Какая теплотворность природного газа. Низшая теплотворная способность топлива. Особенности использования сжиженного газа и дизтоплива

Таблица 2.6

Температура воспламенения тэр

На экономичность использования ТЭР влияют наличие влаги, различных примесей, способность к спеканию для твердого топлива. Эти характеристики определяют зольность и состав газов, которые поступают в окружающую среду. Чем меньше выбросы в атмосферу, тем чище топливо и меньше требуется затрат на мероприятия по защите окружающей среды.

В энергетике ТЭР используются для получения электроэнергии, тепла, холода и сжатого воздуха. Энергоэффективность этих процессов определяется не только качественными характеристиками ТЭР, но и технологией сжигания. В настоящее время разработаны и используются инновационные технологии, позволяющие значительно повысить энергоэффективность использования низкокалорийных видов ТЭР, обеспечивая экономию более ценных высоко эффективных видов ТЭР.

Характеристика основных видов ископаемых топливно-энергетических ресурсов Нефть

Нефть (от персидск. Нефт ) - природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Цвет нефти варьирует в буро-коричневых тонах(от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), иногда она бывает чисто чёрного цвета, изредка встречается нефть окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть. Имеет специфический запах, также варьирующийся от легкого приятного до тяжелого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти в чистом виде лишено запаха и цвета.

Состав:

Нефть - смесь около 1000 веществ, более 500 из которых - жидкие углеводороды, 80-90 % по массе, в основном парафиновые (обычно 30-35% по объёму) и нафтеновые (25-75 %) и соединения ароматического ряда (10-20); остальные – сернистые, азотистые, кислородные органические соединения, а также минеральные, органические соли и пр.. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов (половина таблицы Менделеева).

Физические свойства:

Плотность 0,65-1,05 (обычно 0,82-0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой , 0,831-0,860 - средней , выше 0,860 - тяжёлой . Вязкость изменяется в широких пределах, для российских от 1,98 до 265,90 мм²/с, она определяется фракционным составом нефти (чем больше количество легких фракций, тем она меньше) и её температурой.

Классификация:

По классу преобладающих углеводородов химическому составу

класс углеводородов, по которому нефти даётся наименование, должны присутствовать в количестве более 50 %. Если присутствуют углеводороды также и других классов и один из классов составляет не менее 25 %, то определяется смешанный тип.

По торговым маркам

введение сортности необходимо в связи с разностью состава нефти (содержания серы, различного содержания групп алканов, наличия примесей) в зависимости от месторождения. Стандартом для цен служит нефть сортов WTI и Light Sweet (для западного полушария и вообще ориентиром для других сортов нефти), а также Brent (для рынков Европы и стран ОПЕК). Чтобы упростить экспорт были введены стандартные сорта (торговые марки) нефти, связанные либо с основным месторождением, либо с группой месторождений. Для России это тяжёлая Urals и лёгкая нефть Siberian Light. В Великобритании - Brent, в США - Light Sweet и WTI.

Происхождение нефти:

Происхождение нефти долгое время было предметом жарких споров, которые полностью не затихли и в наши дни. Существуют две противоположные версии происхождения нефти: неорганическая и органическая. Выбор между этими версиями обуславливается тем, что нефть - весьма подвижное вещество-флюид, оно способно к перемещению или миграции внутри земной коры и ее осадочной оболочки на большие расстояния, и скопления нефти нередко находятся достаточно далеко от предполагаемого места образования. Неорганическая теория происхождения нефти впервые была высказана Менделеевым и заключается в том, что вода протекала мимо раскаленных карбидов металлов, и, таким образом, образовывались углеводороды, которые впоследствии превращались в нефть. Вторая - органическая теория, заключалась в том, что нефть образовывалась, как правило, в морских и лагунных условиях, путем перегнивания органических остатков животных и растений (илов) в определенных термобарических условиях (высокое давление и температура). В общем, по всей сумме накопленных фактов достаточно обоснованной может считаться лишь концепция органического, биогенного происхождения нефти, выдвинутая немецким ботаником Г. Потонье в начале XX века. В нашей стране она была разработана Г.П. Михайловским, И.М. Губкиным, но наиболее полно и на современном уровне Н.Б. Вассоевичем, который назвал ее осадочно-миграционной теорией нефтеобразования. Согласно этой теории, источником нефти является захороненное в осадках органическое вещество – продукт разложения организмов, – отлагающееся вместе с минеральными частицами осадков. В свою очередь, источником этого органического вещества являются две группы организмов: наземная растительность, остатки которой сносились реками в морские или озерные бассейны, бактерии и морской зоо- и фитопланктон, причем именно последнему принадлежит главная роль в нефтеобразовании. Различия в составе органического вещества, отложенного из двух этих источников – гумуса и сапропеля, прослеживаются в составе нефти. Накопление значительных масс органического вещества в осадках было возможно в условиях отсутствия или ограниченного доступа свободного кислорода, что могло происходить лишь в водной среде. Органическое вещество находится в осадках в рассеянном состоянии. Одни типы осадков им обогащены в большей степени, другие – в меньшей или даже практически его лишены, но среднее содержание очень редко превосходит 1% от массы осадка. И лишь относительно небольшая часть этого вещества (10-30%) затем преобразуется в нефть, остальная сохраняется в осадке и переходит в образующуюся из него осадочную породу.

Уголь

Уголь ископаемый - горючая осадочная порода органического (растительного) происхождения, состоящая из углерода, водорода, кислорода, азота и других второстепенных компонентов. Цвет варьирует от светло-коричневого до черного, блеск – от матового до яркого блестящего. Обычно четко выражена слоистость, или полосчатость, которая обусловливает его раскалывание на блоки или таблитчатые массы.

Состав углей

Угли представляют собой сложные соединения горючих элементов, и включают в себя минеральные примеси и влагу. Соответственно степени углефикации содержание углерода в органической массе топлива увеличивается, а кислорода и азота уменьшается, что способствует повышению энергетической ценности топлива.

Основной горючей составляющей топлива является углерод, горение которого обусловливает выделение основного количества тепла. Теплота сгорания аморфного углерода 34,4 МДж/кг (8130 ккал/кг). Водород является вторым по значению элементом горючей массы топлива, его содержание в горючей массе твердых и жидких топлив колеблется от 2 до 10%. Много водорода содержится в природном газе, мазуте и горючих сланцах, меньше всего в антраците. Теплота сгорания водорода в водяной пар - 10,8 МДж/м3 (2579 ккал/м3). Кислород и азот в топливе являются органическим балластом, так как их наличие уменьшает содержание горючих элементов в топливе. Кроме того, кислород, находясь в соединении с водородом или углеродом топлива, переводит некоторую часть горючих в окислившееся состояние и уменьшает его теплоту сгорания. Азот при сжигании топлива в атмосфере воздуха не окисляется и переходит в продукты сгорания в свободном виде.

Минеральные примеси топлива. В твердом топливе значительную часть примесей составляют внешние примеси. Поэтому содержание минеральных примесей даже в одном и том же виде топлива может сильно колебаться. Основными минеральными примесями являются: силикаты (кремнезем SiO2, глинозем А1203, глина), сульфиды (преимущественно FeS2), карбонаты (СаСО3, MgCO3, FeCO3), сульфаты (CaSO4, MgS04), закиси и окиси металлов, фосфаты, хлориды, соли щелочных металлов. В процессе горения в среде высоких температур в минеральных примесях топлива происходят физические и химические преобразования.

Балласт топлива. Негорючие минеральные примеси и влага являются внешним балластом твердого топлива. Своим присутствием минеральные примеси и влага уменьшают содержание горючей массы в единице массы рабочего топлива; кроме того, при сжигании топлива на испарение влаги затрачивается определенное количество тепла. Поэтому с увеличением зольности и влажности уменьшается теплота сгорания топлива, увеличивается его расход у потребителя, соответственно увеличиваются расходы на добычу и перевозку.

Зола топлива. Твердый негорючий остаток, получающийся после завершения преобразований в минеральной части топлива в процессе его горения, называют золой. Обычно масса золы немного меньше массы минеральных примесей в топливе, лишь в горючих сланцах вследствие разложения содержащихся в них карбонатов золы получается значительно меньше по сравнению с массой минеральных примесей. В топочной камере при высоких температурах часть золы расплавляется, образуя раствор минералов, который называется шлаком. Из топки шлаки удаляются в жидком или гранулированном состоянии.

Влага топлива. Влагу топлива подразделяют на две части: внешнюю и внутреннюю. При добыче топлива, транспортировке и хранении в него попадают подземные и грунтовые воды, влага из атмосферного воздуха, вызывая поверхностное увлажнение кусков топлива. С уменьшением размера кусков удельная поверхность топлива увеличивается и увеличивается количество удерживаемой ею внешней влаги. К внешней также относится капиллярная влага, т. е. влага, заполняющая капилляры и поры, сильно развитые в торфе и бурых углях. Внешняя влага может быть удалена механическими средствами и тепловой сушкой. К внутренней относят коллоидную и гидратную влагу. Коллоидная влага является составной частью топлива. В его массе она распреде­ляется очень равномерно. Количество коллоидной влаги зависит от химической природы и состава топлива и содержания влаги в атмосферном воздухе. По мере увеличения степени углефикации топлива содержание коллоидной влаги падает. Много коллоидной влаги в торфе, меньше в бурых углях и мало в каменных углях и антрацитах. Гидратная или кристаллизационная влага химически связана с минеральными примесями топлива, главным образом сернокислым кальцием и алюмосиликатом. Гидратной влаги в топливе содержится мало, она становится заметной в многозольных топливах. При подсушке испаряется часть коллоидной влаги, но практически не изменяется содержание гидратной влаги. Последняя может быть удалена лишь при высоких температурах. Твердое натуральное топливо при пребывании на воздухе теряет, а подсушенное приобретает влагу до тех пор, пока давление насыщенного пара влаги топлива не уравновесится с парциальным давлением влаги воздуха, т. е. с его относительной влажностью. Твердое топливо с установившейся в естественных условиях влажностью называют воздушно-сухим топливом. Повышенная влажность приводит к снижению теплоты сгорания топлива и увеличению его расхода, к увеличению объема продуктов сгорания, а следовательно, потерь тепла с уходящими газами. Кроме того, высокая влажность способствует выветриванию и самовозгоранию твердого топлива при его хранении. С повышением влажности ухудшается сыпучесть твердых топлив. В зимнее время высокая влажность может вызвать смерзаемость топлива.

Выход летучих и свойства кокса. Одними из наиболее важных теплотехнических характеристик топлив являются величина выхода летучих и свойства коксового остатка. При нагревании твердых топлив происходит распад термически нестойких сложных, содержащих кислород углеводородистых соединений горючей массы с выделением горючих газов: водорода, углеводородов, окиси углерода и негорючих газов - углекислоты и водяных паров. После отгонки летучих веществ из топлива образуется так называемый коксовый остаток. Способность топлива при термическом разложении образовывать более или менее прочный кокс называется спекаемостью. Бурые угли и антрацит дают порошкообразный кокс. Каменные угли с выходом летучих 42-45% и тощие угли с выходом летучих менее 17% дают порошкообразный или слипшийся коксовый остаток. Угли, образующие спекшийся коксовый остаток, являются ценным технологическим топливом и используются в первую очередь для производства металлургического кокса. -Акварин

• Гуминатрин

  Гумат калия жидкий торфяной

  Гумат калия/натрия

  Мастер специальный 20:20:20+3

  Мастер коричневый 3:11:38+4

  Мастер желтый 13:40:13

  Микромак -для обработки посевного материала

  Микроэл-для не корневых подкормок

  Страда N, Страда P, Страда K

  Экомак. Микроэлементы для семян-для обработки посевного материала

  Моноцинк

  Моножелезо

• Мономедь

Характеристики и состав твердого топлива, в том числе выход летучих, спекаемость кокса, оказывают сильное влияние на процесс горения угля. С увеличением выхода летучих и содержания в них более реакционно-способных газов воспламенение топлива становится легче, а кокс благодаря большей пористости получается более реакционно-способным.

По перечисленным свойствам углей проводят их классификацию. Ископаемые угли подразделяются на три основных типа: бурые, каменные угли и антрацит .

Бурые угли . К бурым углям относят угли с неспекающимся коксом и высоким выходом летучих, обычно более 40%. Бурые угли характеризуются высокой гигроскопической и в большинстве случаев высокой общей влажностью, пониженным содержанием углерода и повышенным содержанием кислорода по сравнению с каменными углями. Вследствие сильной зольности и содержания влаги низшая теплота сгорания бурых углей пониженная (2500-3600 ккал/кг).

Каменный уголь - это твёрдое горючее вещество (полезное ископаемое) растительного происхождения. Представляет собой плотную и каменистую породу черного, иногда серо-черного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью.

Химический состав и свойства каменного угля

Углерод 75-97%; водород 1,5-5,7%; кислород 1,5-15%; сера 0,5-4%; азот до 1,5%; летучие вещества 2-45%; влага варьируется от 4 до 14%; зола от 2 до 45%.

Антрацит - самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации. характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95% углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо.

По своим характеристикам и свойствам антрацит более всего похож на каменный уголь. Их разница заключается в том, что в составе антрацита больше углерода. Это значит, что антрацит более горючее вещество, чем используемый нами обычно уголь. По цвету он бывает как бархатным, так и железно-черным и обязательно со стальным блеском. Если говорить о горении антрацита, то он горит только при сильной тяге воздуха. Причем горит либо почти без пламени или иногда даже и вовсе без него. Стоит также заметить, что горит антрацит не только без пламени, но без запаха и без дыма. Но при этом он не спекается. По своей характеристике антрацит тверже каменного и бурого угля.

Антрацит используется в энергетике, чёрной и цветной металлургии, а также для производства адсорбентов, электродов, электрокорунда, микрофонного порошка.

Происхождение:

Бурые угли, каменные угли и антрациты образовались в процессе последовательной углефикации отмершей растительной массы. Углефикация- природный процесс структурно-молекулярного преобразования (метаморфизации) органического вещества угля под влиянием высокого давления и температур. Углефикация - фаза углеобразования, в которой находящийся в недрах Земли торф последовательно преобразуется (при соответствующих условиях) сначала вбурый, потом в каменный и антрацит. При этом повышается содержание углерода, снижается выход летучих веществ. Образуются угли отложением и разложением (гниением) органических остатков растений в течение длительного времени (миллионы лет). Образующиеся отложения со временем (метаморфизм) покрываются толстым слоем земли. Под большим давлением земной коры и при полном отсутствии доступа кислорода, а также воздействия температуры земного ядра, происходит несколько стадий от разложение древесины до образование каменного угля. Из - за отсутствия доступа воздуха эти отложения не смогли отдать в атмосферу отобранный у органических растений углерод. Доступ воздуха прекращался особенно резко там, где болота и заболоченные леса опускались в результате тектонических подвижек и изменения климатических условий и покрывались сверху другими веществами. При этом растительные останки превращались под воздействием бактерий и грибов (углефицировались) в торф и дальше в бурый уголь, каменный уголь, антрацит и графит. Каменный уголь возникает при залегании пластов торфа на значительной глубине обычно более 3 км. На более значительной глубине образуется антрацит - высший сорт каменного угля. Однако это не означает, что все угольные месторождения расположены на большой глубине. Со временем под действием тектонических процессов различной направленности некоторые пласты испытывали поднятие, в результате чего оказывались ближе к поверхности. Сам процесс образования каменного угля идет очень медленно и может длиться тысячелетия. В зависимости от длительности образования получаются разные сорта каменного угля с различной теплотой сгорания. По совокупности основных показателей состава и свойств выделяют 3 степени углефикации: низший (буроугольный), средний (каменноугольный) и высший (антрацитовый). Степень углефикации угля отображает его геологический возраст. «Наиболее молодой» в геологическом отношении - бурый уголь, «самый старый» - антрацит. В зависимости от физического и химического состава угля меняется и количество теплоты, выделяющееся при его сгорании, а также количество образующейся золы. От этого соотношения зависит ценность угля и его месторождений.

Классификация:

Маркировка угля установлена с целью рационального промышленного использования угля (табл. 2.7). Угли подразделяются на марки и технологические группы; в основу такого подразделения положены параметры, характеризующие поведение углей в процессе термического воздействия на них.

Для обозначения сортов углей, предназначаемых для использования в теплоэнергетике используют следующую схему: Сорт = <марка> + <размер-кусков>

Глава IV. Виды и характеристика топлива, применяемого в печах

§ 11. Общие сведения

Для топки печей применяют твердое, жидкое и газообразное топливо. Наиболее распространено твердое топливо - дрова, торф, каменный уголь. Различные виды жидкого топлива (соляровое масло, мазут, керосин), используют главным образом в местности, где их добывают или производят. Природный газ в последние годы применяется все больше.

Выбор топлива для комнатных печей определяется главным образом наличием его в данной местности, удобством применения в домашних условиях, а также его теплотворной способностью. Теплотворной способностью топлива называется количество тепла, выделяемого при сжигании 1 кг твердого, жидкого или 1 м 3 газообразного топлива. Размерность этой единицы для жидкого и твердого топлива - ккал/кг, а для газообразного - ккал/м 3 .

Теплотворная способность каждого вида топлива зависит от его горючих составляющих, а также от зольности и влажности топлива. Чем больше процентное содержание горючих элементов в топливе, тем выше его теплотворная способность. Наоборот, чем больше влажность и выше зольность топлива, тем ниже его теплотворная способность.

Основные горючие составляющие любого топлива - углерод, водород и летучая горючая сера. Углерод в чистом виде представляет собой твердое вещество черного цвета, водород - горючий газ, не имеющий ни цвета, ни запаха. В состав топлива входит еще кислород и азот, а также минеральные вещества, из которых после сгорания топлива образуется зола и шлак. Содержится в топливе и вода.

Минеральные вещества, вода и азот не принимают участия в горении, составляя так называемый балласт топлива.

Ниже приведены средние значения теплотворной способности различных видов топлива.

§ 12. Твердое топливо

Дрова - наиболее распространенный вид твердого топлива для комнатных печей и кухонных очагов. Теплотворная способность дров зависит от их влажности. Сухие дрова легко загораются. При горении они развивают более высокую температуру, чем сырые, следовательно, дают больше тепла.

Теплотворная способность дров различных пород древесины на единицу массы (1 кг) практически одинакова. Однако на единицу объема (1м 3) дрова более плотной и тяжелой древесины дают значительно больше тепла, например березовые дрова дают на 20-25% больше тепла, чем осиновые, и на 15-18% больше, чем сосновые.

Заготовляют дрова в виде поленьев определенной длины: 35; 50; 75 и 100 см. Толщина расколотых поленьев 6-8 см.

Торф представляет собой остатки перегнивших растительных веществ. По способу добычи различают торф резной, кусковой, прессованный (в форме брикетов) и фрезерный (в виде торфяной крошки). Влажность кускового торфа, которым чаще всего пользуются для отопления, колеблется от 25 до 40%. По своему химическому составу и теплотворной способности торф приближается к дровам, но имеет большую зольность.

В безлесных местностях, где нет ни торфяников, ни каменного угля, печи топят кизяком - высушенными на воздухе плитками из навоза и соломы. По внешнему виду, химическому составу, способности рассыпаться в сухом виде кизяк сходен с торфом низших сортов. Как и торф, кизяк содержит много влаги. Его рекомендуется сжигать в таких же топливниках, что и торф.

Каменный уголь залегает пластами в недрах земли, иногда на очень большой глубине. По химическому составу каменный уголь представляет собой в основном соединение углерода и водорода. Ценность каменного угля в его высокой теплотворной способности.

Каменный уголь подразделяется на следующие виды: уголь богатый летучими веществами и малозольный (газовый); уголь бедный летучими веществами и малозольный (антрацит); уголь многозольный с большим количеством влаги (подмосковный уголь, сланцы). Для каждого из видов угля топливник должен иметь свои особенности, однако во всех случаях топливник для сжигания твердого топлива должен быть оборудован колосниковой решеткой.

§ 13. Жидкое и газообразное топливо

Жидкое топливо. К жидкому топливу, используемому для сжигания в печах и очагах, относятся сырая нефть и нефтяные остатки, которые получают на местах ее добычи, а также продукты переработки нефти, более легкие сорта нефтяного топлива (соляровое масло, керосин).

Плотность легких сортов нефтяного топлива около 0,8 г/см 3 ; тяжелых - 0,9 г/см 3 . Плотность мазута от 0,9 до 0,93 г/см 3 . Содержание серы в мазуте незначительно - от 0,5 до 0,8%. Теплотворная способность всех перечисленных видов жидкого топлива примерно одна и та же и равна 10000 ккал/кг.

Крупные котельные установки в большинстве случаев переведены на жидкое топливо. В домовых мелких очагах и бытовых печах сжигание мазута и других видов нефтяного топлива происходит до сих пор весьма примитивно и неудовлетворительно. Горение сопровождается обильным выделением черной копоти, которая проникает и распространяется по всему помещению, при этом она загрязняет воздух и комнатную обстановку. В последнее время начинают входить в употребление безнапорные горелки на жидком топливе.

Газообразное топливо. К газообразному топливу относится природный и искусственный газ.

Различают два способа получения природного газа: из газовых месторождений, содержащих газ без нефтяных добавок (Шебалинское, Ставропольское, Саратовское, Дашавское, Ухтинское месторождения); из месторождений жидких нефтяных источников в сопровождении горючего газа (Баку, Грозный, Майкоп, Ишимбаево и т. д.).

Природный газ, теплотворная способность которого высокая и равна 8500 ккал/м 3 , экономически целесообразно транспортировать на значительные расстояния.

В химический состав природных газов входят как горючие части - метан (СН 4), водород (Н 2) и окись углерода (СО) - так и негорючие, которые называются балластом - азот (N 2) и углекислота (СО 2). Один из наиболее часто встречающихся газов входящих в состав природных горючих газов, - метан (СН 4). Теплотворная способность метана 8500 ккал/м 3 .

Особенностью другого газа - бутана (С 4 Н 10), входящего также в состав горючих газов, является то, что он при нормальном атмосферном давлении и минусовой температуре (-10°С) переходит в жидкое состояние.

Природные газы ядовиты и не имеют запаха, поэтому для быстрого обнаружения их в воздухе к газам перед подачей их в городскую сеть подмешивают пары жидкостей, обладающих резким запахом.

Искусственный газ, реже применяемый в быту, получают из твердого топлива в специальных газогенераторных установках. Теплотворная способность искусственного газа значительно ниже теплотворной способности природного газа и равна примерно 1400 ккал/м 3 .