Що таке паливо?

Це один компонент або суміш речовин, які здатні до хімічних перетворень, пов'язаних із виділенням тепла. Різні види палива відрізняються кількісним вмістом у них окислювача, який застосовується виділення теплової енергії.

У широкому значенні паливо є енергоносієм, тобто потенційним видом потенційної енергії.

Класифікація

В даний час види палива поділяють за агрегатним станом на рідкий, твердий, газоподібний.

До твердого природного вигляду відносять кам'яний та дрова, антрацит. Брикети, кокс, термоантрацит – це різновиди штучного твердого палива.

До рідин зараховуються речовини, які мають у складі речовини органічного походження. Основними їх компонентами є: кисень, вуглець, азот, водень, сірка. Штучним рідким паливом будуть різноманітні смоли, мазут.

Є сумішшю різноманітних газів: етилену, метану, пропану, бутану. Крім них у складі газоподібного паливає вуглекислий і чадний газы, сірководень, азот, водяна пара, кисень.

Показники палива

Основний показник згоряння. Формула визначення теплотворної здатності у термохімії. виділяють «умовного палива», що має на увазі теплоту згоряння 1 кілограма антрациту.

Питне паливо побутове призначається для спалювання в опалювальних пристроях незначної потужності, які знаходяться в житлових приміщеннях, теплогенераторах, що застосовуються в сільському господарствідля сушіння кормів, консервування.

Питома теплота згоряння палива - це величина, що демонструє кількість теплоти, що утворюється при повному згорянні палива обсягом 1 м 3 чи масою один кілограм.

Для вимірювання цієї величини використовують Дж/кг, Дж/м 3 калорія/м 3 . Щоб визначити теплоту згоряння, використовують метод калориметрії.

При збільшенні питомої теплоти згоряння палива знижується питома витрата палива, а коефіцієнт корисної дії залишається незмінною величиною.

Теплота згоряння речовин є кількістю енергії, що виділяється при окисненні твердої, рідкої, газоподібної речовини.

Вона визначається хімічним складом, а також агрегатним станом речовини, що згоряється.

Особливості продуктів згоряння

Вища та нижча теплотазгоряння пов'язана з агрегатним станом води в одержуваних після згоряння палива речовинах.

Найвища теплота згоряння це кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні речовини. У цю величину включають теплоту конденсації водяної пари.

Нижча робоча теплота згоряння є величиною, що відповідає виділенню тепла при згорянні без урахування теплоти конденсації водяної пари.

Прихованою теплотою конденсації вважають величину енергії конденсації водяної пари.

Математичний взаємозв'язок

Найвища та нижча теплота згоряння пов'язані наступним співвідношенням:

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

де W - кількість по масі (в %) води в пальній речовині;

H-кількість водню (% за масою) у горючій речовині;

k - коефіцієнт, що становить величину 6 ккал/кг

Способи проведення обчислень

Вища та нижча теплота згоряння визначається двома основними методами: розрахунковим та експериментальним.

Для проведення експериментальних обчислень застосовують калориметри. Спочатку спалюють у ньому навішення палива. Теплота, яка при цьому виділятиметься, повністю поглинається водою. Маючи уявлення про масу води, можна визначити зміни її температури, величину її теплоти згоряння.

Дана методика вважається простою та ефективною, вона передбачає лише володіння інформацією про дані технічного аналізу.

У розрахунковій методиці вища та нижча теплота згоряння обчислюється за формулою Менделєєва.

Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p) - 25 W p (кДж/кг)

Воно враховує вміст вуглецю, кисню, водню, водяної пари, сірки у робочому складі (у відсотках). Кількість теплоти під час згоряння визначається з урахуванням умовного палива.

Теплота згоряння газу дозволяє проводити попередні розрахунки, виявляти ефективність застосування певного виду палива.

Особливості походження

Щоб зрозуміти, скільки теплоти виділяється при згорянні певного палива, необхідно мати уявлення про його походження.

У природі є різні варіантитвердого палива, які відрізняються між собою складом та властивостями.

Його освіта здійснюється за кілька стадій. Спочатку утворюється торф, потім виходить буре і кам'яне вугілля, потім формується антрацит. Як основні джерела освіти твердого палива виступають листя, деревина, хвоя. Відмираючи, частини рослин під впливом повітря, руйнуються грибками, утворюють торф. Його скупчення перетворюється на буру масу, потім виходить бурий газ.

При високому тиску та температурі бурий газ переходить у кам'яне вугілля, потім паливо накопичується у вигляді антрациту.

Крім органічної маси, у паливі є додатковий баласт. Органічною вважають ту частину, що утворилася з органічних речовин: водню, вуглецю, азоту, кисню. Крім цих хімічних елементів, у його складі є баласти: волога, зола.

Топкова техніка передбачає виділення робочої, сухої, а також паливної маси палива, що спалюється. Робочою масою називають паливо у вихідному вигляді, що надходить до споживача. Суха маса – це склад, у якому відсутня вода.

склад

Найціннішими компонентами вважаються вуглець та водень.

Ці елементи містяться у будь-якому виді палива. У торфі та деревині відсотковий вміст вуглецю досягає 58 відсотків, у кам'яному та бурому вугіллі – 80%, а в антрациті воно досягає 95 відсотків за масою. Залежно від цього показника змінюється кількість теплоти, що виділяється під час згоряння палива. Водень це другий за важливістю елемент будь-якого палива. Зв'язуючись із киснем, він утворює вологу, яка суттєво знижує теплову цінність будь-якого палива.

Його відсотковий вміст коливається від 3,8 у горючих сланцях до 11 у мазуті. Як баласт виступає кисень, що входить до складу палива.

Він не є теплотворчим хімічним елементомтому негативно відбивається на величині теплоти його згоряння. Згоряння азоту, що міститься у вільному чи пов'язаному вигляді у продуктах згоряння, вважається шкідливими домішками, тому його кількість чітко лімітується.

Сірка входить до складу палива у вигляді сульфатів, сульфідів, а також як сірчистих газів. При гідратації оксиди сірки утворюють сірчану кислоту, яка руйнує котельне обладнання, що негативно впливає на рослинність та живі організми.

Саме тому сірка є тим хімічним елементом, присутність якого у природному паливі є вкрай небажаною. При попаданні всередину робочого приміщення сірчисті з'єднання викликають суттєві отруєння обслуговуючого персоналу.

Виділяють три види золи залежно від її походження:

• первинну;
• вторинну;
• третинну.

Первинний вид формується з мінеральних речовин, що містяться у рослинах. Вторинна зола утворюється як результат попадання під час пластоутворення рослинних залишків піском та землею.

Третинна зола виявляється у складі палива у процесі видобутку, зберігання, і навіть його транспортування. При суттєвому відкладенні золи відбувається зменшення теплопередачі поверхні нагрівання котельного агрегату, знижує величину теплопередачі до води від газів. Величезна кількість золи негативно впливає на процес експлуатації котла.

На закінчення

Істотний вплив на процес горіння будь-якого виду палива надають леткі речовини. Чим більший їх вихід, тим більшим буде обсяг фронту полум'я. Наприклад, кам'яне вугілля, торф, легко спалахують, процес супроводжується незначними втратами тепла. Кокс, який залишається після видалення летких домішок, у своєму складі має лише мінеральні та вуглецеві сполуки. Залежно від особливостей палива величина кількості теплоти істотно змінюється.

Залежно від хімічного складу виділяють три стадії формування твердого палива: торф'яну, буровугільну, кам'яновугільну.

Натуральну деревину застосовують у невеликих котельнях. В основному використовують тріску, тирсу, горбилі, кору, самі дрова застосовують у незначних кількостях. Залежно від породи деревини величина теплоти, що виділяється, істотно змінюється.

У міру зниження теплоти згоряння дрова набувають певних переваг: швидку займистість, мінімальну зольність, відсутність слідів сірки.

Достовірна інформація про склад природного чи синтетичного палива, його теплотворної здатності, є чудовим методом проведення термохімічних обчислень.

В даний час з'являється реальна можливість виявлення основних варіантів твердого, газоподібного, рідкого палива, які стануть найефективнішими і недорогими у використанні в певній ситуації.

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПРИРОДНИХ ГАЗІВ

У природних газіввідсутній колір, запах, смак.

До основних показників природних газів відносяться: склад, теплота згоряння, щільність, температура горіння та займання, межі вибуховості та тиск під час вибуху.

Природні гази чисто газових родовищ переважно складаються з метану (82-98 %) та інших вуглеводнів.

У складі пального газу є горючі та негорючі речовини. До горючих газів належать: вуглеводні, водень, сірководень. До негорючих належать: вуглекислий газ, кисень, азот і водяна пара. Склад їх невисокий і становить 0,1-0,3% С02 і 1-14% N2. Після видобутку з газу вилучають токсичний газ сірководень, вміст якого не повинен перевищувати 0,02 г/м3.

Теплота згоряння - це кількість тепла, що виділяється за повного згоряння 1 м3 газу. Вимірюється теплота згоряння ккал/м3, кДж/м3 газу. Теплота згоряння сухого газу становить 8000-8500 ккал/м 3 .

Величина, що розраховується ставленням маси речовини до його ж обсягу, називається щільністю речовини. Вимірюється щільність кг/м3. Щільність газу повністю залежить від його складу і знаходиться в межах з = 0,73-0,85 кг/м3.

Найважливішою особливістю будь-якого пального газу є жаропродуктивність, тобто максимальна температура досягається при повному згорянні газу, якщо необхідна кількість повітря для горіння точно відповідає хімічним формулам горіння, а початкова температура газу та повітря дорівнює нулю.

Жаропродуктивність природних газів становить близько 2000 -2100 °С, метану - 2043 °С. Дійсна температура горіння в топках значно нижча за жаропродуктивність і залежить від умов спалювання.

Температурою займання називається температура паливоповітряної суміші, суміш при якій загоряється без джерела займання. Для газу вона знаходиться в межах 645-700 °С.

Усі горючі гази є вибухонебезпечними, здатні спалахувати при відкритому вогні або іскрі. Розрізняють нижня та верхня концентраційна межа поширення полум'я , тобто. нижню та верхню концентрацію при якій можливий вибух суміші. Нижня межа вибуху газів становить 3÷6%, верхня 12÷16%.

Межі вибуховості.

Газоповітряна суміш, що має у складі кількість газу:

до 5% - не горить;

від 5 до 15% - вибухає;

більше 15% - горить під час подачі повітря.

Тиск при вибуху газу становить 0,8-1,0 МПа.

Усі горючі гази здатні викликати отруєння організму людини. Основними отруйними речовинами є: окис вуглець (СО), сірководень (H 2 S), аміак (NH 3).

У газу немає запах. Щоб визначити витік газ одоризують (тобто. надають йому специфічний запах). Проведення одоризації здійснюється шляхом використання етилмеркаптану. Здійснюють одоризацію на газорозподільних станціях (ГРС). При попаданні в повітря 1% газу починає відчуватися його запах. Практика показує, що середня норма етилмеркаптану для одоризації природного газу, що надходить у міські мережі, має становити 16 г на 1000 м3 газу.

У порівнянні з твердим та рідким паливом природний газ виграє за багатьма параметрами:

Відносна дешевизна, яка пояснюється більш легким способомвидобутку та транспорту;

Відсутність золи та винесення твердих частинок в атмосферу;

Висока теплота згоряння;

Не потрібно підготовки палива до спалювання;

Полегшується праця обслуговуючих працівників та покращення санітарно-гігієнічних умов його роботи;

Полегшуються умови автоматизації робочих процесів.

Через можливі витоки через нещільність у з'єднаннях газопроводу та в місцях приєднання арматури використання природного газу потребує особливої ​​уважності та обережності. Проникнення в приміщення більше 20 % газу може призвести до задухи, а за наявності його в закритому обсязі від 5 до 15 % може спричинити вибух газоповітряної суміші. При неповному згорянні утворюється токсичний чадний газ, який навіть при невеликих концентраціях призводить до отруєння обслуговуючого персоналу.

За своїм походженням природні гази поділяються на дві групи: сухі та жирні.

Сухігази відносяться до газів мінерального походження та знаходяться в районах, пов'язаних із справжньою чи минулою діяльністю вулканів. Сухі гази складаються майже виключно з одного метану з нікчемним вмістом баластових складових (азоту, вуглекислого газу) та мають теплотворну здатність Qн=7000÷9000 ккал/нм3.

Жирнігази супроводжують нафтовим родовищам і зазвичай накопичуються у верхніх пластах. За своїм походженням жирні гази близькі до нафти і містять у своєму складі багато вуглеводнів, що легко конденсуються. Теплотворна здатністьрідких газів Qн=8000-15000 ккал/нм3

До переваг газоподібного палива слід віднести легкість транспортування та спалювання, відсутність золи вологи, значну простоту котельного обладнання.

Поруч із природними газами використовують і штучні горючі гази, одержувані під час переробки твердих палив, чи результаті роботи промислових установок як гази. Штучні гази складаються з горючих газів неповного згоряння палива, баластових газів і водяної пари і поділяються на багаті та бідні, що мають середню теплотворність 4500 ккал/м3 і 1300 ккам3 відповідно. Склад газів: водень, метан, інші вуглеводневі сполуки CmHn, сірководень H 2 S, негорючі гази, двоокис вуглецю, кисень, азот та незначна кількість водяної пари. Баласт – азот та двоокис вуглецю.

Таким чином, склад сухого газоподібного палива можна представити як наступну суміш елементів:

СО + Н 2 + ∑CmHn + H 2 S + СО 2 + O 2 + N 2 = 100%.

Склад вологого газоподібного палива виражають так:

СО + Н 2 + ∑CmHn + H 2 S + СО 2 + O 2 + N 2 + Н 2 О = 100%.

Теплоту згоряння сухого газоподібного палива кДж/м3 (ккал/м3) на 1 м3 газу за нормальних умов визначають наступним чином:

Qн = 0,01,

Де Qi – теплота згоряння відповідного газу.

Теплота згоряння газоподібного палива наведена у таблиці 3.

Доменний газутворюється при виплавці чавуну в доменних печах. Його вихід та хімсклад залежать від властивостей шихти та палива, режиму роботи печі, способів інтенсифікації процесу та інших факторів. Вихід газу коливається не більше 1500-2500 м 3 на тонну чавуну. Частка негорючих компонентів (N 2 і CO 2 ) у доменному газі становить близько 70%, що і зумовлює його низькі теплотехнічні показники (нижча теплота згоряння газу дорівнює 3-5 МДж/м 3).

При спалюванні доменного газу максимальна температура продуктів згоряння (без урахування теплових втрат та витрати теплоти на дисоціацію CO 2 і H 2 O) дорівнює 400-1500 0 C. Якщо перед спалюванням газ та повітря підігріти, то температуру продуктів згоряння можна значно підвищити.

Феросплавний газутворюється при виплавці феросплавів у рудовідновлювальних печах. Газ, що відходить із закритих печей, можна використовувати як паливні ВЕР (вторинні енергетичні ресурси). У відкритих печах через вільний доступ повітря газ згоряє на колошнику. Вихід і склад феросплавного газу залежить від марки, що виплавляється

сплаву, складу шихти, режиму роботи печі, її потужності тощо. Склад газу: 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 .

Конвертерний газутворюється при виплавці сталі в кисневих конвертерах. Газ складається в основному з оксиду вуглецю, вихід та склад його протягом плавки значно змінюються. Після очищення склад газу приблизно такий: 70-80% CO; 15-20% CO 2; 0,5-0,8% O 2; 3-12% N 2 .Теплота згоряння газу становить 8,4-9,2 МДж/м 3 . Максимальна температура згоряння досягає 2000°С.

Коксовий газутворюється при коксуванні вугільної шихти. У чорній металургії він використовується після вилучення хімічних продуктів. Склад коксового газу залежить від властивостей вугільної шихти та умов коксування. Об'ємні частки компонентів у газі знаходяться в таких межах, %: 52-62H 2 ; 0,3-0,6 O 2; 23,5-26,5 CH 4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO2. Теплота згоряння дорівнює 17-17,6 МДж/м^3, максимальна температура продуктів згоряння - 2070 0С.

До речовин органічного походження відноситься паливо, яке при горінні виділяє певну кількість теплової енергії. Вироблення тепла має характеризуватись високим ККД та відсутністю побічних явищ, зокрема, речовин, шкідливих для здоров'я людини та навколишнього середовища.

Для зручності завантаження в топку деревний матеріал розрізають на окремі елементи довжиною до 30 см. Щоб підвищити ефективність їх використання, дрова повинні бути максимально сухими, а процес горіння - відносно повільним. За багатьма параметрами для опалення приміщень підходять дрова з таких листяних порід, як дуб і береза, ліщина та ясен, глід. Через високий вміст смоли, підвищену швидкість горіння і низьку теплотворність хвойні дерева в цьому плані значно поступаються.

Слід розуміти, що величину показника теплотворності впливає щільність деревини.

Це природний матеріал рослинного походження, що видобувається з осадової породи.

У такому вигляді твердого палива містяться вуглецю та інші хімічні елементи. Існує розподіл матеріалу на типи залежно від його віку. Наймолодшим вважається буре вугілля, за ним іде кам'яне, а старше всіх інших типів – антрацит. Вік пального речовини визначається і його вологість, яка більшою мірою присутня в молодому матеріалі.

В процесі горіння вугілля відбувається забруднення навколишнього середовища, а на колосниках котла утворюється шлак, що створює певною мірою перешкоду для нормального горіння. Наявність сірки в матеріалі також є несприятливим для атмосфери фактором, оскільки в повітряному просторі цей елемент перетворюється на сірчану кислоту.

Однак, споживачі не повинні побоюватися за своє здоров'я. Виробники цього матеріалу, дбаючи про приватних клієнтів, прагнуть зменшити вміст сірки. Теплота згоряння може відрізнятися навіть у межах одного типу. Різниця залежить від характеристик підвиду та вмісту у ньому мінеральних речовин, а також географії видобутку. Як тверде паливо зустрічається не тільки чисте вугілля, а й низькозбагачений вугільний шлак, пресований в брикети.

Пелетами (паливними гранулами) називається тверде паливо, створене промисловим шляхом з деревних та рослинних відходів: стружки, кори, картону, соломи.

Подрібнена до стану потерті сировина висушується і засипається в гранулятор, звідки виходить у вигляді гранул певної форми. Для додавання масі в'язкості застосовують рослинний полімер – лігнін. Складність виробничого процесу та високий попит формують вартість пелетів. Матеріал використовується у спеціально облаштованих котлах.

Різновиди палива визначаються залежно від того, з якого матеріалу вони перероблені:

• кругляка дерев будь-яких порід;
• соломи;
• торфу;
• соняшникова лушпиння.

Серед переваг, які мають паливні гранули, варто відзначити такі якості:

• екологічність;
• нездатність до деформації та стійкість до грибка;
• зручність зберігання навіть просто неба;
• рівномірність та тривалість горіння;
• щодо невисока вартість;
• можливість використання для різних опалювальних приладів;
• відповідний розмір гранул для автоматичного завантаження спеціально обладнаний котел.

Брикети

Брикетами називається тверде паливо, багато в чому схоже з пелетами. Для їх виготовлення використовуються ідентичні матеріали: тріска, стружка, торф, лушпиння та солома. Під час виробничого процесу сировина подрібнюється та за рахунок стиснення формується у брикети. Цей матеріал відноситься до екологічно чистого палива. Його зручно зберігати навіть на свіжому повітрі. Плавне, рівномірне та повільне горіння цього палива можна спостерігати як у камінах та печах, так і в опалювальних котлах.

Розглянуті вище різновиди екологічного твердого палива є гарною альтернативою для отримання тепла. Порівняно з викопними джерелами теплової енергії, які неблаготворно впливають при горінні на навколишнє середовище і є, крім того, не відновлюваними, альтернативне паливо має явні переваги та відносно невисоку вартість, що є важливим для споживачів деяких категорій.

У той же час пожежна небезпека таких видів палива значно вища. Тому потрібно вжити деяких заходів безпеки щодо їх зберігання та використання вогнестійких матеріалів для стін.

Рідке та газоподібне паливо

Що стосується рідких та газоподібних горючих речовин, то ситуація тут така.

Щодня включаючи пальник на кухонній плиті, мало хто замислюється над тим, наскільки давно почали видобувати газ. У нашій країні його розробку було розпочато у ХХ столітті. Перед цим його просто знаходили при добуванні нафтопродуктів. Теплотворна здатність природного газу настільки велика, що сьогодні ця сировина просто незамінна, а її якісні аналоги ще не розроблені.

Таблиця теплотворності допоможе підібрати паливо для опалення будинку

Особливість пального викопного

Природний газ - це важлива палива, що займає провідні позиції в паливно-енергетичних балансах багатьох держав. З метою постачання паливом міста та всіляких технічних підприємств споживають різний горючий газ, оскільки природний вважається небезпечним.

Екологи вважають, що газ - це чисте паливо, при згорянні він випускає набагато менше отруйних речовин, ніж дрова, вугілля, нафту. Це паливо щодня використовується людьми і містить таку добавку, як одорант, її додавання відбувається на обладнаних установках у співвідношенні 16 міліграм на 1 тисячу кубометрів газу.

Важливою складовою є метан (приблизно 88-96%), решта - це інші хімічні речовини:

• бутан;
• сірководень;
• пропан;
• азот;
• кисень.

У цьому відео розглянемо роль вугілля:

Кількість метану в природному паливі залежить від його родовища.

Описуваний вид палива складається з вуглеводневих та невуглеводневих компонентів. Природне пальне викопне - це насамперед метан, що включає в себе бутан і пропан. Крім вуглеводневі компоненти, в описуваному паливному копалині є азот, сірка, гелій і аргон. А також зустрічаються рідкі пари, але лише у газонафтових родовищах.

Види покладів

Зазначається наявність кількох різновидів покладів газу. Вони поділяються на такі види:

• газові;
• нафтові.

Їхньою відмінністю є вміст вуглеводню. У газових покладах міститься приблизно 85-90% представленої речовини, у нафтових родовищах міститься не більше ніж 50%. Інші відсотки займають такі речовини, як бутан, пропан та нафта.

Величезним недоліком нафтового зародження вважається його промивання від різноманітних добавок. Сірка як домішка експлуатується на технічних підприємствах.

Споживання природного газу

Бутан споживається як паливо на заправках для машин, а органічна речовина, що має назву «пропан», застосовують для заправки запальничок. Ацетилен є високогорючою речовиною і використовується при зварюванні та при різанні металу.

Пальне викопне застосовується в побуті:

• колонки;
• газова плита;

Таке паливо вважається найбільш бюджетним і нешкідливим, єдиним мінусом є викид вуглекислого газу при спалюванні в атмосферу. Вчені усієї планети шукають заміну теплової енергії.

Теплотворна здатність

Теплотворною здатністю газу називається величина тепла, що утворюється при достатньому вигорянні одиниці величини палива. Кількість теплоти, що виділяється під час згоряння, відносять до одного кубічного метра, взятого в природних умовах.

Теплова здатність природного газу вимірюється у таких показниках:

• ккал/нм 3;
• ккал/м3.

Існує висока та низька теплотворна здатність:

1. Висока. Розглядає теплоту водяної пари, що виникає при спалюванні палива.
2. Низька. Не враховує тепло, що міститься у водяних парах, оскільки такі пари не піддаються конденсації, а йдуть із продуктами горіння. Через скупчення водяної пари утворює кількість тепла, що дорівнює 540 ккал/кг. До того ж при охолодженні конденсату виходить тепло від 80 до 100 ккал/кг. Загалом, за рахунок накопичення водяної пари утворюється більше 600 ккал/кг, це і є відмінною рисою між високою та низькою теплопродуктивністю.

Для переважної більшості газів, що споживаються у міській системі розподілу палива, різниця дорівнює 10%. Для того щоб забезпечити міста газом, його теплотворність має бути більшою за 3500 ккал/нм 3 . Пояснюється це тим, що подача здійснюється трубопроводом на великі відстані. Якщо теплотворність мала, його подача збільшується.

Якщо теплотворність газу менше 3500 ккал/нм 3, його частіше застосовують у промисловості. Його не потрібно переправляти на довгі відрізки шляху, і здійснити горіння набагато легше. Серйозні зміни теплотворної здатності газу потребують частого регулювання, а часом і заміни великої кількості стандартизованих пальників побутових датчиків, що призводить до труднощів.

Така ситуація призводить до збільшення діаметрів газопроводу, а також збільшуються витрати на метал, прокладання мереж та експлуатацію. Великим недоліком низькокалорійних горючих копалин є величезний вміст чадного газу, у зв'язку з цим збільшується рівень загрози експлуатації палива і при техобслуговуванні трубопроводу, своєю чергою, як і устаткування.

Тепло, що виділяється при горінні, не перевищує 3500 ккал/нм 3 , найчастіше застосовують у промисловому виробництві, де не доводиться перекидати його на велику довжину і легко утворювати згоряння.

Газове паливо ділиться на природне і штучне і є сумішшю горючих і негорючих газів, що містить деяку кількість водяної пари, а іноді пилу і смоли. Кількість газового палива виражають у кубічних метрах за нормальних умов (760 мм рт. ст. та 0°С), а склад – у відсотках за обсягом. Під складом палива розуміють склад його сухої газоподібної частини.

Природне газове паливо

Найбільш поширене газове паливо - це природний газ, що має високу теплоту згоряння. Основою газу є метан, вміст якого 76,7-98%. Інші газоподібні сполуки вуглеводнів входять до складу газу від 0,1 до 4,5%.

Зріджений газ продукт переробки нафти - складається в основному із суміші пропану та бутану.

Природний газ (CNG, NG): метан CH4 більше 90%, етан C2 H5 менше 4%, пропан C3 H8 менше 1%

Зріджений газ (LPG): пропан C3 H8 більше 65%, бутан C4 H10 менше 35%

До складу горючих газів входять: водень Н 2 метан СН 4 Інші вуглеводневі сполуки С m Н n сірководень Н 2 S і негорючі гази двоокис вуглецю СО2 кисень О 2 азот N 2 і незначна кількість водяних парів Н 2 О. Індекси mі ппри С і Н характеризують сполуки різних вуглеводнів, наприклад, для метану СН 4 т = 1 та n= 4, для етану З 2 Н б т = 2і n= б і т.д.

Склад сухого газоподібного палива (у відсотках за обсягом):

СО + Н 2 + 2 З m Н n + Н 2 S + СО 2 + O 2 + N 2 = 100%.

Негорючу частину сухого газового палива - баласт - складають азот N і двоокис вуглецю 2 .

Склад вологого газоподібного палива виражають так:

СО + Н 2 + Σ С m Н n + Н 2 S + СО 2 + O 2 + N 2 + Н 2 О = 100%.

Теплоту згоряння, кДж/м (ккал/м 3), 1 м 3 чистого сухого газу за нормальних умов визначають наступним чином:

Q н з = 0,01,

де Qсо, Q н 2 Q з m н n Q н 2 s. - теплота згоряння окремих газів, що входять до складу суміші, кДж/м3 (ккал/м3); СО, Н 2 , Cm Н n , Н 2 S - компоненти, що становлять газову суміш, % за обсягом.

Теплота згоряння 1 м3 сухого газу за нормальних умов більшості вітчизняних родовищ становить 33,29 - 35,87 МДж/м3 (7946 - 8560 ккал/м3). Характеристика газоподібного палива наведено у таблиці 1.

приклад.Визначити нижчу теплоту згоряння природного газу (за нормальних умов) наступного складу:

Н2S = 1%; СН 4 = ​​76,7%; 2 Н 6 = 4,5%; З 3 Н 8 = 1,7%; 4 Н 10 = 0,8%; З 5 Н 12 = 0,6%.

Підставляючи у формулу (26) характеристики газів з таблиці 1, отримаємо:

Q нс = 0,01 = 33 981 кДж/м 3 або

Q нс = 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) = 8109 ккал/м 3 .

Таблиця 1. Характеристика газоподібного палива

Газ	Позначення	Теплота спалювання Q н з
		КДж/м3	Ккал/м3
Водень	Н,	10820	2579
Окис вуглецю	СО	12640	3018
Сірководень	Н 2 S	23450	5585
Метан	СН 4	35850	8555
Етан	З 2 Н 6	63 850	15226
Пропан	З 3 Н 8	91300	21795
Бутан	З 4 Н 10	118700	22338
Пентан	З 5 Н 12	146200	34890
Етилен	З 2 Н 4	59200	14107
Пропілен	З 3 Н 6	85980	20541
Бутілен	З 4 Н 8	113 400	27111
Бензол	З 6 Н 6	140400	33528

Котли типу ДЕ споживають від 71 до 75 м3 газу на отримання однієї тонни пари. Вартість газу у Росії на вересень 2008р. складає 2,44 рубля за кубометр. Отже, тонна пари коштуватиме 71×2,44 = 173 руб 24 коп. Реальна вартість тонни пари на заводах становить для котлів ДЕ не менше 189 рублів за тонну пари.

Котли типу ДКВР споживають від 103 до 118 м3 газу на отримання однієї тонни пари. Мінімальна розрахункова вартість тонни пари цих котлів становить 103 × 2,44 = 251 крб 32 коп. Реальна вартість пари по заводах становить щонайменше 290 рублів за тонну.

Як розрахувати максимальну витрату природного газу на паровий котел ДЕ-25? Це технічна характеристика казана. 1840 кубиків на годину. Але можна розрахувати. 25 тонн (25 тис кг) треба помножити на різницю ентальпій пари та води (666,9-105) і все це розділити на к.п.д котла 92,8% та теплоту згоряння газу. 8300. і все

Штучне газове паливо

Штучні горючі гази є паливом місцевого значення, оскільки мають значно меншу теплоту згоряння. Основними горючими елементами є окис вуглецю СО і водень Н2. Ці гази використовують у межах того виробництва, де вони виходять як паливо технологічних та енергетичних установок.

Всі природні та штучні горючі гази є вибухонебезпечними, здатні спалахувати на відкритому вогні або іскрі. Розрізняють нижню і верхню межу вибуху газу, тобто. найбільшу та найменшу відсоткову його концентрацію у повітрі. Нижня межа вибуху природних газів коливається від 3% до 6%, а верхня - від 12% до 16%. Усі горючі гази здатні викликати отруєння організму людини. Основними отруйними речовинами горючих газів є: окис вуглецю, Сірководень H2S, аміак NH3.

Природні горючі гази, і штучні безбарвні (невидимі), немає запаху, що робить їх небезпечними під час проникнення у внутрішнє приміщення котельні через нещільності газопровідної арматури. Щоб уникнути отруєння, горючі гази слід обробляти одорантом - речовиною з неприємним запахом.

Одержання окису вуглецю СО у промисловості газифікацією твердого палива

Для промислових цілей окис вуглецю отримують шляхом газифікації твердого палива, тобто перетворення його на газоподібне паливо. Так можна отримати окис вуглецю з будь-якого твердого палива - викопного вугілля, торфу, дров і т.д.

Процес газифікації твердого палива показано на лабораторному досвіді (рис.1). Заповнивши тугоплавку трубку шматочками деревного вугілля, сильно нагріємо її і пропускатимемо кисень з газометра. Гази, що виходять з трубки, пропустимо через промивалку з вапняною водою і потім підпалимо. Вапняна вода мутиться, газ горить синюватим полум'ям. Це вказує на наявність двоокису СО2 та окису вуглецю у продуктах реакції.

Утворення цих речовин можна пояснити тим, що при зіткненні кисню з розпеченим вугіллям останній спочатку окислюється двоокис вуглецю: З + Про 2 = СО 2

Потім, проходячи через розжарене вугілля, вуглекислий газ частково відновлюється до окису вуглецю: СО 2 + С = 2СО

Мал. 1. Отримання оксиду вуглецю (лабораторний досвід).

У промислових умовах газифікацію твердого палива здійснюють у печах, які називають газогенераторами.

Суміш газів, що утворюється, називається генераторним газом.

Пристрій генератора газу показано малюнку. Він є сталевим циліндром висотою близько 5 мта діаметром приблизно 3,5 м,футерований усередині вогнетривкою цеглою. Зверху газогенератор завантажується паливом; знизу через колосникову решітку вентилятором подається повітря або водяна пара.

Кисень повітря реагує з вуглецем палива, утворюючи вуглекислий газ, який, піднімаючись вгору через шар розжареного палива, відновлюється вуглецем до окису вуглецю.

Якщо в генератор вдувати тільки повітря, то виходить газ, який у своєму складі містить окис вуглецю та азот повітря (а також деяку кількість 2 і інших домішок). Такий генераторний газ називається повітряним газом.

Якщо ж у генератор з розпеченим вугіллям вдувати водяну пару, то в результаті реакції утворюються окис вуглецю і водень: З + Н 2 О = С O + Н 2

Ця суміш газів називається водяним газом. Водяний газ має більш високу теплотворну здатність, ніж повітряний, тому що до його складу поряд з окисом вуглецю входить і другий горючий газ - водень. Водяний газ (синтез газ), один із продуктів газифікації палив. Водяний газ складається головним чином із СО (40%) та Н2 (50%). Водяний газ - це паливо (теплота згоряння 10500 кДж/м3, або 2730 ккал/мг) і одночасно сировина для синтезу метилового спирту. Водяний газ, однак, не можна отримувати тривалий час, тому що реакція утворення його ендотермічна (з поглинанням теплоти), і тому паливо в генераторі остигає. Щоб підтримувати вугілля в розжареному стані, вдування водяної пари в генератор чергують із вдуванням повітря, кисень якого, як відомо, реагує з паливом із виділенням тепла.

Останнім часом для газифікації палива почали широко застосовувати парокисневе дуття. Одночасне продування через шар палива водяної пари та кисню дозволяє вести процес безперервно, значно підвищувати продуктивність генератора та отримувати газ з високим вмістом водню та окису вуглецю.

Сучасні газогенератори – це потужні апарати безперервної дії.

Щоб при подачі палива до газогенератора горючі та отруйні гази не проникали в атмосферу, завантажувальний барабан роблять подвійним. Коли паливо надходить в одне відділення барабана, з іншого відділення паливо висипається в генератор; при обертанні барабана ці процеси повторюються, генератор весь час залишається ізольованим від атмосфери. Рівномірне розподілення палива в генераторі здійснюється за допомогою конуса, який може встановлюватися на різній висоті. Коли його опускають, вугілля лягає ближче до центру генератора, коли піднімають конус, вугілля відкидається ближче до стінок генератора.

Видалення золи з газогенератора механізоване. Колосникові грати, що мають конусоподібну форму, повільно обертається електродвигуном. При цьому зола зміщується до стінок генератора і особливими пристроями скидається в ящик золь, звідки періодично видаляється.

Перші газові ліхтарі спалахнули в Санкт-Петербурзі на Аптекарському острові в 1819 році. Газ, який застосовувався, одержували шляхом газифікації кам'яного вугілля. Він називався світильним газом.

Великий російський учений Д. І. Менделєєв (1834-1907) вперше висловив ідею у тому, що газифікацію кам'яного вугілля можна проводити безпосередньо під землею, не піднімаючи його назовні. Царський уряд не оцінив цієї пропозиції Менделєєва.

Ідею підземної газифікації палко підтримав В. І. Ленін. Він назвав її однією з великих перемог техніки. Підземну газифікацію здійснила вперше Радянська держава. Вже до Великої Вітчизняної війни у ​​Радянському Союзі працювали підземні генератори у Донецькому та Підмосковному вугільних басейнах.

Уявлення про один із способів підземної газифікації дає рисунок 3. У вугільний пласт прокладають дві свердловини, які з'єднують внизу каналом. Вугілля підпалюють у такому каналі біля однієї зі свердловин і подають туди дмухання. Продукти горіння, рухаючись каналом, взаємодіють з розпеченим вугіллям, у результаті утворюється горючий газ як і звичайному генераторі. Газ виходить на поверхню через другу свердловину.

Генераторний газ широко застосовується для обігріву промислових печей - металургійних, коксових та як паливо в автомобілях (рис. 4).

Мал. 3. Схема підземної газифікації кам'яного вугілля.

З водню та окису вуглецю водяного газу синтезують ряд органічних продуктів, наприклад рідке паливо. Синтетичне рідке паливо - пальне (в основному бензин), одержуване синтезом з окису вуглецю і водню при 150-170 гр. ). Перше виробництво синтетичного рідкого палива організовано у Німеччині під час 2-ї Світової війни у ​​зв'язку з нестачею нафти. Широкого поширення синтетичне рідке паливо не набуло через його високу вартість. Водяний газ використовують із виробництва водню. Для цього водяний газ у суміші з водяною парою нагрівають у присутності каталізатора і в результаті отримують водень додатково до наявного у водяному газі: СО+Н 2 Про=СО 2 +Н 2