co je palivo?

Je to jedna složka nebo směs látek, které jsou schopné chemických přeměn spojených s uvolňováním tepla. Různé druhy paliv se liší kvantitativním obsahem okysličovadla v nich, které se používá k uvolňování tepelné energie.

V širokém smyslu je palivo nosič energie, tedy potenciální typ potenciální energie.

Klasifikace

V současnosti se druhy paliv dělí podle stavu agregace na kapalná, pevná a plynná.

Kámen a palivové dřevo, antracit jsou považovány za pevnou přírodní formu. Brikety, koks, termoantracit jsou druhy umělých pevných paliv.

Látky, které obsahují látky organického původu, jsou klasifikovány jako kapaliny. Jejich hlavními složkami jsou: kyslík, uhlík, dusík, vodík, síra. Umělým kapalným palivem budou různé pryskyřice, topný olej.

Jde o směs různých plynů: etylen, metan, propan, butan. Kromě nich složení plynné palivo je tam oxid uhličitý a kysličník uhelnatý s, sirovodík, dusík, vodní pára, kyslík.

Ukazatele paliva

Hlavní ukazatel spalování. Vzorec pro stanovení výhřevnosti se uvažuje v termochemii. emitují „konvenční palivo“, což znamená spalné teplo 1 kilogramu antracitu.

Topný olej pro domácnost je určen pro spalování v topných zařízeních s nízkým výkonem, která jsou umístěna v obytných prostorách, v generátorech tepla používaných v zemědělství pro sušení krmiva, konzervování.

Měrné spalné teplo paliva je taková hodnota, která dokládá množství tepla, které vznikne při úplném spálení paliva o objemu 1 m 3 nebo hmotnosti jednoho kilogramu.

K měření této hodnoty použijte J / kg, J / m 3, kalorie / m 3. Ke stanovení výhřevnosti se používá kalorimetrie.

S nárůstem měrného spalného tepla paliva měrná spotřeba paliva klesá a účinnost zůstává nezměněna.

Spalné teplo látek je množství energie uvolněné při oxidaci pevné, kapalné, plynné látky.

Je určeno chemickým složením a také stavem agregace hořlavé látky.

Vlastnosti produktů spalování

Vyšší a spodní teplo spalování je spojeno se stavem agregace vody v látkách získaných po spalování paliva.

Nejvyšší výhřevnost je množství tepla uvolněného při úplném spálení látky. Tato hodnota zahrnuje i kondenzační teplo vodní páry.

Nejnižší pracovní spalné teplo je hodnota, která odpovídá výdeji tepla při spalování bez zohlednění kondenzačního tepla vodní páry.

Latentní kondenzační teplo je hodnota energie kondenzace vodní páry.

Matematický vztah

Nejvyšší a nejnižší výhřevnost souvisí s následujícím vztahem:

QB = QH + k (W + 9H)

kde W je hmotnostní množství (v %) vody v hořlavé látce;

H je množství vodíku (% hmotnosti) v hořlavé látce;

k je faktor 6 kcal / kg

Metody výpočtu

Nejvyšší a nejnižší spalné teplo je určeno dvěma hlavními metodami: výpočtovou a experimentální.

K provádění experimentálních výpočtů se používají kalorimetry. Nejprve se v něm spálí vzorek paliva. Teplo, které se v tomto případě uvolní, je zcela absorbováno vodou. S představou o hmotnosti vody je možné určit změnou její teploty hodnotu jejího spalovacího tepla.

Tato technika je považována za jednoduchou a efektivní, předpokládá pouze vlastnictví informací o datech technické analýzy.

Ve výpočtové metodě se nejvyšší a nejnižší spalné teplo vypočítává pomocí Mendělejevova vzorce.

Q p H = 339 C p + 1030 H p -109 (Op - S p) - 25 W p (kJ / kg)

Bere v úvahu obsah uhlíku, kyslíku, vodíku, vodní páry, síry v pracovním složení (v procentech). Množství tepla při spalování se určuje s přihlédnutím k referenčnímu palivu.

Spalné teplo plynu umožňuje provést předběžné výpočty k odhalení účinnosti použití určitého typu paliva.

Vlastnosti původu

Abychom pochopili, kolik tepla se uvolňuje při spalování určitého paliva, je nutné mít představu o jeho původu.

V přírodě existuje různé varianty pevná paliva, která se liší složením a vlastnostmi.

Jeho tvorba probíhá v několika fázích. Nejprve se vytvoří rašelina, poté se získá hnědé a bituminózní uhlí, poté vznikne antracit. Hlavním zdrojem tvorby tuhého paliva je listí, dřevo a jehličí. Odumírají, části rostlin, když jsou vystaveny vzduchu, jsou zničeny houbami a tvoří rašelinu. Jeho akumulace se změní na hnědou hmotu, poté se získá hnědý plyn.

Při vysokém tlaku a teplotě se hnědý plyn mění na uhlí, poté se palivo hromadí ve formě antracitu.

Kromě organické hmoty je v palivu další balast. Za organickou část se považuje ta, která vznikla z organických látek: vodík, uhlík, dusík, kyslík. Kromě těchto chemických prvků obsahuje balast: vlhkost, popel.

Technologie pece předpokládá uvolňování pracovní, suché i hořlavé hmoty spáleného paliva. Pracovní hmota se nazývá palivo v původní podobě, dodávané spotřebiteli. Suchá hmota je kompozice, ve které není žádná voda.

Složení

Nejcennějšími složkami jsou uhlík a vodík.

Tyto prvky se nacházejí v jakémkoli typu paliva. V rašelině a dřevě dosahuje procento uhlíku 58 procent, v bituminózním a hnědém uhlí - 80 procent a v antracitu dosahuje 95 procent hmotnosti. V závislosti na tomto indikátoru se mění množství tepla uvolněného při spalování paliva. Vodík je druhým nejdůležitějším prvkem v každém palivu. Vazbou s kyslíkem tvoří vlhkost, která výrazně snižuje tepelnou hodnotu jakéhokoli paliva.

Jeho procento se pohybuje od 3,8 v ropných břidlicích do 11 v topném oleji. Kyslík, který je součástí paliva, působí jako balast.

Nevytváří teplo chemický prvek, tedy negativně ovlivňuje hodnotu spalného tepla. Spalování dusíku obsaženého ve volné nebo vázané formě ve zplodinách hoření je považováno za škodlivé nečistoty, proto je jeho množství jednoznačně omezeno.

Síra je obsažena v palivu ve formě síranů, sulfidů a také jako sirné plyny. Při hydrataci oxidy síry tvoří kyselinu sírovou, která ničí zařízení kotlů, negativně ovlivňuje vegetaci a živé organismy.

Proto je síra oním chemickým prvkem, jehož přítomnost v přírodních palivech je krajně nežádoucí. Pokud se dostane do pracovní místnosti, sloučeniny síry způsobí značnou otravu personálu údržby.

Existují tři druhy popela v závislosti na jeho původu:

• hlavní;
• sekundární;
• terciární.

Primární druh je tvořen z minerálů, které se nacházejí v rostlinách. Sekundární popel vzniká v důsledku pronikání rostlinných zbytků pískem a zeminou během tvorby.

Terciární popel je součástí složení paliva při těžbě, skladování a přepravě. Při výrazném usazování popela dochází ke snížení přestupu tepla na topné ploše kotlového tělesa, snížení množství přestupu tepla do vody z plynů. Obrovské množství popela negativně ovlivňuje provoz kotle.

Konečně

Těkavé látky mají významný vliv na proces spalování jakéhokoli typu paliva. Čím větší je jejich výkon, tím větší bude objem čela plamene. Například uhlí, rašelina se snadno vznítí, proces je doprovázen nevýznamnými tepelnými ztrátami. Koks, který zůstane po odstranění těkavých nečistot, obsahuje pouze minerální a uhlíkaté sloučeniny. V závislosti na vlastnostech paliva se množství tepla výrazně liší.

V závislosti na chemickém složení se rozlišují tři stupně vzniku tuhého paliva: rašelina, hnědé uhlí, uhlí.

Přírodní dřevo se používá v malých kotelnách. Používají především štěpky, piliny, desky, kůru, samotné palivové dřevo se používá v malém množství. V závislosti na druhu dřeva se množství uvolněného tepla výrazně liší.

S klesajícím spalným teplem získává palivové dřevo určité výhody: rychlou hořlavost, minimální obsah popela a nepřítomnost stop síry.

Spolehlivé informace o složení přírodních nebo syntetických paliv, jejich výhřevnosti, jsou vynikajícím způsobem, jak provádět termochemické výpočty.

V současné době existuje skutečná příležitost identifikovat ty hlavní možnosti pro pevná, plynná, kapalná paliva, která se v konkrétní situaci stanou nejúčinnějšími a nenákladnějšími.

FYZIKÁLNÍ A CHEMICKÉ VLASTNOSTI ZEMNÍCH PLYNŮ

Mít zemní plyny chybí barva, vůně, chuť.

Mezi hlavní ukazatele zemních plynů patří: složení, spalné teplo, hustota, teploty spalování a vznícení, meze výbušnosti a výbušný tlak.

Zemní plyny z nalezišť čistého plynu se skládají především z metanu (82–98 %) a dalších uhlovodíků.

Hořlavý plyn obsahuje hořlavé a nehořlavé látky. Mezi hořlavé plyny patří: uhlovodíky, vodík, sirovodík. Mezi nehořlavé patří: oxid uhličitý, kyslík, dusík a vodní pára. Jejich složení je nízké a činí 0,1-0,3 % C02 a 1-14 % N2. Po extrakci se z plynu extrahuje toxický plyn, sirovodík, jehož obsah by neměl překročit 0,02 g/m3.

Výhřevnost je množství tepla uvolněného při úplném spálení 1 m3 plynu. Spalné teplo se měří v kcal / m3, kJ / m3 plynu. Výhřevnost suchého zemního plynu je 8000-8500 kcal / m3.

Hodnota vypočítaná poměrem hmotnosti látky k jejímu objemu se nazývá hustota látky. Hustota se měří v kg/m3. Hustota zemního plynu zcela závisí na jeho složení a pohybuje se v rozmezí c = 0,73-0,85 kg/m3.

Nejdůležitější vlastností každého hořlavého plynu je jeho tepelný výkon, to znamená maximální teplota dosažená při úplném spálení plynu, pokud požadované množství spalovacího vzduchu přesně odpovídá chemickým vzorcům spalování, a počáteční teplota plynu a vzduch je nulový.

Výhřevnost zemního plynu je asi 2000 -2100 °C, metanu - 2043 °C. Skutečná teplota spalování v pecích je výrazně nižší než topný výkon a závisí na podmínkách spalování.

Teplota vznícení je teplota směsi vzduch-palivo, při které se směs vznítí bez zdroje vznícení. U zemního plynu je to v rozmezí 645-700 °C.

Všechny hořlavé plyny jsou výbušné, mohou se zapálit otevřeným ohněm nebo jiskrou. Rozlišovat dolní a horní mez koncentrace šíření plamene , tj. nižší a horní koncentrace, při které je možný výbuch směsi. Spodní mez výbušnosti plynů je 3 ÷ 6 %, horní 12 ÷ 16 %.

Meze výbušnosti.

Směs vzduchu a plynu obsahující množství plynu:

do 5 % - nehoří;

od 5 do 15% - exploduje;

více než 15 % - hoří při přívodu vzduchu.

Výbušný tlak zemního plynu je 0,8-1,0 MPa.

Všechny hořlavé plyny mohou způsobit otravu lidského těla. Hlavní toxické látky jsou: oxid uhelnatý (CO), sirovodík (H 2 S), amoniak (NH 3).

Zemní plyn je bez zápachu. Aby se určila netěsnost, plyn se odorizuje (tj. uděluje mu specifický zápach). Odorizace se provádí pomocí ethylmerkaptanu. Odorizace se provádí na distribučních stanicích plynu (GDS). Když se do vzduchu dostane 1 % zemního plynu, začne být cítit jeho zápach. Praxe ukazuje, že průměrná rychlost etylmerkaptanu pro odorizaci zemního plynu dodávaného do městských sítí by měla být 16 g na 1 000 m3 plynu.

Ve srovnání s pevnými a kapalnými palivy je zemní plyn v mnoha ohledech lepší:

Relativní lacinost, která se vysvětluje více snadným způsobem těžba a doprava;

Nedostatek popela a odstraňování pevných částic do atmosféry;

Vysoká výhřevnost;

Příprava paliva pro spalování není nutná;

Usnadňuje práci pracovníkům služeb a zlepšuje hygienické a hygienické podmínky jeho práce;

Jsou usnadněny podmínky pro automatizaci pracovních procesů.

Vzhledem k možným únikům netěsností v přípojkách plynovodu a ventilových spojích vyžaduje použití zemního plynu zvláštní péči a pozornost. Průnik více než 20 % plynu do místnosti může vést k udušení, a pokud je přítomen v uzavřeném objemu od 5 do 15 %, může způsobit explozi směsi plynu a vzduchu. Nedokonalým spalováním vzniká toxický oxid uhelnatý CO, který již při nízkých koncentracích vede k otravě obsluhujícího personálu.

Podle původu se zemní plyny dělí na dvě skupiny: suché a mastné.

Suchý Plyny jsou klasifikovány jako plyny minerálního původu a nacházejí se v oblastech spojených se současnou nebo minulou sopečnou činností. Suché plyny se skládají téměř výhradně z jednoho metanu s nevýznamným obsahem balastních složek (dusík, oxid uhličitý) a mají výhřevnost Qн = 7000 ÷ 9000 kcal / nm3.

Tlustý plyny doprovázejí ropná pole a obvykle se hromadí v horních vrstvách. Tukové plyny mají podobný původ jako ropa a obsahují mnoho snadno kondenzovatelných uhlovodíků. Výhřevnost kapalné plyny Qн = 8000-15000 kcal / nm3

Mezi výhody plynných paliv patří snadná přeprava a spalování, nedostatek vlhkosti popela, výrazná jednoduchost zařízení kotle.

Spolu se zemními plyny se používají i umělé hořlavé plyny, získané při zpracování tuhých paliv nebo v důsledku provozu průmyslových závodů jako odpadní plyny. Umělé plyny se skládají ze hořlavých plynů nedokonalého spalování paliva, balastních plynů a vodní páry a dělí se na bohaté a chudé, s průměrnou výhřevností 4500 kcal/m3 a 1300 kcam3, resp. Složení plynů: vodík, metan, ostatní sloučeniny uhlovodíků CmHn, sirovodík H 2 S, nespalitelné plyny, oxid uhličitý, kyslík, dusík a malé množství vodní páry. Balastem je dusík a oxid uhličitý.

Složení suchého plynného paliva tedy může být reprezentováno jako následující směs prvků:

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

Složení mokrého plynného paliva je vyjádřeno takto:

CO + H2 + ∑CmHn + H2S + CO2 + O2 + N2 + H20 = 100 %.

Spalné teplo suchý plynné palivo kJ / m3 (kcal / m3) na 1 m3 plynu za normálních podmínek se stanoví takto:

Qn = 0,01,

Kde Qi je spalné teplo odpovídajícího plynu.

Výhřevnost plynného paliva je uvedena v tabulce 3.

Vysokopecní plyn vznikající při tavení surového železa ve vysokých pecích. Jeho výtěžnost a chemické složení závisí na vlastnostech vsázky a paliva, provozním režimu pece, metodách intenzifikace procesu a dalších faktorech. Výkon plynu se pohybuje v rozmezí 1500-2500 m 3 na tunu surového železa. Podíl nehořlavých složek (N 2 a CO 2) ve vysokopecním plynu je cca 70 %, což určuje jeho nízký tepelný výkon (nejnižší výhřevnost plynu je 3-5 MJ/m 3).

Při spalování vysokopecního plynu je maximální teplota zplodin hoření (bez tepelných ztrát a spotřeby tepla na disociaci CO 2 a H 2 O) 400-1500 0 C. Pokud se před spalováním ohřívá plyn a vzduch, teplota spalování produktů lze výrazně zvýšit.

Feroslitinový plyn vzniká při tavení feroslitin v redukčních pecích rud. Plyn vypouštěný z uzavřených pecí lze použít jako palivo RER (sekundární energetické zdroje). V otevřených pecích dochází vlivem volného přístupu vzduchu k vyhoření plynu nahoře. Výtěžnost a složení feroslitinového plynu závisí na jakosti taveniny

slitina, složení vsázky, provozní režim pece, její výkon atd. Složení plynu: 50-90 % CO, 2-8 % H 2, 0,3-1 % CH 4, O 2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

Konvertor plynu vznikající při tavení oceli v kyslíkových konvertorech. Plyn se skládá převážně z oxidu uhelnatého, jeho výtěžnost a složení se při tavení výrazně mění. Po vyčištění je složení plynu přibližně následující: 70-80 % CO; 15-20 % C02; 0,5-0,8 % 02; 3-12% N 2. Spalné teplo plynu je 8,4-9,2 MJ / m 3. Maximální teplota spalování dosahuje 2000 0 С.

Koksárenský plyn vznikající při koksování uhelné vsázky. V metalurgii železa se používá po těžbě chemických produktů. Složení koksárenského plynu závisí na vlastnostech vsázky uhlí a podmínkách koksování. Objemové podíly složek v plynu jsou v následujících mezích, %: 52-62H 2; 0,3-0,6 02; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO2. Spalné teplo je 17-17,6 MJ / m ^ 3, maximální teplota produktů spalování je 2070 0 С.

Mezi látky organického původu patří palivo, které při spalování uvolňuje určité množství tepelné energie. Výroba tepla by se měla vyznačovat vysokou účinností a absencí vedlejších účinků, zejména látek škodlivých lidskému zdraví a životnímu prostředí.

Pro usnadnění vkládání do topeniště je dřevěný materiál nařezán na samostatné prvky o délce až 30 cm, pro zvýšení účinnosti jejich použití by dřevo mělo být co nejsušší a proces spalování by měl být relativně pomalý. V mnoha ohledech je pro vytápění prostor vhodné palivové dřevo z tvrdých dřevin, jako je dub a bříza, líska a jasan, hloh. Vzhledem k vysokému obsahu pryskyřice, zvýšené rychlosti hoření a nízké výhřevnosti jsou jehličnany v tomto ohledu výrazně horší.

Je třeba si uvědomit, že hustota dřeva ovlivňuje hodnotu výhřevnosti.

Jedná se o přírodní rostlinný materiál extrahovaný ze sedimentární horniny.

Tento typ tuhého paliva obsahuje uhlík a další chemické prvky. Existuje rozdělení materiálu na typy v závislosti na jeho stáří. Hnědé uhlí je považováno za nejmladší, následuje černé uhlí a antracit je starší než všechny ostatní druhy. Stáří hořlavé látky je dáno také její vlhkostí, která je více zastoupena v mladém materiálu.

Při spalování uhlí dochází ke znečišťování životního prostředí a na roštech kotle se tvoří struska, která do určité míry brání normálnímu spalování. Přítomnost síry v materiálu je také nepříznivým faktorem pro atmosféru, protože tento prvek se ve vzduchu přeměňuje na kyselinu sírovou.

Spotřebitelé by se však neměli obávat o své zdraví. Výrobci tohoto materiálu, starající se o soukromé zákazníky, usilují o snížení obsahu síry v něm. Spalné teplo uhlí se může lišit i v rámci stejného druhu. Rozdíl závisí na vlastnostech poddruhu a obsahu minerálů v něm, stejně jako na geografii těžby. Jako tuhé palivo se vyskytuje nejen čisté uhlí, ale také nízko obohacená uhelná struska lisovaná do briket.

Pelety (palivové pelety) jsou tuhé palivo vyráběné průmyslově z dřevního a rostlinného odpadu: hobliny, kůra, lepenka, sláma.

Surovina rozdrcená na prach se suší a sype do granulátoru, odkud vychází ve formě granulí určitého tvaru. Rostlinný polymer, lignin, se používá k přidání viskozity do hmoty. Složitost výrobního procesu a vysoká poptávka tvoří náklady na pelety. Materiál se používá ve speciálně vybavených kotlích.

Druhy paliv se určují podle toho, z jakého materiálu jsou zpracovávány:

• kulatina ze stromů všech druhů;
• sláma;
• rašelina;
• slupka slunečnice.

Mezi výhody, které mají palivové pelety, stojí za zmínku následující vlastnosti:

• šetrnost k životnímu prostředí;
• neschopnost deformace a odolnost proti houbám;
• snadné skladování i venku;
• rovnoměrnost a trvání hoření;
• relativně nízké náklady;
• možnost použití pro různá topná zařízení;
• vhodná velikost pelet pro automatické nakládání do speciálně vybaveného kotle.

Brikety

Brikety jsou pevná paliva, podobná v mnoha ohledech peletám. K jejich výrobě se používají identické materiály: dřevěné štěpky, hobliny, rašelina, plevy a sláma. Během výrobního procesu se surovina drtí a lisuje do briket. Tento materiál je také klasifikován jako ekologické palivo. Je vhodné jej skladovat i venku. Hladké, rovnoměrné a pomalé spalování tohoto paliva lze pozorovat jak v krbech a kamnech, tak v topných kotlích.

Typy ekologických pevných paliv diskutované výše jsou dobrou alternativou k výrobě tepla. Ve srovnání s fosilními zdroji tepelné energie, které při spalování nepříznivě ovlivňují životní prostředí a navíc nejsou obnovitelné, mají alternativní paliva jasné výhody a relativně nízkou cenu, což je pro spotřebitele některých kategorií důležité.

Nebezpečí požáru u takových paliv je přitom mnohem vyšší. Proto je nutné přijmout některá bezpečnostní opatření týkající se jejich skladování a použití ohnivzdorných materiálů na stěny.

Kapalná a plynná paliva

U kapalných a plynných hořlavých látek je situace následující.

Každý den, když zapnete hořák na sporáku, málokdo přemýšlí o tom, jak dávno začali těžit plyn. U nás jeho vývoj začal ve dvacátém století. Předtím byl jednoduše nalezen při těžbě ropných produktů. Výhřevnost zemního plynu je tak velká, že dnes je tato surovina prostě nenahraditelná a její vysoce kvalitní analogy ještě nebyly vyvinuty.

Tabulka výhřevnosti vám pomůže s výběrem paliva pro vytápění vašeho domova

Funkce fosilních paliv

Zemní plyn je důležitým fosilním palivem, které zaujímá přední místo v palivové a energetické bilanci mnoha zemí. Aby mohli zásobovat město a všechny druhy technických podniků palivem, spotřebovávají různé hořlavé plyny, protože zemní plyn je považován za nebezpečný.

Ekologové věří, že plyn je nejčistší palivo, při spalování se uvolňuje mnohem méně toxických látek než palivové dřevo, uhlí a ropa. Toto palivo lidé používají každý den a obsahuje přísadu jako je odorant, přidává se ve vybavených instalacích v poměru 16 miligramů na tisíc metrů krychlových plynu.

Důležitou složkou látky je metan (cca 88-96%), zbytek tvoří další chemikálie:

• butan;
• sirovodík;
• propan;
• dusík;
• kyslík.

V tomto videu se podíváme na roli uhlí:

Množství metanu v přírodním palivu přímo závisí na jeho poli.

Popsaný typ paliva se skládá z uhlovodíkových a neuhlovodíkových složek. Přírodními fosilními palivy jsou především metan, který zahrnuje butan a propan. Popsané fosilní palivo obsahuje kromě uhlovodíkových složek dusík, síru, helium a argon. A také existují kapalné páry, ale pouze v plynových a ropných polích.

Druhy vkladů

Je zaznamenána přítomnost několika typů plynových usazenin. Jsou rozděleny do následujících typů:

• plyn;
• olej.

Jejich charakteristickým znakem je obsah uhlovodíků. Ložiska plynu obsahují asi 85-90 % prezentované látky, ropná pole ne více než 50 %. Zbytek procent zaujímají látky jako butan, propan a olej.

Za obrovskou nevýhodu původu oleje je považováno jeho oplachování od různých druhů přísad. Síra se používá jako nečistota v technických podnicích.

Spotřeba zemního plynu

Butan se spotřebovává jako palivo na čerpacích stanicích pro auta a organická látka zvaná „propan“ se používá k doplňování paliva do zapalovačů. Acetylen je vysoce hořlavý a používá se při svařování a řezání kovů.

Fosilní paliva se používají v každodenním životě:

• sloupy;
• plynová kamna;

Tento druh paliva je považován za nejvíce rozpočtový a neškodný, jedinou nevýhodou jsou emise oxidu uhličitého při spalování do atmosféry. Vědci po celé planetě hledají náhradu za tepelnou energii.

Výhřevnost

Výhřevnost zemního plynu je množství tepla vzniklého při dostatečném spálení jednotky paliva. Množství tepla uvolněného při spalování je vztaženo na jeden krychlový metr odebraný za přirozených podmínek.

Tepelná kapacita zemního plynu se měří v následujících termínech:

• kcal/nm 3;
• kcal / m3.

Existuje vysoká a nízká výhřevnost:

1. Vysoký. Uvažuje teplo vodní páry vznikající při spalování paliva.
2. Nízký. Nebere v úvahu teplo obsažené ve vodní páře, protože takové páry nekondenzují, ale odcházejí se zplodinami hoření. Díky akumulaci vodní páry tvoří množství tepla rovné 540 kcal / kg. Kromě toho, když se kondenzát ochladí, vyjde teplo od 80 do 100 kcal / kg. Obecně platí, že díky akumulaci vodní páry vzniká více než 600 kcal / kg, což je rozlišovací znak mezi vysokým a nízkým topným výkonem.

U naprosté většiny plynů spotřebovaných v městském distribučním systému paliv je rozdíl roven 10 %. Aby byla města zásobována plynem, musí být jeho výhřevnost vyšší než 3500 kcal / Nm 3. To se vysvětluje skutečností, že dodávka se provádí potrubím na dlouhé vzdálenosti. Pokud je výhřevnost nízká, pak se jeho zásoba zvyšuje.

Pokud je výhřevnost zemního plynu nižší než 3500 kcal / Nm 3, je častěji využíván v průmyslu. Není třeba jej přepravovat na dlouhé úseky cesty a spalování je mnohem snazší. Závažné změny ve výhřevnosti plynu vyžadují časté seřizování a někdy i výměnu velkého počtu standardizovaných hořáků pro domácí čidla, což vede k potížím.

Tato situace vede ke zvětšení průměrů plynovodu a také ke zvýšení nákladů na kov, pokládku sítí a provoz. Velkou nevýhodou nízkokalorických fosilních paliv je obrovský obsah oxidu uhelnatého, v tomto ohledu se zvyšuje míra ohrožení při provozu paliva a při údržbě potrubí a potažmo i zařízení.

Teplo uvolněné při spalování nepřesahující 3500 kcal / nm 3 se nejčastěji využívá v průmyslové výrobě, kde není nutné jej přenášet na velkou vzdálenost a bez obtíží tvořit spalování.

Plynové palivo se dělí na přírodní a umělé a je směsí hořlavých a nehořlavých plynů obsahujících určité množství vodní páry, někdy i prachu a dehtu. Množství plynného paliva je vyjádřeno v krychlových metrech za normálních podmínek (760 mm Hg a 0 °C) a složení je vyjádřeno v objemových procentech. Složením paliva se rozumí složení jeho suché plynné části.

Palivo zemní plyn

Nejrozšířenějším plynným palivem je zemní plyn, který má vysokou výhřevnost. Základem zemního plynu je metan, jehož obsah je 76,7-98%. Ostatní plynné uhlovodíkové sloučeniny se nacházejí v zemním plynu od 0,1 do 4,5 %.

Zkapalněný plyn je produktem rafinace ropy – skládá se převážně ze směsi propanu a butanu.

Zemní plyn (CNG, NG): metan CH4 více než 90 %, ethan C2 H5 méně než 4 %, propan C3 H8 méně než 1 %

Zkapalněný plyn (LPG): propan C3 H8 více než 65 %, butan C4 H10 méně než 35 %

Složení hořlavých plynů zahrnuje: vodík H 2, metan CH 4, Ostatní sloučeniny uhlovodíků C m H n, sirovodík H 2 S a nehořlavé plyny, oxid uhličitý CO2, kyslík O 2, dusík N 2 a malé množství vodní pára H 2 O. Indexy m a NS na C a H charakterizují sloučeniny různých uhlovodíků, například pro methan CH 4 t = 1 a n= 4, pro ethan C2Hb t = 2 a n= b atd.

Složení suchého plynného paliva (objemová procenta):

CO + H2 + 2 C m H n + H2S + C02 + O2 + N2 = 100 %.

Nehořlavou složkou suchého plynného paliva – balastu – je dusík N a oxid uhličitý CO 2 .

Složení mokrého plynného paliva je vyjádřeno takto:

CO + H2 + Σ C m H n + H2S + C02 + O2 + N2 + H20 = 100 %.

Spalné teplo, kJ / m (kcal / m 3), 1 m 3 čistého suchého plynu za normálních podmínek se stanoví takto:

Qn c = 0,01,

kde Qco, Q n 2, Q s m n n Q n 2 s. - spalné teplo jednotlivých plynů obsažených ve směsi, kJ / m 3 (kcal / m 3); CO, H 2, Cm Hn, H2S - složky, které tvoří směs plynů, % obj.

Spalné teplo 1 m3 suchého zemního plynu za normálních podmínek pro většinu domácích polí je 33,29 - 35,87 MJ / m3 (7946 - 8560 kcal / m3). Charakteristiky plynných paliv jsou uvedeny v tabulce 1.

Příklad. Určete výhřevnost zemního plynu (za normálních podmínek) o následujícím složení:

H2S = 1 %; CH4 = 76,7 %; C2H6 = 4,5 %; C3H8 = 1,7 %; C4H10 = 0,8 %; C5H12 = 0,6 %.

Dosazením charakteristik plynů z tabulky 1 do vzorce (26) dostaneme:

Qns = 0,01 = 33981 kJ/m3 or

Qns = 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) = 8109 kcal / m3.

Stůl 1. Charakteristika plynných paliv

Plyn	Označení	Spalné teplo Q n s
		KJ / m3	Kcal / m3
Vodík	H,	10820	2579
Kysličník uhelnatý	CO	12640	3018
Sirovodík	H 2 S	23450	5585
Metan	CH 4	35850	8555
Etan	C2H6	63 850	15226
Propan	C3H8	91300	21795
Butan	C4H10	118700	22338
pentan	C5H12	146200	34890
Ethylen	C2H4	59200	14107
Propylen	C3H6	85980	20541
Butylen	C4H8	113 400	27111
Benzen	C6H6	140400	33528

Kotle DE spotřebují na výrobu jedné tuny páry od 71 do 75 m3 zemního plynu. Cena plynu v Rusku za září 2008 je 2,44 rublů za metr krychlový. Tuna páry tedy bude stát 71 × 2,44 = 173 rublů 24 kopejek. Skutečné náklady na tunu páry v továrnách jsou nejméně 189 rublů na tunu páry pro kotle DE.

Kotle DKVR spotřebují na výrobu jedné tuny páry od 103 do 118 m3 zemního plynu. Minimální odhadované náklady na tunu páry pro tyto kotle jsou 103 × 2,44 = 251 rublů 32 kopejek. Skutečné náklady na páru pro továrny jsou nejméně 290 rublů za tunu.

Jak vypočítat maximální spotřebu zemního plynu pro parní kotel DE-25? Toto jsou technické vlastnosti kotle. 1840 kostek za hodinu. Ale můžete počítat. 25 tun (25 tis. kg) je třeba vynásobit rozdílem entalpií páry a vody (666,9-105) a to vše rozdělit na účinnost kotle 92,8 % a spalné teplo plynu. 8300. a všechny

Umělé plynové palivo

Umělé hořlavé plyny jsou lokální paliva, protože mají výrazně nižší výhřevnost. Jejich hlavními palivovými prvky jsou oxid uhelnatý CO a vodík H2. Tyto plyny jsou využívány ve výrobě, kde jsou vyráběny jako palivo pro technologické a elektrárny.

Všechny přírodní a umělé hořlavé plyny jsou výbušné a mohou se vznítit na otevřeném ohni nebo jiskře. Rozlišuje se dolní a horní mez výbušnosti plynu, tzn. nejvyšší a nejnižší procento jeho koncentrace ve vzduchu. Spodní mez výbušnosti zemních plynů se pohybuje od 3% do 6% a horní mez - od 12% do 16%. Všechny hořlavé plyny mohou otrávit lidské tělo. Hlavní toxické látky hořlavých plynů jsou: oxid uhelnatý CO, sirovodík H2S, amoniak NH3.

Přírodní hořlavé plyny, stejně jako umělé, jsou bezbarvé (neviditelné), bez zápachu, což je činí nebezpečnými při průniku do vnitřních prostor kotelny netěsnostmi plynových armatur. Aby se předešlo otravě, měly by být hořlavé plyny ošetřeny vonnou látkou bez zápachu.

Získávání oxidu uhelnatého CO v průmyslu zplyňováním tuhého paliva

Pro průmyslové účely se oxid uhelnatý získává zplyňováním pevného paliva, tedy přeměnou na plynné palivo. Oxid uhelnatý tedy můžete získat z jakéhokoli pevného paliva – fosilního uhlí, rašeliny, palivového dřeva atd.

Proces zplyňování tuhého paliva ukazuje laboratorní pokus (obr. 1). Po naplnění žáruvzdorné trubice kousky dřevěného uhlí ji silně zahřejeme a necháme z plynoměru procházet kyslík. Nechte plyny vycházející z trubice projít promývací lahví s vápennou vodou a poté zapalte. Vápenná voda se zakalí, plyn hoří namodralým plamenem. To ukazuje na přítomnost oxidu CO2 a oxidu uhelnatého CO v reakčních produktech.

Vznik těchto látek lze vysvětlit tím, že když se kyslík dostane do kontaktu se žhavým uhlím, uhlí se nejprve oxiduje na oxid uhličitý: C + O 2 = C02

Poté se při průchodu žhavým uhlím oxid uhličitý částečně redukuje na oxid uhelnatý: C02 + C = 2CO

Rýže. 1. Získání oxidu uhelnatého (laboratorní pokus).

V průmyslových podmínkách se zplyňování pevných paliv provádí v pecích zvaných generátory plynu.

Výsledná směs plynů se nazývá generátorový plyn.

Zařízení na vyvíjení plynu je znázorněno na obrázku. Jedná se o ocelový válec o výšce asi 5 m a průměr asi 3,5 m, uvnitř obložená žáruvzdornými cihlami. Plynový generátor je zatížen palivem shora; zespodu přes rošt je vzduch nebo vodní pára přiváděna ventilátorem.

Kyslík ve vzduchu reaguje s uhlíkem v palivu a vytváří oxid uhličitý, který stoupá vzhůru horkým palivovým ložem a je redukován uhlíkem na oxid uhelnatý.

Pokud je do generátoru vháněn pouze vzduch, pak se získá plyn, který ve svém složení obsahuje oxid uhelnatý a dusík ve vzduchu (a také určité množství CO 2 a dalších nečistot). Tento generátorový plyn se nazývá vzduchový plyn.

Pokud je do generátoru vháněna vodní pára s horkým uhlím, pak v důsledku reakce vzniká oxid uhelnatý a vodík: C + H20 = CO + H2

Tato směs plynů se nazývá vodní plyn. Vodní plyn má vyšší výhřevnost než vzdušný plyn, protože kromě oxidu uhelnatého obsahuje i druhý hořlavý plyn – vodík. Vodní plyn (syntézní plyn), jeden z produktů zplyňování paliv. Vodní plyn se skládá převážně z CO (40 %) a H2 (50 %). Vodní plyn je palivo (výhřevnost 10 500 kJ / m3, resp. 2 730 kcal / mg) a zároveň surovina pro syntézu metylalkoholu. Vodní plyn však nelze dlouhodobě vyrábět, protože reakce jeho vzniku je endotermická (s absorpcí tepla), a proto se palivo v generátoru ochlazuje. Aby uhlí zůstalo žhavé, střídá se vstřikování vodní páry do generátoru se vstřikováním vzduchu, o kterém je známo, že kyslík reaguje s palivem za vzniku tepla.

V poslední době se pro zplyňování paliva široce používá paro-kyslíkový proud. Současné vhánění vodní páry a kyslíku palivovým ložem umožňuje provádět proces kontinuálně, výrazně zvýšit produktivitu generátoru a získat plyn s vysokým obsahem vodíku a oxidu uhelnatého.

Moderní plynové generátory jsou výkonná kontinuální zařízení.

Aby se zabránilo vniknutí hořlavých a jedovatých plynů do atmosféry při dodávání paliva do generátoru plynu, je plnicí buben dvojitý. Zatímco palivo vstupuje do jedné komory bubnu, druhá komora rozlévá palivo do generátoru; když se buben otáčí, tyto procesy se opakují, zatímco generátor zůstává po celou dobu izolován od atmosféry. Rovnoměrná distribuce paliva v generátoru se provádí pomocí kužele, který může být instalován v různých výškách. Při spouštění se uhlí pokládá blíže ke středu generátoru, při zvednutí kužele se uhlí vrhá blíže ke stěnám generátoru.

Odstraňování popela z generátoru plynu je mechanizované. Rošt ve tvaru kužele se pomalu otáčí elektromotorem. V tomto případě je popel vytlačován na stěny generátoru a pomocí speciálních zařízení je vysypáván do popelníku, odkud je periodicky odstraňován.

První plynové lucerny byly zapáleny v Petrohradě na Aptekarském ostrově v roce 1819. Použitý plyn se získával zplyňováním uhlí. Říkalo se tomu lampový plyn.

Velký ruský vědec D.I.Mendělejev (1834-1907) jako první vyslovil myšlenku, že zplyňování uhlí lze provádět přímo pod zemí, aniž by se muselo vytahovat ven. Carská vláda tento Mendělejevův návrh neocenila.

Myšlenku podzemního zplynování vřele podpořil V. I. Lenin. Nazval to „jedno z velkých vítězství technologie“. Podzemní plynofikaci poprvé provedl sovětský stát. Již před Velkou vlasteneckou válkou pracovaly v Sovětském svazu podzemní generátory v uhelných pánvích Doněcké a Moskevské oblasti.

Představa jedné z metod podzemního zplyňování je uvedena na obrázku 3. Do uhelné sloje jsou položeny dva vrty, které jsou na dně spojeny kanálem. Uhlí se zapaluje v takovém kanálu poblíž jednoho z vrtů a tam se fouká. Produkty spalování, pohybující se podél kanálu, interagují s horkým uhlím, v důsledku čehož se tvoří hořlavý plyn, jako v konvenčním generátoru. Plyn vychází na povrch druhým vrtem.

Generátorový plyn se hojně využívá k vytápění průmyslových pecí – hutnických, koksárenských a jako palivo v automobilech (obr. 4).

Rýže. 3. Schéma podzemního zplyňování uhlí.

Řada organických produktů se syntetizuje z vodíku a oxidu uhelnatého z vodního plynu, například kapalné palivo. Syntetické kapalné palivo - palivo (hlavně benzín) získané syntézou z oxidu uhelnatého a vodíku při 150-170 g Celsia a tlaku 0,7 - 20 MN / m2 (200 kgf / cm2), v přítomnosti katalyzátoru (nikl, železo , kobalt). První výroba syntetických kapalných paliv byla organizována v Německu během 2. světové války kvůli nedostatku ropy. Syntetické kapalné palivo se nerozšířilo kvůli jeho vysoké ceně. Vodní plyn se používá k výrobě vodíku. K tomu se vodní plyn smíchaný s vodní párou zahřívá v přítomnosti katalyzátoru a v důsledku toho se získává vodík navíc k vodíku, který je již ve vodním plynu přítomen: CO + H20 = CO2 + H2