Какие продукты образуются при сжигания органического топлива
При сжигании органических топлив в топках котлов образуются различные продукты сгорания, такие как оксиды углерода СОх = СО + СО2, водяные пары Н2О, оксиды серы SOx = SO2 + SО3, оксиды азота NOx = NO + NО2, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), фтористые соединения, соединения ванадия V2O5, твердые частицы и др. [1, 2] (см. табл. 7.1.1). При неполном сгорании топлива в топках уходящие газы могут также содержать углеводороды СН4, С2Н4 и др. Все продукты неполного сгорания являются вредными, однако при современной технике сжигания топлива их образование можно свести к минимуму [ 1 ].
Таблица 7.1.1. Удельные выбросы при факельном сжигании органических топлив в энергетических котлах [ 3 ]
| Выбросы | Природный газ г/(м3 пр. газа) | = Мазут = кг/(т мазута) | Уголь кг/(т угля) |
| Оксиды серы SOx (в пересчете на SO2) | 0,006÷0.01 | ~21Sр | (17÷19)Sр |
| Оксиды азота NOx (в пересчете на NO2) | 5÷11 | 5÷14 | 4÷14 |
| Монооксид углерода СО | 0,002÷0,005 | 0,005÷0,05 | 0,1÷0,45 |
| Углеводороды | 0,016 | 0,1 | 0,45÷1,0 |
| Водяные пары Н2О | 1000 | 700 | 230÷360 |
| Диоксид углерода СО2 | 2000 | ~3000 | 2200÷3000 |
| Летучая зола и шлак | – | 10Ар | 10 Ар |
Условные обозначения: Ар, Sp – соответственно содержание золы и серы на рабочую массу топлива, %.
Критерием санитарной оценки среды является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в атмосферном воздухе на уровне земли. Под ПДК следует понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест приведены в табл. 7.1.2 [ 4 ]. Максимально-разовая концентрация вредных веществ определяется по пробам, отобранным в течение 20 мин, среднесуточная — за сутки.
Таблица 7.1.2. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест
| Загрязняющее вещество | Предельно допустимая концентрация, мг/ м3 | |
| Максимально-разовая | Среднесуточная | |
| Пыль нетоксичная | 0,5 | 0,15 |
| Диоксид серы | 0,5 | 0,05 |
| Оксид углерода | 3,0 | 1,0 |
| Монооксид углерода | 3,0 | 1,0 |
| Диоксид азота | 0,085 | 0,04 |
| Оксид азота | 0,6 | 0,06 |
| Сажа (копоть) | 0,15 | 0,05 |
| Сероводород | 0,008 | 0,008 |
| Бенз(а)пирен | – | 0,1 мкг/100 м3 |
| Пентаксид ванадия | – | 0,002 |
| Фтористые соединения (по фтору) | 0,02 | 0,005 |
| Хлор | 0,1 | 0,03 |
Расчеты ведутся по каждому вредному веществу в отдельности, с тем чтобы концентрация каждого из них не превышала значений, приведенных в табл. 7.1.2. Для котельных эти условия ужесточены введением дополнительных требований о необходимости суммирования воздействия оксидов серы и азота, которое определяется выражением
| (frac{{С}_{{text{SO}}_{2}}}{{text{ПДК}}_{{text{SO}}_{2}}}+frac{{С}_{{text{NO}}_{2}}}{{text{ПДК}}_{{text{NO}}_{2}}}1), |
где ({С}_{{text{SO}}_{2}})и ({С}_{{text{NO}}_{2}})— концентрации соответствующих веществ в уходящих газах, мг/м3, допустимые величины которых даны в табл. 7.1.2.
Основными продуктами полного сгорания органических углеводородных топлив CmHn являются диоксид углерода СО2 и водяные пары Н2О:
| ({С}_{m}{H}_{n}+{O}_{2}rightarrow text{.}text{.}text{.}rightarrow {text{СO}}_{2}+{text{H}}_{2}O). | (7.1.1) |
В то же время, вследствие локальных недостатков воздуха или неблагоприятных тепловых и аэродинамических условий, в топках и камерах сгорания образуются продукты неполного сгорания, состоящие в основном из монооксида углерода СО (угарного газа), водорода Н2 и различных углеводородов, которые характеризуют потери тепла в котлоагрегате от химической неполноты сгорания (химический недожог).
Содержание СО в продуктах сгорания паровых и водогрейных котлов обычно не превышает сотых долей процента (0,0005÷0,025%). Концентрация СО2 в уходящих газах существенно выше и составляет 10÷14% в зависимости от вида сжигаемого топлива.
Кроме этого, в процессе сжигания получается целый ряд химических соединений, образующихся вследствие окисления различных составляющих топлива и азота воздуха N2. Наиболее существенную их часть составляют оксиды азота NOx и серы SOx.
Оксиды азота образуются за счет окисления как молекулярного азота воздуха, так и азота, содержащегося в топливе. Экспериментальные исследования показали, что основная доля образовавшихся в топках котлов NOх, а именно 96÷100%, приходится на монооксид (оксид) азота NO. Диоксид NO2 и гемиоксид N2O азота образуются в значительно меньших количествах, и их доля приблизительно составляет: для NO2 – до 4%, а для N2O – сотые доли процента от общего выброса NOx. При типичных условиях факельного сжигания топлив в котлах концентрации диоксида азота NO2, как правило, пренебрежительно малы по сравнению с содержанием NO и обычно составляют от 0÷7 ррm до 20÷30 ррm. В то же время быстрое перемешивание горячих и холодных областей в турбулентном пламени может привести к появлению относительно больших концентраций диоксида азота в холодных зонах потока. Кроме этого, частичная эмиссия NO2 происходит в верхней части топки и в горизонтальном газоходе (при T > 900÷1000 К) и при определенных условиях также может достигать заметных размеров.
Гемиоксид азота N2O, образующийся при сжигании топлив, является, по всей видимости, кратковременным промежуточным веществом. N2O практически отсутствует в продуктах сгорания за котлами.
Содержащаяся в топливе сера является источником образования оксидов серы SOx: сернистого SO2 (диоксид серы) и серного SO3 (триоксид серы) ангидридов. Суммарный массовый выброс SOx зависит только от содержания серы в топливе Sp, а их концентрация в дымовых газах – еще и от коэффициента расхода воздуха α. Как правило, доля SO2 составляет 97÷99%, а доля SO3 – 1÷3% от суммарного выхода SOx. Фактическое содержание SO2 в уходящих из котлов газах колеблется от 0,08 до 0,6 %, а концентрация SO3 – от 0,0001 до 0,008 %.
Среди вредных компонентов дымовых газов особое место занимает большая группа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Многие ПАУ обладают высокой канцерогенной и (или) мутагенной активностью, активизируют фотохимические смоги в городах, что требует строгого контроля и ограничения их эмиссии. В то же время некоторые ПАУ, например, фенантрен, флуорантен, пирен и ряд других, физиологически почти инертны и не являются канцерогенно-опасными.
ПАУ образуются в результате неполного сгорания любых углеводородных топлив. Последнее имеет место из-за торможения реакций окисления углеводородов топлива холодными стенками топочных устройств, а также может быть вызвано неудовлетворительным смешением топлива и воздуха. Это приводит к образованию в топках (камерах сгорания) локальных окислительных зон с пониженной температурой или зон с избытком топлива.
Вследствие большого количества разных ПАУ в дымовых газах и трудности измерения их концентраций принято уровень канцерогенной загрязненности продуктов сгорания и атмосферного воздуха оценивать по концентрации наиболее сильного и стабильного канцерогена – бенз(а)пирена (Б(а)П) C20H12.
Ввиду высокой токсичности, следует особо отметить такие продукты сжигания мазута, как оксиды ванадия. Ванадий содержится в минеральной части мазута и при его сжигании образует оксиды ванадия VO, VO2. Однако при образовании отложений на конвективных поверхностях оксиды ванадия представлены в основном в виде V2O5. Пентаоксид ванадия V2O5 является наиболее токсичной формой оксидов ванадия, поэтому учет их выбросов производится в пересчете на V2O5.
Таблица 7.1.3. Примерная концентрация вредных веществ в продуктах сгорания при факельном сжигании органических топлив в энергетических котлах
| Выбросы = | Концентрация, мг/м3 | ||
| Природный газ | Мазут | Уголь | |
| Оксиды азота NOx (в пересчете на NO2) | 200÷ 1200 | 300÷ 1000 | 350 ÷1500 |
| Сернистый ангидрид SO2 | – | 2000÷6000 | 1000÷5000 |
| Серный ангидрид SO3 | – | 4÷250 | 2 ÷100 |
| Угарный газ СО | 10÷125 | 10÷150 | 15÷150 |
| Бенз(а)пирен С20Н12 | (0,1÷1, 0)·10-3 | (0,2÷4,0)· 10-3 | (0,3÷14)· 10-3 |
| Твердые частицы | – | <100 | 150÷300 |
При сжигании мазута и твердого топлива в выбросах также содержатся твердые частицы, состоящие из летучей золы, сажистых частиц, ПАУ и несгоревшего в результате механического недожога топлива.
Диапазоны концентраций вредных веществ в дымовых газах при сжигании различных типов топлив приведены в табл. 7.1.3.
Источник
При тепловом расчете топливосжигающих установок (паровых и водогрейных котлов, промышленных огневых печей, двигателей внутреннего сгорания), а также при обработке результатов их испытаний определяют следующие характеристики и величины:
- – теоретический и действительный расходы воздуха VQ и Уд9 необходимые для сгорания 1 кг твердого и жидкого топлива или 1 м3 газообразного топлива;
- – состав и объем продуктов сгорания F (дымовых газов);
- – энтальпию дымовых газов при требуемых температурах и коэффициентах избытка воздуха.
Для полного сгорания топлива требуется некоторый избыток воздуха против теоретического расхода. Избыток воздуха характеризуется так называемым коэффициентом избытка аг (иногда называемым коэффициентом расхода воздуха). Он зависит от способа сжигания топлива, качества смесеобразования топлива с воздухом и ряда других факторов.
Коэффициент избытка воздуха представляет собой отношение действительного расхода воздуха к теоретическому, т.е.
При полном сгорании дымовые газы (продукты сгорания) состоят из С02 и S02, получившихся при сгорании углерода и летучей серы; водяного пара, образующегося при испарении влаги топлива и сгорании его водорода; азота, подводимого в топку (камеру сгорания) с воздухом, и, наконец, кислорода, не использованного при горении.
Объем продуктов сгорания определяется по формуле
22
При проведении химического анализа дымовых газов содержание С02 и S02 определяется совместно, поэтому в расчетные формулы вводится сумма количества СО, и SO,, обозначаемая символом RO„ тогда
где Vcr – объем сухих дымовых газов,
В табл. 1.7 приведены расчетные формулы для определения объемов воздуха и продуктов полного сгорания для твердых, жидких и газообразных топлив. В этих формулах Ср, Нр, … ; СОр, н?, CHJJ … – содержание соответствующих элементов и компонентов в рабочем топливе, %; ат – коэффициент избытка воздуха; du – влагосодержание сухого воздуха, г/м3 (обычно принимается 10 г/м3).
Таблица 1.7
Расчетные формулы для определения объемов воздуха и продуктов полного сгорания
Определяемые величины | Для твердого и жидкого топлива, нм3/кг | Для газообразного топлива, нм3/нм3 |
Теоретически необходимое количество воздуха | V0 =[0,0889(СР + 0,375SP) + + 0,2665НР -0,033Р]х х(1 + 0,00124в) | у0 = 0,0476[0,5СО + 0,5Н2 + + 1,5H2S + 2СН4 + + l(“’ + ^)cmH„-o2]x |
х (1 + 0,00124В ) | ||
Действительное количество воздуха | Гд=атК0 | |
^С02 =0,0187 СР | Vq02 = (СО + С02 + СН4 + + 2>СдаН„)0,01 | |
Количество продуктов полного сгорания | Кн2о =0,112НР + 0,0124WP + + 0,00124КД^В KSq2 = 0,07 • SP Уо2 = 0,21 • (ат -1) • Ко | ^H20=(H2+H2S + 2CH4 + + 1^СтН„+0,124Кдв)0,01 vSOi =0,01 H2S Уо2 =0,21(ат-1)К0 |
Kn-2 = 0,008 • NP +0,79КД | ^N2 =(N2+79^)0,01 | |
Процентный состав продуктов сгорания | Уг = Усо2 + >h2o + >so2 + >Ъ2 +^2 Pro СО 2 = 2 • 100 % ит.д. К |
В случае отсутствия элементарного состава сжигаемого топлива при известной величине и Wp можно пользоваться эмпирическими формулами табл. 1.8.
Энтальпия газа в общем виде вычисляется как произведение его объема при нормальных условиях на объемную теплоемкость при постоянном давлении и на температуру. Удельная энтальпия (кДж/кг) продуктов сгорания / рассчитывается для твердого и жидкого топлива, а объемная энтальпия (кДж/м3) – для газообразного. Выражается она в виде суммы энтальпий теоретического объема продуктов сгорания ,0 и избыточного воздуха (aT-l),B°ol;l.
Таким образом,
Таблица 1.8
Эмпирические формулы для определения VQ и У, нм3/кг или нм3/нм3
Топливо | Теоретически необходимое количество воздуха | Действительное количество продуктов сгорания |
Дрова | / р Vq = 4,66 1- — U 10ОО | WP VT – 5,3 – 4,055-+ + (a-l)Pn 1000 |
Уголь | V / Fo=O,24 0HP+O,5 | Kr =0,21 0P +1,65 + + (а-1Уп |
Жидкое топливо | V0=0,2QP + 2,0: | Kr = 0,265 ? Qfi + (a- l)K0 |
Г азообразное топливо с СЕМД* нм | >0=0,21 вЦ | Kr=O,17-0P+l,O + (a-l)Ko |
То же с es»2m? HMJ | К0 = 0,26 QP- 0,25 | Kr = 0,27 ? Ql + 0,25 + (a – l)K0 |
Коксодоменная смесь | К0= 0,24 Ql- 0,2 | Kr = 0,225 Q$ +0,765 + + (a-l)K0 |
Примечание: gP в МДж/кг или Мдж/ нм3 (1 ккал = 4,187 кДж).
Объемная энтальпия теоретического объема продуктов сгорания при температуре Э (°С) определяется по формуле:
Объемная энтальпия теоретически необходимого количества воздуха:
Объемные энтальпии отдельных газов и воздуха определяют по табл. 1.9. Величину / определяют для нескольких значений $ и ат.
На основании этих подсчетов строят кривые зависимости / от Э для нескольких по которым можно определить объемную энтальпию дымовых газов при заданных температуре и коэффициенте избытка воздуха.
Таблица 1.9
Объемная энтальпия газов, кДж/м3
о, с | (c9)ro2 | (c»)n2 | (сд)н2о | (сЭ) ‘ ‘воад |
100 | 169 | 130 | 151 | 132 |
200 | 357 | 260 | 304 | 266 |
300 | 559 | 392 | 463 | 403 |
400 | 772 | 527 | 626 | 542 |
500 | 996 | 664 | 794 | 684 |
600 | 1222 | 804 | 967 | 830 |
700 | 1461 | 946 | 1147 | 979 |
800 | 1704 | 1093 | 1335 | ИЗО |
900 | 1951 | 1243 | 1542 | 1281 |
1000 | 2202 | 1394 | 1725 | 1436 |
1200 | 2717 | 1695 | 2131 | 1754 |
1400 | 3240 | 2009 | 2558 | 2676 |
Источник
В традиционной энергетике применяются 2 типа топлива – органическое и ядерное. Несмотря на то что со второй половины XX в. ядерная энергетика развивается очень активно, доля органического горючего в общей структуре преобладает. В настоящее время это основной источник для производства тепловой и электрической энергии. Всего человеком применяется около двухсот его видов, каждому из которых присущи свои характеристики и показатели.
Виды
Существует несколько классификаций органического топлива:
- По происхождению: естественное (природное); искусственное (получаемое при переработке природного).
- По области использования: энергетическое (для выработки электроэнергии и теплоты); технологическое (для производства различных промышленных продуктов).
- По физическому состоянию вещества (в скобках указаны наиболее распространенные): жидкое (мазут); твердое (ископаемые угли); газообразное (природный газ).
- По «сроку жизни»: возобновляемое (древесина, растения); условно возобновляемое, у которого период накопления в земной коре составляет несколько тысяч лет (торф); не возобновляемое (каменный уголь, сланцы, нефть, газ).
У невозобновляемых источников горючего период накопления во много раз превосходит предполагаемый срок потребления.
Природное горючее
Природные виды органического топлива подразделяют на следующие группы:
- Ископаемые (извлекаемые из недр): каменный и бурый уголь; природный газ; торф; антрацит; нефть; горючие сланцы и другие.
- Искусственные: бензин; керосин; сланцевое масло; топливные брикеты; древесный уголь; гидролизный лигнин; отходы пищевой, сельскохозяйственной и целлюлозно-бумажной промышленности; мазут; газовое топливо, получаемое в виде побочного продукта при переработке горючих сланцев, выплавке чугуна, пиролизе и других технологических процессах; отходы деревоперерабатывающих производств (сухие опилки, стружка, кусковые отходы).
Органическое топливо из отходов сельского хозяйства
Из сельскохозяйственных отходов чаще всего применяются следующие:
- лузга семян подсолнечника;
- шелуха гречки;
- лузга рисовая;
- солома.
Так как объем этих источников невелик, то они чаще всего используются в качестве топлива для местных котельных.
Происхождение
Согласно научным представлениям, все виды органического топлива образовались из растительных остатков и микроорганизмов, которые существовали от 500 тыс. до 500 млн лет назад. Их накопление происходило в тех участках земной коры, которые были защищены от активного окисления (мелководные прибрежные зоны водоемов, болота, дно морей). Химический состав этих остатков включает 4 основных элемента:
- углеводы;
- лигнин (межклеточное вещество высших растений);
- жироподобные вещества (смолы, воски, эфиры глицерина);
- белки.
Остатки высших растений и мхов, скапливавшиеся на заболоченных участках суши, стали основой для образования гумолитов (ископаемых углей), а микроводорослей и бактерий на дне водоемов – сапропелитов. Под воздействием высокого давления и температуры происходило преобразование органического вещества (углефикация).
Гумолиты с малой степенью углефикации называют бурыми углями. При более высокой температуре гуминовые кислоты превращались в нейтральные гумины. В каменном угле наблюдается полное отсутствие гуминовых кислот.
В сапропелитах в мягких условиях преимущественно протекали процессы полимеризации непредельных углеводородов с образованием горючих сланцев, при перегонке дающих большое количество смолы, сходной по составу с нефтью. Метаморфозы сапропеля при высоких температурах и каталитическом участии горных пород привели к образованию смеси углеводородов в жидком и газообразном состоянии (нефть, природный, попутный газ).
Твердое топливо
Твердое органическое топливо – это капиллярно-пористые гетерогенные материалы. Их структура содержит большое количество пор и трещин. Перед сжиганием на теплоэлектростанциях сырье измельчают на дробилках до размеров 15-25 мм (слоевое сжигание в котлах) или в пылевидное состояние для снижения потерь от недожога.
В основе жидкого и твердого органического топлива находятся 5 горючих химических элементов: C, H2, O2, S. Внешний (зольный остаток после горения, влага) и внутренний (азот и кислород) балласт ухудшает качество горючего.
Характеристики твердого топлива
Основные виды горючих органических топлив, их марки и краткая характеристика представлены в таблице ниже.
Вид топлива | Марки и разновидности | Характеристика |
Бурый уголь | 1Б, 2Б, 3Б (в зависимости от влагоемкости) |
|
Каменный уголь, антрациты | Д, 1Г, 2Г, 1ГЖ, 2ГЖ, 1Ж, 2Ж, 1К, 2К, 1КО, 2КО, 1КС, 2КС, 1ОС, 2ОС, ТС, 1СС, 2СС, 3СС, 1Т, 2Т, 1А, 2А, 3А |
|
Торф |
|
8 МДж/кг. |
Горючий сланец |
|
|
Влияние влаги
Большое содержание влаги затрудняет воспламенение горючих материалов, уменьшает температуру в топке, повышает потери тепла. Топлива, для которых характерен большой геологический возраст, имеют в своем составе мало воды (бурый уголь, торф).
Различают несколько видов влаги:
- сорбционная, скапливающаяся на границе твердой и газообразной фазы;
- капиллярная (поровая);
- поверхностная (обнаруживается на наружной поверхности кусков);
- гидратная (входит в состав кристаллогидратов).
Первые 3 вида влаги можно удалить из твердого органического топлива просушиванием при температуре 105 °С, последний – только посредством химических реакций при нагреве до 700-800 °С. При транспортировке и хранении на открытом воздухе содержание воды может значительно повышаться, ухудшая качество горючего.
Минеральные примеси
Во всех видах твердого топлива имеются минеральные примеси, в основном состоящие из следующих соединений:
- силикаты;
- сульфиды;
- углекислые соли Ca, Mg и Fe;
- фосфаты;
- хлориды;
- сульфаты кальция и железа.
В процессе горения органического топлива они подвергаются высокотемпературной трансформации, в результате которой остается твердая негорючая зола. Ее состав сильно отличается от исходных веществ из-за следующих реакций:
- превращение окисных солей железа в оксиды;
- дегидратация силикатных соединений;
- разложение карбонатов, выделение CO2, образование оксидов;
- окисление сернистых соединений, выделение сернистого газа;
- испарение солей щелочных металлов.
Конечный состав зольного остатка зависит от условий сжигания органического топлива. При высоких температурах он может расплавиться и перейти в жидкое состояние (шлак). Часть золы удаляется из топок вместе с летучими продуктами сгорания, что приводит к загрязнению, зашлаковыванию и коррозионному износу топочного оборудования.
Термическое разложение
Твердое органическое топливо при сжигании проходит несколько стадий разложения:
- бертинирование (температура до 300 °С, выделяются углекислый и угарный газ, водород и углеводороды, пирогенетическая вода);
- полукоксование (400-450 °С, выделяется основной объем горючего газа);
- коксование (700-1100 °С, завершение процесса выхода летучих соединений).
Продукты сгорания органического топлива соответственно называют бертинатами, полукоксами, коксами.
Наименьшая теплота сгорания у высокозольных сланцев, влажного торфа и бурого угля, а наибольшая – у антрацитов. Низшая теплота сгорания, при которой водяные пары выходят в атмосферу, а не конденсируются, у твердых видов топлива составляет 4,6-26 МДж/кг.
Жидкое топливо
Жидкие органические топлива для энергетической промышленности получают из нефти с помощью ее термохимического разложения. Мазут используют на крупных объектах (ТЭС, котельные), а в бытовых целях применяют дистиллятные фракции нефтепродуктов (бензин, керосин, солярка, дизтопливо).
Мазут, как и нефть, представляет собой сложное коллоидное соединение. Его химический состав варьируется в следующих пределах (в процентах):
- углерод – 86-89;
- водород – 9,6-12;
- сера – 0,3-3,5;
- кислород и азот – 0,5-1,7.
Виды мазута
Классификация мазутов производится следующим образом:
- По содержанию серы: низкосернистые (<0,5%); малосернистые (0,5-1%); сернистые (1-2%); высокосернистые (2-3,5%).
- По вязкости (в скобках указаны марки): легкие или флотские (Ф5, Ф12); средние (40В, 40); тяжелые (100, 200 и 100В); угольные и сланцевые (образуются при переработке сланца и угля).
Теплота сгорания жидкого горючего варьируется в пределах 39-41 МДж/кг.
Газообразное топливо
Состав газообразного топлива включает следующие вещества:
- горючие (предельные углеводороды, H2, CO, H2S) и негорючие (диоксид углерода и серы, азот, кислород, воздух атмосферный) газы;
- водяные пары;
- смолы;
- пыль.
Наиболее широко используются следующие виды органического топлива:
- Природный газ. Основной компонент – метан. Перед потреблением газ осушают, обеспыливают, удаляют вредные примеси сероводорода.
- Попутный газ, выделяющийся при добыче нефти. Отделение от жидкой фазы углеводородов производится в сепараторах. Объемная доля метана меньше, чем в природном газе, а тяжелых углеводородов – выше. В связи с этим при горении органического топлива выделяется больше тепла.
- Сжиженный газ. Основные компоненты – пропан и бутан, а также примеси тяжелых углеводородов. При температуре 20 °С и атмосферном давлении он принимает газообразное состояние. При увеличении давления или уменьшении температуры газ переходит в жидкую фазу, что используется для его транспортировки. Сырьем для этого вида топлива служит попутный газ и газ, получаемый при переработке нефти.
- Коксовый газ. Представляет собой побочное вещество, образующееся при коксовании угля. Исходный продукт очищают от вредных примесей, аммиака, ароматических углеводородов. Выход составляет до 3000 кубометров из 1 т угля.
- Доменный газ. Образуется в результате взаимодействия кокса и железных руд при их продувке в доменных печах. Выход – 2200-3200 м3 на 1 т выплавляемого чугуна.
Теплота сгорания газового топлива зависит от его химического состава и находится в диапазоне 4-47 МДж/м3. Практически все виды горючих газов легче воздуха и при утечке скапливаются под перекрытиями. Наименьшая концентрация в смеси с воздухом, необходимая для воспламенения – у пентана (1,4% по объему).
Приведенные характеристики
Для сравнительного анализа свойств различных типов топлива используют приведенные характеристики, определяемые как отношение показателя качества рабочего топлива к его удельной низшей теплоте сгорания.
Основными приведенными расчетными показателями служат:
- влажность;
- зольность;
- содержание серы и азота.
В топливно-энергетической промышленности для сравнения эффективности применяемого топлива применяется также понятие условного топлива. Оно представляет собой горючее, у которого низшая удельная теплота сгорания в рабочем состоянии составляет 7000 ккал/кг. Для каждого вида топлива можно рассчитать безразмерный тепловой коэффициент в виде отношения собственной удельной теплоты сгорания к этой величине для условного топлива.
При полном сгорании органического топлива образуются трехатомные газы (углекислый и сернистый газ) и вода. Расход веществ (для 1 моля горючего), участвующих при сжигании, вычисляют по формулам исходя из условия, что прореагирует весь кислород, поданный вместе с воздухом. Такие уравнения называют материальным балансом горения.
В реальных условиях расчетные значения корректируют с помощью коэффициентов, так как для полного сжигания всегда требуется больше воздуха. Для определения температуры продуктов сгорания составляют тепловой баланс реакции окисления (в расчете на 1 кг жидкого или твердого органического топлива или на 1 м3 для газообразного). С точки зрения физики уравнение теплового баланса является не чем иным, как формой записи закона сохранения энергии.
Источник