Виды органического топлива
Виды органического топлива Твердое топливо. Рассмотрим характеристики наиболее распространенных видов твердого топлива Бурые угли не спекаются, отличаются большим выходом летучих высокими зольностью и влажностью. Теплота сгорания невысокая МДж/кг). Каменные угли по составу и свойствам разнообразны. Они обладают сравнительно невысокими зольностью () и влажностью при широком диапазоне выхода летучих . Основная масса каменных углей спекается. Теплота сгора- ния = 23 4- 27 МДж/кг. Каменные угли классифицируют по выходу летучих и характеру коксового остатка (длинно-пламенный - Д, газовый - Г, жирный — Ж, коксовый — К, спекающийся — С, тощий — Т, анграцит — А) и по крупности кусков (крупный — К, орех — О, мелкий — М, семечко - С, штыб - Ш, рядовой — Р). Антрациты отличаются от других твердых топлив плогной структурой, высоким содержанием углерода , малым выходом летучих малой зольностью и влажностью (), высокой теплотой сгорания Горючие сланцы характеризуются большой зольностью и высоким выходом летучих ; влажность их невелика , они имеют самую низкую для твердых топлив теплоту сгорания Древесина отличается очень малой зольностью и большим выходом летучих веществ (И' = 85%). Значительная влажность древесины определяет весьма низкую теплоту сгорания Торф — самый молодой вид твердого органического топлива. Он имеет боль той выход летучих (Vх = 70%), высокую влажность (W? = 30 4- 50%) и малое содержание золы (Ар — 5 -5- 10%). Теплота сгорания торфа небольшая (()? = = 10 4- 13 МДж/кг). Жидкое и газообразное топливо. Природное жидкое топливо - нефть одновременно является основным источником получения искусственных жидких топлив. Она состоит из различных углеводородов с примесью кислородных, азотных и сернистых соединений. Природную нефть в качестве топлива, как правило, не применяют. Жидкие искусственные топлива делят на жидкие дистиллятные, тяжелые дистиллятные и остаточные топлива. Детонация сопровождается неустойчивой работой двигателя, потерей мощности, приводит к разрушению деталей двигателя. Для каждого дистиллягного топлива существует определенная степень сжатия, при когорой возникает детонация. Чем выше октановое число, тем меньше склонность топлива к дего-нацни. Октановое число автомобильных бензинов составляет 66 — 95. Основными характеристиками тяжелых дисгиллятных топлив являются вязкость, температуры застывания и вспышки, процентное содержание кокса, определяющее склонность топлива к нагаро-образованию. Остаточные топлива, например, мазут сжигают в гонках паровых котлов и печей. Мазут характеризуется высокой теплотой el орания Q* = 40 42 МДж/кг и представляет собой вязкую жидкость, которую необходимо подогревать при транспортировании по трубам до 310 — 320, а при сжигании — до 350 — 390 К. Природный газ представляет собой смесь различных углеводородов пре-имущесгвенно метана (90—98%) с небольшим количеством С02 (0,1-0,2%), N2 (1,2 — 5%) и др. В газах нефтяных месторождений (попутный газ) метана несколько меньше (50—85%), но больше высших углеводородов C„,H„. Теплота сгорания природных газов = 35 ч- 37 МДж/м3. Генераторный газ получают газификацией различных твердых топлив с помощью вводимого с воздухом кислорода или водяного пара. Из горючих газов в генераторном газе содержится преимущественно Теплота сгорания генераторного газа Доменный газ получают при выплавке чугуна в доменных печах. Основной горючий компонент доменного газа Теплота сгорания доменно! о газа невысокая Жидкие углеводородные газы представляют собой смесь углеводородов (бутан пропан , пропилен С3Н6), которые при нормальных условиях (давление 1 — 1,5 МПа) находятся в жидком состоянии. Теплота CI орания жидких газов Процесс горения и его расчет Горение сопровождается смесеобразованием, диффузией, воспламенением, теплообменом и другими процессами, проте- Детонаиия — быстро приближающийся к взрыву процесс горения горючей смеси в цилиндре карбюраторного двигателя, при котором резко (в сто раз) увеличивается скорость распространения пламени. Горение — химический процесс соединения топлива с окислителем, сопровождающийся интенсивным тепловыделением и резким повышением температуры продуктов сгорания. капающими в условиях тесной взаимосвязи. Поэтому организация процесса горения в топочных устройствах требует изучения не только свойств топливо и кинетики реакций горения, но и особенностей всех физических процессов при горении. Различают гомогенное и гетерогенное горение. При гомогенном горении тепло-и массообмен идут между веществами, находящимися в одинаковом агрегатном состоянии (обычно газообразном). Гетерогенное горение свойственно жидкому и твердому топливом. Кинетика реакций горения. Скорость химической реакции зависит от концентрации реагирующих веществ, температуры и давления и определяется произведением концентраций реагирующих веществ скорости реакции; С л и Св — концентрации реагирующих веществ. Скорость реакции при росте температуры существенно увеличивается, что определяется законом Аррениуса где к0 — эмпирическая константа. Энергия активации Е — наименьшая энергия (для газовых смесей 85 — 170 МДж/кмоль), которой должны обладать молекулы в момент столкновения, чтобы быть способными к химическому взаимодействию. Разность энергий активации прямой и обратной реакции составляет тепловой эффект химической реакции. Реакции характеризуются сильной экзотичностью, обусловливающей рост температуры. Влияние температуры на скорость реакции значительно сильнее влияния концентрации реагирующих веществ. Поэтому, несмотря на уменьшение концентрации реагирующих веществ при горении, скорость реакции горения увеличивается и достигает максимума после выгорания 80—90% го- горючих веществ. Реакции горения газообразного топлива протекают практически мгновенно, что объясняется не только сильным влиянием температуры, но и цепным характером их протекания. Скорость реакции зависит также от давления: (л — порядок реакции). Процесс горения топлива имеет две области: кинетическую, в которой скорость горения топлива определяется скоростью химической реакции, и диффузионную, в которой регулятором скорости выгорания является скорость смесеобразования. Примером кинетической области трения является горение однородной газовоздушной смеси. Диффузионно горит газообразное топливо, вводимое в реакционную камеру отдельно от окислителя. Кинетическая область 1 (рис. 3.1) химического воздействия на скорость горения наиболее сильно ощущается при низких концентрациях, температурах и давлениях в смеси. В этих условиях химическая реакция может настолько замедлиться, что сама станет тормозить горение. Диффузионная область II воздействия на скорость выгорания топлива проявляется при высоких концентрациях и температурах. Химическая реакция протекает очень быстро, и задержка в горении можег быть вызвана недостаточно высокой скоростью смесеобразования. Процесс смесеобразования практически не зависит от температуры. Кинетическое горение готовой горючей смеси при турбулентном режиме движения очень неустойчиво. Поэтому в высокопроизводительных промышленных топочных устройствах при турбулентном режиме движения газовоздушных потоков горение является в основном диффузионным. Процесс горения горючей смеси может начаться путем самовоспламенения или принудительного воспламенения (электрическая искра, факел и т. п.). Температура самовоспламенения определяется Зависимость скорости горения температуры при равных скоростях смолообразования 1 — химическая реакция; 2 — смесеобразование Условия самовоспламенения при ратном отводе теплоты соотношением количеств теплоты, выделяющейся при горении и отдаваемой во внешнюю среду. Количество теплоты, выделяющейся при горении, зависит от температуры и изменяется по экспоненте / где Q — тепловой эффект реакции; w — скорость реакции; V— объем;' Т~ температура среды. Зависимость отвода теплоты от температуры Г линейная (прямые 2, рис. где а - коэффициент теплоотдачи; А — площадь поверхности; Тс — температура охлаждаемой стенки. При небольшом отводе теплоты (прямая 2"') количество выделяемой теплоты поэтому реакция сопровождается повышением температуры системы, приводящим к самовоспламенению. При большем отводе теплоты (прямая 2") в точке В . Температура Тв в этой точке называется температурой воспламенения горючей смеси. Она зависит от условий отвода теплоты и не является физико-химической константой, характеризующей данную горячую смесь. При увеличении отвода (прямая 2') самовоспламенение невозможно. Точка А соответствует стабилизированному окислению в области низких температур, а точка Б — неустойчивому равновесию в области высоких температур. Температура воспламенения может быть найдена из условий Температура воспламенения 7в для некоторых газов приведена Минимальная и максимальная концентрации горючей составляющей, ниже и выше которых не происходит принудительное воспламенение смеси, называются концентрационными пределами воспламенения ); они зависят от количества и состава негорючих составляющих газообразного топлива