 10

цианистых соединений нафталина зимой 5

в пересчете на HCN. . 5

Содержание кислорода не должно быть более 1 % по объему.

Запах нетоксичных газов должен ощущаться при содержании их в воздухе в количестве не более 1/5 от нижнего предела воспламеняемости, а запах токсичных газов — при содержании их в воздухе и в количествах, допускаемых санитарными нормами, для чего газ должен одорироваться, если он не обладает достаточно сильным и характерным запахом.

ПРИРОДНЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ ГАЗЫ

Все виды газового топлива подразделяют на природные и искусственные.

К природным относят газы природных месторождений и попутные газы газонефтяных месторождений — метан, пропан, бутан.

Газовое топливо представляет собой смесь горючих (метан, этан, пропан, бутан, этилен, водород, оксид углерода и др.) и негорючих (азот, углекислый газ, кислород) газов. В некоторых видах топлива содержится горючая, но вредная примесь — сероводород.

К природным относят газы природных месторождений и попутные газы газонефтяных месторождений — метан, пропан, бутан, 5542—87):

низшая теплота сгорания при 20 °С — не менее 31,8 МДж/м3;

массовая концентрация сероводорода — не более 0,02 г/м3;

объемная доля кислорода — не более 1 %;

масса механических примесей — не более 0,001 г/м3;

интенсивность запаха при объемной доле в воздухе 1 % — не менее 3 баллов;

наличие в газе жидкой фазы воды не допускается;

пределы воспламеняемости (по метану) в смеси с воздухом в объемных процентах (об. %): нижний — 5, верхний — 15.

Для коммунально-бытового потребления используют газы углеводородные сжиженные топливные марок СПБТЗ (смесь пропанбутановая техническая зимняя); СПБТЛ (смесь пропанобутановая летняя); БТ (бутан технический).

В соответствии с требованиями ГОСТ 20448—80* к сжиженным газам предъявляются следующие требования:

суммарное объемное количество в газе пропана и бутана — не менее 75 %;

давление насыщенных паров при 45 СС — не более 1,6 МПа, при — 20 °С — не менее 0,16 МПа;

содержание сероводорода и меркаптановой серы — не более 0,015%;

содержание свободной воды и щелочи не допускается;

пределы воспламеняемости в смеси с воздухом при температуре 15. 20°С, об. %: нижний — 1,8, верхний — 9,5;

низшая теплота сгорания (для пропана — 93,1 МДж/м3, для бутана — 122 МДж/м3).

По сравнению с природным газом сжиженный обладает рядом специфических свойств, требующих сложного оборудования для его хранения, транспортировки и использования. Основная особенность сжиженного газа в том, что он хранится и транспортируется в жидком виде, а используется в газообразном.

Читать еще:  Тепловой шов в кирпичной кладке

При незначительном понижении температуры и повышении давления этот газ превращается в жидкость, а при температуре —40. 40°С и атмосферном давлении переходит в газообразное состояние.

Основу природного газа составляет метан (СН4); сжиженного— пропан (С3Н8) и бутан (С4Н10).

К искусственным относят коксовый, сланцевый, доменный и другие газы, получаемые путем переработки твердых топлив, нефти, а также выделяющиеся при технологических процессах на химических, металлургических и других предприятиях.

Особенности сжигания газообразного топлива

В котельных установках в качестве газообразного могут быть использо­ваны следующие газы:

1) природный газ;

2) доменный газ – отход металлургического производства;

3) коксовый газ – для отопления котлов используется очень редко (идет на металлургических заводах чаще всего на мартены).

Все газы, кроме природного, занимают незначительную долю в газооб­разном топливе электростанций.

Доменный газ имеет теплотворную способность около 3500-4000 кДж/м.

Состоит в основном из смеси С02, N2 и СО. Газ плохо вос­пламеняется ввиду большого содержания балласта. Зачастую воздух, а иногда и газ, подогревают.

Коксовый газ, как говорилось выше, очень редко сжигается в котлах.

Наиболее ценным топливом является природный газ. Его теплотворная способность (низшая) – 35000-35500 кДж/нм. Россия располагает богатейшими разведанными запасами природного газа.

Газообразное топливо обладает рядом преимуществ перед твердым:

1) широкое использование газообразного топлива оздоровляет воздуш­ный бассейн городов (отсутствие летучей золы);

2) несмотря на высокий КПД современных котлов, работающих на пыли, перевод на газ дает возможность увеличить КПД котельных на 4-6 % (qn = 0, ос = 1,1) и уменьшить расход энергии на собственные нужды на 25-30 %;

3) уменьшаются затраты на строительство ввиду отсутствия дорого­стоящих систем пылеприготовления, складов топлива;

4) уменьшаются размеры зданий.

Так, сравнение котлов ТГМ-84 (Д = 420 т/ч) и ТП-80 на ту же произво­дительность показывает, что удельная кубатура (на тонну пара) у котла ТГМ – 84 на 60 % меньше;

5) Котел , работающий на газе, легко может быть автоматизирован.

В котельных установках, специально запроектированных для работы на газе, преимущества использования газообразного топлива можно реализовать гораздо полнее. Поэтому мощные котлы не унифицируют по топливу, а проек­тируют для сжигания газа и мазута, например, котлы ТГМ-84 и ТГМ-94.

Сам процесс сжигания топлива протекает как гомогенный, поэтому в нем отсутствуют фазы, характерные для твердого топлива: отсутствуют фазы выделения летучих, газификации кокса, шлакообразования. Газ не требует ка­кой-либо подготовки перед сжиганием.

Процесс сжигания газообразного топлива слагается из трех стадий: сме­сеобразование, подогрев и горение. Если газ смешивается с воздухом до выхо­да из горелки, такой способ смесеобразования называется кинетическим (в этом случае скорость горения зависит только от скорости химической реак­ции).

Если же смешение газа и воздуха происходит в топке, то такой способ смесеобразования называется диффузионным (при этом скорость горения оп­ределяется скоростью подвода окислителя к молекулам горючего). При сжига­нии газа горелки могут быть построены как по одному, так и по другому принципу.

Газообразное топливо и его характеристика

Классификация и состав газообразных топлив

Газообразным топливом называется топливо, находящееся в состоянии газа при температуре и давлении его эксплуатации. Таким образом, газообразное топливо может храниться и транспортироваться в жидком (сжиженный газ) и в твердом (например, гидриды водорода) состоянии.

По происхождению газообразное топливо подразделяется на природное (ископаемое топливо) и синтетическое. К газообразному топливу относятся также отходы некоторых металлургических (доменный газ) и химических производств.

К природному газообразному топливу относятся различные природные горючие газы, представляющие собой естественные смеси углеродов различного состава и строения:

  • — собственно природные газы, месторождения которых не связаны с месторождениями нефти;
  • — попутные газы, которые растворены в нефти или находятся над скоплениями ее в виде «газовой шапки», то есть газы, месторождения которых генетически связаны с месторождениями нефти;
  • — газы газоконденсатных месторождений, обогащенные жидкими легкокипящими углеводородами, которые отделяются от газа при снижении давления в виде жидкой фазы — конденсата.

К синтетическому газообразному топливу относятся разнообразные горючие газы, полученные при переработке твердого и жидкого топлива: газы нефтепереработки, генераторные газы, обратный коксовый газ и другие.

Классификация газообразных топлив представлена на рис. 1.1.

Более наглядно газообразное топливо можно классифицировать иначе:

  • — пропан C3H8 — органическое вещество класса алканов. Содержится в природном газе, образуется при крекинге нефтепродуктов. Ядовит. Применяется в качестве топлива при: при выполнении газопламенных работ на заводах и предприятиях, при кровельных работах, для обогрева производственных помещений, для газовых плит, водогрейных колонок в пищевой промышленности, в быту. В последнее время широко используется в качестве автомобильного топлива, т.к. дешевле и экологически безопаснее бензина.
  • — бутамн C4H10— органическое соединение класса алканов. Ядовит, вдыхание бутана вызывает дисфункцию лёгочно-дыхательного аппарата.

Содержится в газовом конденсате и нефтяном газе (до 12 %). Является

Продуктом каталитического и гидрокаталитического крекинга нефтяных фракций. При полном сгорании на воздухе образует углекислый газ и воду. Бутан применяется в смеси с пропаном в зажигалках, в газовых баллонах в сжиженном состоянии, где он имеет запах, так как содержит специально добавленные одоранты. При этом используются «зимние» и «летние» смеси с различным составом.

  • — метан СН4 — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Малорастворим в воде, легче воздуха. Сам по себе метан не токсичен и не опасен для здоровья человека. Область применения метана: топливо, продукты хлорирования используются в огнетушителях, а так же как снотворное, или растворитель, производство продукта дегидрирования-ацетилена, продукт конверсии-синтез-газ. Используется для производства метанола и формальдегида, а следовательно и полимеров, медикаментов и денатурирующих и дезинфицирующих материалов. Также из синтез-газа изготавливаются аммиак и удобрения.
  • — водород Н2 — первый элемент периодической системы элементов. Лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен. Область применения водорода: химическая промышленность, пищевая промышленность, авиационная промышленность, топливо.
  • — сжатый природный газ — используется в качестве моторного топлива вместо бензина, дизельного топлива и пропана. Не токсичен в малых концентрациях. Не вызывает коррозии металлов. Компримированный природный газ дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит. Низкая температура кипения гарантирует полное испарение природного газа при самых низких температурах окружающего воздуха. Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД. Отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы. Эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных.
  • — смеси- сжиженные углеводородные газы (СУГ)— смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от ?50 до 0 °C. Предназначены для применения в качестве топлива. Состав может существенно различаться, основные компоненты: пропан, пропилен, изобутан, изобутилен, н-бутан и бутилен. Производится в основном из попутного нефтяного газа. Транспортируется и хранится в баллонах и газгольдерах. Применяется для приготовления пищи, кипячения воды, отопления, используется в зажигалках, в качестве топлива на автотранспорте.

Состав газообразного топлива зависит от его природы, происхождения и способа получения. Природные газы состоят преимущественно из метана с незначительным содержанием других низших алканов оксида углерода и азота. В попутных газах содержится значительное количество алканов от этана до пентана и выше, при относительно низком содержании метана. Газы газоконденсатных месторождений в них колеблется от 10 до 350 г/м 3 . Во всех углеводородных газах природного происхождения содержатся в различных количествах азот, оксид углерода (IV), сероводород, аргон и гелий.

Рис.1.1. Классификация газообразного топлива

В состав газов нефтепереработки входят помимо алканов низшие алкены и водород. Горючие газы, получаемые переработкой твердого топлива, существенно различаются по составу, однако общим для них является высокое содержание водорода, азота и оксида углерода (IV), что связано с особенностями их получения.

Средний состав газообразного топлива различного происхождения приведен в табл. 1.1, 1.2 и 1.3.

Характеристика топлива

Топливо — это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии.

Классификация. По физическому состоянию топливо бывает твердое, жидкое, газообразное. Стекловаренные печи работают на жидком и газообразном топливе.

К топливу, используемому для стекловаренных печей, предъявляют ряд требований: при сгорании оно должно выделять значительное количество тепла на единицу своей массы или объема, не должно выделять газов, вредно действующих на здоровье людей, а также отрицательно влияющих на материалы топок и печей, должно быть удобным для транспортирования и сжигания.

Основной характеристикой топлива является его теплотворность Q. Теплотворностью топлива называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема топлива (1 кг жидкого топлива или 1 м 3 газообразного). Теплотворность измеряется в ккал/кг или ккал/м 3 (в СИ — кДж/кг, кДж/м 3 ).

Теплотворность различных видов топлива колеблется в широких пределах — от 1000 до 10 000 ккал/кг.

По происхождению топливо подразделяется на естественное и искусственное. Последнее получается в результате переработки естественного топлива. В табл. 3 приводится классификация промышленного топлива.

В промышленности используют твердое, жидкое и газообразное топливо. Различают природное топливо, добываемое на поверхности земли или в ее недрах, и искусственное, получаемое путем переработки природного.

К главным требованиям, предъявляемым к технологическому топливу, относятся: низкая стоимость добычи, низкая стоимость транспортирования, удобство применения, возможность использования с высоким коэффициентом полезного действия, малое содержание вредных примесей.

Различные виды топлива (твердое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся теплота сгорания и влажность, к специфическим — зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства.

Теплота сгорания — количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 м 3 топлива. Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его теплотой сгорания.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Низшая теплота сгорания отличается от высшей количеством теплоты, затрачиваемой на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании водорода. Низшую теплоту сгорания учитывают для подсчета потребности в топливе и его стоимости при составлении тепловых балансов и определении коэффициентов полезного действия установок, использующих топливо. При сопоставлении различных видов топлива пользуются понятием условного топлива, характеризующимся низшей теплотой сгорания, равной 29 МДж/кг.

Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания вследствие увеличенного расхода теплоты на испарение влаги и увеличения объема продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).

Зольность — количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания вследствие уменьшения содержания горючих компонентов (основная причина) и увеличения расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы.

Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стекол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла.

Читать еще:  Как сделать комнату над подъездом теплой

Состав топлива. Топливо различных видов, месторождений и шахт различается по своему составу. При рассмотрении твердого и жидкого топлива принято различать следующие его составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот, золу и влагу. Применительно к газообразному топливу под составом понимают в основном: оксид углерода, водород, метан, этан, пропан, бутан, этилен, бензол, сероводород и др. Входящие в состав топлива кислород и азот относят к внутреннему органическому балласту топлива, а золу и влагу — к внешнему.

Состав твердого и жидкого топлива выражают в процентах по массе, газообразного — в процентах по объему.

Твердое и жидкое топливо состоит из горючей и негорючей частей. К горючей части топлива относят углерод, водород, кислород, азот и серу. Кислород и азот не горят; их включают в состав горючей массы условно. Поэтому горючую часть топлива называют условно горючей массой. Негорючая часть топлива — балласт — состоит из влаги и золы. Органическую массу топлива составляют углерод, кислород и азот.

Топливо в том виде, в каком оно поступает в топки печи для сжигания, носит название рабочего топлива. Ввиду того что содержание в нем влаги может колебаться в широких пределах, состав топлива часто характеризуют его сухой массой.

Для обозначения состава, к которому относится содержание того или иного элемента в топливе, применяют индексы о, г, с и р, которые читаются соответственно: о — органическая масса; г — горючая масса; с — сухое топливо; р — рабочее топливо. Например, CO — содержание углерода в органической массе; Sr — содержание серы в условно горючей массе; Ас — содержание, золы в сухом топливе; Wp — содержание влаги в рабочем топливе.

ТОПЛИВО И ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ

Раздел содержит 3 темы. Предусмотрено выполнение одной лабораторной работы, задач контрольной работы, 5 тренировочных тестов и 10 контрольных тестов. Максимально возможное число баллов рейтинговой системы составляет 13 баллов для очно-заочной и 8 баллов для заочной форм обучения.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТОПЛИВ

Виды органических топлив, применяемых на транспорте, в энергетике, промышленности. Состав и характеристики твердого, жидкого и газообразного топлива. Условное топливо. Искус- твенные топлива.

По теме предусмотрена одна лабораторная работа. Материал темы входит в задачи контрольной работы. После изучения теоретического материала следует ответить на вопросы для самопроверки. Более подробная информация по теме — в источниках [1], [6].

Состав и характеристики жидкого топлива

В технике и промышленности практически все жидкие топлива получаются в результате переработки природной нефти. Нефти различных месторождений отличаются между собой содержанием углерода (85-87 % по массе), водорода (до 12. 14 %), серы (до 3. 4 %) и кислорода (до 1 %).Все указанные горючие элементы находятся в нефти в виде смеси различных углеводородных органи-ческих соединений, имеющих разные молекулярные массы. Чаще всего это угле водороды метанового ряда (СпН2п+2), нафтенового ряда (СПН2) или ароматического ряда (СпН2п_б).

Обычно получаемые из нефти различные виды искусственного жидкого топлива образуются в результате нагревания нефти до 300. 370 °С. Затем пары разгоняются по фракциям, которые конденсируются при различной температуре. На рис. 4.1 показано, как нефть нагревается в трубчатой печи 1, затем поступает в ректификационную колонну 2, в которой на тарелках пары углеводородов конденсируются. С разной высоты колонны 2 отбираются следующие фракции топлива: сжиженный газ (выход около 1 %), бензин (около 15 %), лигроин (около 16%), керосин (около 17 %), дизельное (около 18 %), соляровое масло и мазут.

Рис. 4.1. Схема завода прямой перегонки нефти

На рис. 4.2. приведены значения температур, при которых начинают выкипать и конденсируются различные виды жидкого топлива. Жидкий остаток с температурой кипения 330. 350°С и плотностью 0,92 кг/м 3 называется мазутом, который под-вергается дальнейшей переработке методом крекинга для получения дополни-тельного количества (до 40 % от массы мазута) бензина, керосина, дизельного топлива. В настоящее время выход мазута составляет около 20 % от природной нефти. Слово «крекинг» означает расщепление, раздробление. Известны крекинг-процессы, в которых продукты из нефти нагревают до 425. 500 °С и под давле-нием до 7 МПа. В других процессах применяют катализаторы и другие сложные химические процессы переработки нефти (алкилирование, изомеризация, ароматизация и др.)

Рис. 4.2. Пределы выкипания различных топлив, получаемых из нефти

Из рис 4.2 видно, что при нагревании природной нефти от 40 до 200 °С выделяются фракции различных сортов бензина с плотностью 0,72. 0,76 кг/м 3 , состоящих на 85% из углерода С и на 15% из водорода Н. Среднее значение низшей теплоты сгорания составляет

Qj3 = 42,2. 46,1 Мдж/кг.

Керосин выкипает при 145. 310 °С и состоит в среднем из 86 °С и 14 % Н. Плотность керосина колеблется от 0,79 до 0,87 кг/м 3 ,

низшая теплота сгорания =41,9. 42,2 Мдж/кг.

Дизельное топливо отгоняется при температуре 190. 350 °С, имеет плот-ность 0,82. 0,84 кг/м 3 и теплоту сгорания

QJJ = 42,3. 43,1 МДж/кг. Некоторое количество жидкого топлива может быть получено специальной переработкой твердого топлива, например, из угля, содержащего до 90. 95% С. Методом гидрогенизации из одной тонны угля и 200 м 3 водорода получают около 650 кг различных углеводородов, входящих в состав бензина, масел и газов.

Жидкие топлива характеризуются следующими физикохимическими свой-ствами.

Автомобильные бензины представляют собой смеси углеводородов, выкипающих в диапазоне температур 35. 205 °С. В

России вырабатываются бензины марок А-76, АИ-93 (АИ-92), АИ- 95, по ГОСТ 2084-77 а также бензины с улучшенными экологическими свойствами (НОРСИАИ-80, НОРСИ-АИ-92, НОРСИАИ-95). С 01.01.1999 г. в РФ введен ГОСТ Р-51105 на автомобильные бензины неэтилированных марок: нормаль-80; регуляр-91; премиум-95; супер-98. В 1998 г. доля неэтилированных бензинов составила 81 % общего выпуска. В последние годы в ряде стран начато производство экологически чистых моди-фицированных бензинов с обязательным добавлением кислород-содержащих компонентов. Цифры в марке бензина показывают октановое число (ОЧ), которое характеризует детонационную стойкость бензинов. Наименьшей детонационной стойкостью обладают парафины, наибольшей — ароматические углеводороды. С увеличением количества атомов углерода в молекуле ОЧ уменьшается.

Испаряемость бензинов определяется в основном кривой фракционной разгонки (фракционным составом) и давлением насыщенных паров. Важными эксплуатационными свойствами бензинов являются также прокачиваемость, склонность к образованию отложений, коррозионная активность и др.

Топлива для дизелей вырабатывают в основном из гидроочищенных фракций прямой перегонки нефти. Дизельные топлива включают следующие группы углеводородов (в %): нормальные парафиновые — 5. 30, изопарафиновые — 18. 46, нафтеновые — 23. 60, ароматические — 14. 35. В России вырабатывают три сорта дизельного топлива: «л» (летнее) — для эксплу-атации при температуре 20°С и выше, «а» (арктическое) — для температуры окружающего воздуха -50°С и выше.

Наиболее важными эксплуатационными свойствами дизельных топлив являя-ются испаряемость, воспламеняемость, низкотемпературные свойства, прокачива-емость. Испаряемость определяется фракционным составом, плотностью и вяз-костью топлива. Для улучшения экологических свойств топлив необходимо ограничивать содержание в топливе ароматических углеводов (не более 15 %) и серы (0,05. 0,15%). Производство дизельного топлива с содержанием серы менее 0,2% в 1998 г. составляет около 88 % общего выпуска.

Воспламеняемость дизельных топлив оценивают цетановым числом (ЦЧ). Наибольшие значения ЦЧ имеют алканы, наименьшие

— бициклические аромати-ческие углеводороды. Углеводороды, имеющие высокие ЦЧ, обладают низкой детонационной стойкостью (малые ОЧ). Цетановое число рассчитывают по соот-ношению: ЦЧ = 60 — ОЧ / 2. Повышение ЦЧ дизельного топлива, как правило, улучшает пусковые свойства двигателя.

Для надежной работы топливных систем дизелей важными являются низко-температурные свойства, оцениваемые температурами помутнения (из топлива начинают выпадать твердые углеводороды), застывания (топливо теряет теку-честь) и предельной температурой фильтруемости (топливо после охлаждения способно проходить через фильтр с установленной скоростью). Улучшение низкотемпературных свойств возможно как изменением состава и удалением н- парафиновых углеводородов (это сопровождается снижением ЦЧ), так и добавлением специальных (депрессорных) присадок.

Для дизельных топлив желательно иметь возможно меньшую склонность к нагарообразованию и образованию отложений, меньшую коррозионную актив-ность. Эти свойства оцениваются такими показателями топлив, как кислотность, содержание серы, коксуемость, зольность и др.

Углеводородные газовые топлива по их агрегатному состоянию при нормальных условиях подразделяют на сжатые (СПГ) и сжижен-ные (СНГ). В качестве сжатого газа обычно используют природный газ (95 % метана СН4). Метан, критическая температура которого tKp = — 82°С, при всех более высоких температурах находится в газовой фазе.

Сжиженные газы являются главным образом продуктами переработки попут-ных газов и газов газоконденсатных месторождений и в основном содержат бутанпропановые и бутиленпропилено- вые смеси, находящиеся при нормальной температуре в жидком состоянии.

Основным преимуществом газовых топлив является их чистота (отсутствие свинца, оксидов металлов, ароматических углеводородов, очень низкое содер-жание серы и др.), легкий запуск в холодное время, высокие экологические качества.

Перспективным топливом является водород, обладающий наиболее высокой теплотой и температурой сгорания и образующий «чистые» (не считая оксидов азота) продукты при сгорании. Недостатками водорода являются высокая стоимость получения, сложность хранения и заправки.

Важнейшими характеристиками горючих газов являются теплота сгорания, плотность, концентрационные пределы взрываемости, объемное содержание этих газов в смеси с воздухом. Теплота

сгорания сухого природного газа QjJ =33,5. 35,6 МДж/м 3 . Состав газообразного топлива задается в процентах по объему горючих составляющих СН4, СО, Н2, углеводородов С2Н2п+2 и негорючих газов: со2, о2, N2, н2 о.

Основным видом жидких энергетических топлив является нефтяной мазут, получаемый в процессе переработки нефти, и газовый конденсат. Нефтяные мазуты в зависимости от области применения подразделяют на флотский мазут, котельное и печное топливо.

В соответствии с ГОСТ 10585-75 мазут, предназначенный для электростанций, транспортных и стационарных котлов и технологических установок, разделяют на следующие марки: флотский Ф5 и Ф 12; топочный 40 В и 40; топочный 100 В и 100. Флотский мазут предназначен для судовых котлов, газовых турбин и двигателей. Топочный мазут состоит в основном из тяжелых крекинг — остатков с прямогонным мазутом. Топочные мазуты подразделяют на малосернистые (S 2,0 %).

Углеводороды являются одним из основных компонентов мазутов. В мазутах прямой перегонки обычно преобладают углеводороды ароматического ряда, а также полициклические и парафиновые углеводороды. Крекинг — мазут содержит в основном полициклические углеводороды, а также углеводороды непредельного ряда (олефины) и продукты их полимеризации или конденсации. В мазуте содержатся асфальто-смолистые вещества, представляющие сложные комплексы полицииклических, гетеро-циклических и металлор- ганических соединений.

Показатели качества мазута различных марок приведены в работе [1]. Содер-жание серы в зависимости от марки мазута составляет от 0,5 до 3,5%. Теплоемкость мазутов при t = 50 °С меняется в диапазоне с = 1,82. 2,0 кДж/(кг-К) и растет с ростом температуры.

Теплопроводность при t = 20°С лежит в диапазоне X = 0,12. 0,16 Вт/(мК) и уменьшается с ростом температуры.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector