Реферат на тему Спалення горючих копалин - Хімія - Реферати - Каталог статей

Реферат на тему Спалення горючих копалин. Паливо повинно відповідати наступним вимогам: 1. низька вартість добування; 2. низька вартість транспорту; 3. зручність застосування; 4. можливість використання з високим коефіцієнтом корисної дії (ККД); 5. малий вміст шкідливих домішок. Тверді і рідкі горючі копалини складаються, в основному, з вуглецю, водню, кисню, сірки, азоту, мінеральних компонентів і вологи. Газоподібне паливо характеризується складом і кількістю газів, що входять в нього (метан, етан, пропан, бутан, оксид вуглецю, водень, бензол, сірководень і інше). Паливо характеризується декількома основними теплотехнічними показниками, головним з яких є теплота згоряння. Процес горіння палива полягає в повному або неповному окисненні його вуглецю, водню і сірки з виділенням певної кількості тепла. Кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг або 1 м3 палива, називають теплотою його згоряння. Кількість теплоти вимірюється в теплових одиницях калоріях. 1 кал відповідає кількості теплоти, необхідної для нагрівання 1 г дистильованої води від 19,5 до 20,5 0С при 760 мм рт. ст. Оскільки теплота є видом енергії, здатної виконувати роботу, то вона в системі СІ виражається загальною для всіх видів енергії одиницею - Джоулем (Дж), який рівний добутку сили 1 Н на шляху 1 м. 1кал=4,1868 Дж"4,19 Дж. Вища теплота згоряння - кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг або 1 м3 робочого палива за умови, що водень, що міститься в ньому згоряє з утворенням води. Нижча теплота згоряння - кількість тепла, що виділяється 1 кг або 1м3 робочого палива, з урахуванням згоряння водню у водяну пару і випаровування вологи, палива. Нижча теплота згоряння відрізняється від вищої на кількість тепла, що затрачується на випаровування вологи, що міститься в паливі і що утворюється при згорянні водню: ккал/кг= кДж/кг, де WP і HP дані в % по вазі. Нижчу теплоту згоряння використовують для підрахунку потреби в паливі і його вартості, при складанні теплових балансів і визначенні ККД установок, що використовують паливо. Для зіставлення різних видів палива і підрахунку потреби в пальному введене поняття про умовне паливо. Умовне паливо характеризується нижчою теплотою згоряння, рівною 7000 ккал/кг або 29330 кДж/кг. Визначення теплоти згоряння палива засноване на спаленні його наважки в кисні і поглинанні тепла, що виділилося водою в калориметрі. Спалення палива здійснюється в калориметричній бомбі, що являє собою циліндричну товстостінну стальну склянку місткістю біля 300 мл з стальною кришкою, що загвинчується на щільну різь. У залежності від вигляду палива його спалюють за одним з вказаних нижче методів. 1. Торф, буре, кам'яне вугілля і інші види палива, що піддаються брикетуванню, спалюють у вигляді брикетів. 2. Паливо із зольністю понад 35 % і небрекетоване (антрацит, кам'яне вугілля, кокс і ін.) спалюють у вигляді порошку. 3. Мазут і інші важкі вуглеводні наливають безпосередньо в чашечку для спалення. 4. Легкі нафтопродукти спалюють в спеціальній чашечці з нержавіючої сталі, яка зверху заклеюється спеціально приготованою колодієвою плівкою. 5. Визначення теплоти згоряння газу проводять у самоущільненій калориметричній бомбі, в якій 300 мл газу змішують з шестикратним об'ємом кисню і спалюють при тиску 0,8 МПа. При спаленні палива в калориметричній бомбі в атмосфері кисню під тиском відбувається окиснення сірки не в SO2, як це має місце при спаленні на повітрі, а в SO3, яке створює з водою кислоту H2SO4. Крім того, азот палива згоряє в атмосфері кисню в присутності води до HNO3. При підрахунку вищої теплоти згоряння із теплоти згоряння в бомбі Qб віднімають теплоту утворення сірчаної і азотної кислот. Теплотехнічні властивості палива характеризуються також такими параметрами як максимальна ентальпія (тепломісткість) продуктів згоряння і жаропродуктивність. Максимальна ентальпія Iс.г сухих газів - це нижча теплота згоряння, віднесена до 1 м3 продуктів повного згоряння, отриманих при спаленні палива в теоретично необхідному об'ємі повітря, що не містять водяної пари , кДж/м3. де: Vс.г. -- кількість продуктів згорання сухих газів, м3. Значення максимальної ентальпії сухих газів (табл. 2.23) коливається від 3352 до 4190 кДж/м3 сухих продуктів згоряння. Максимальна ентальпія (тепломісткість) продуктів згоряння Iг - це нижча теплота згоряння, віднесена до 1 м3 продуктів повного згоряння, отриманих при спаленні палива в теоретично необхідному об'ємі повітря і що містять водяну пару: , кДж/м3. де: Vг. -- кількість продуктів згорання вологих газів, м3. Жаропродуктивність (tmax) - це максимальна температура, що розвивається при повному згорянні палива в теоретично необхідному об'ємі повітря при температурі палива і повітря, рівній 0 0С , 0Сде - об'ємна теплоємність продуктів згоряння палива в інтервалі температур від 0 до tmax, кДж/м3К. Жаропродуктивність палива визначає ефективність його застосування у високотемпературних процесах. Розрізнюють жаропродуктівність палива, підраховану: а)без урахування вмісту вологи в повітрі і нагріву золи палива tmax; б)з урахуванням вмісту в повітрі 1 % вологи - ; в)з урахуванням вмісту в повітрі 1 % вологи, а також розплавлення і нагріву мінеральних речовин в паливі до температури його горіння - . Відмінність між величиною і tmax складає біля 30 0С. використовують при підрахунку температури горіння сланців і високозольного вугілля. У залежності від величини tmax паливо поділяють на дві групи: високої (tmax > 2000 0С) і зниженої жаропродуктивності (tmax < 2000 0С). До першої групи відносять збагачене паливо з малим вмістом вологи, рідке паливо і газоподібне паливо з малим вмістом азоту і двоокису вуглецю, а до другої - тверде паливо з високою вологістю або дуже високою зольністю (горючі сланці) і газоподібне паливо з високим вмістом азоту і двоокису вуглецю (доменний, повітряний, змішаний генераторний гази, гази підземної газифікації). У високотемпературних процесах використовується паливо першої групи, а в низькотемпературній області (парові і водогрійні котли, сушарки) використовується і те, і інше паливо. Співвідношення об'ємів сухих продуктів повного згоряння в теоретично необхідній кількості повітря і вологих продуктів (що містять водяну пару), що утворюється внаслідок згоряння водню і випаровування вологи, позначають буквою В. Величину В використовують в підрахунках тепла продуктів згоряння і втрат тепла з витікаючими газами. Значення В меншає із збільшенням вмісту в паливі водню і вологи (таблиця 2.23). Таблиця 2.23 - Найважливі теплотехнічні характеристики палив Паливо Hdaf, % Wp, % Ap, % , МДж/м3 (газ), МДж/кг , МДж/м3 (газ), МДж/кг Жаропродукти-вність tmax, °С Максимальна ентальпія Iг, кДж/м3 В Водень Природний газ Зріджений газ Бензин Гас Мазут Дрова Торф грудковий Буре вугілля: Челябінське Підмосковне Олександрійське Кам'яне вугілля: Довгополуменеве Пісне Антрацит Вуглець 100 25 18 15 14 11 6 6 5,2 5,0 6,0 5,5 4,2 1,8 0 - - - - - 3 40 40 17 33 53 13 5 5 - - - - - - - 0,6 7,0 25,0 23,0 14,0 20,0 15,0 13,0 - 12,8 39,8 100,6 44,0 43,2 40,6 10,2 10,7 15,8 10,5 6,9 21,5 28,3 27,7 33,9 11,7 35,6 92,2 44,0 43,2 40,6 10,2 10,7 15,8 10,5 6,9 20,3 27,4 27,2 33,9 - 2010 2080 2090 2100 1610 1630 1970 1720 1680 2050 2120 2150 - 4190 4190 4100 4060 4020 3350-3770 3350-3770 3850 3640 3560 3930 3890 3810 - 0,81 0,86 0,86 0,83 0,75 0,77 0,87 0,80 0,78 0,89 0,93 0,95 Теплоту згоряння палива можна визначати калориметричним методом або приблизно за емпіричними формулами. Вищу і нижчу теплоту згоряння можна визначати за формулами Д.І.Менделеєва: , кДж/кг, , кДж/кг, де СР, HP, OP, SP, WP - вміст в паливі вуглецю, водню, кисню, горючої сірки і вологи, %; 339 - теплота згоряння 1 % вуглецю, кДж/кг; 1256 - теплота згоряння 1 % водню, що міститься в твердому і рідкому паливі, водяна пара, кДж/кг; 109 - теплота згоряння 1 % горючої сірки, кДж/кг; 109 - зниження теплоти згоряння палива внаслідок вмісту в ньому 1 % кисню, кДж/кг; 25 - зниження теплоти згоряння палива внаслідок витрати тепла на випаровування 1 % вологи, що міститься в паливі (WP) або що утворюється при згорянні водню (9 HP), кДж/кг. За рубежем для підрахунку теплоти згоряння кам'яного вугілля використовують формулу Дюлонга і близькі до неї: , кДж/кг. Вищу і нижчу теплоту згоряння газоподібного палива, склад якого виражений в % по об'єму, підраховують виходячи з теплот згоряння горючих компонентів: , кДж/м3, , кДж/м3. При підрахунку теплоти згоряння газоподібного палива зі значним вмістом в ньому неграничних вуглеводнів можлива похибка, зумовлена коливаннями в складі неграничних вуглеводнів, що визначаються спільно поглинанням бромною водою або іншими реагентами. Для розрахунку об'ємів повітря, необхідного для згоряння палива, і продуктів згоряння необхідно мати в своєму розпорядженні дані про склад палива. При розрахунку об'єму повітря, необхідного для згоряння твердого і рідкого палива, елементний склад яких виражений в процентах по масі, і об'єму що утворюються при спаленні палива продуктів згоряння користуються рівняннями горіння вуглецю, сірки і водню, тобто горючих компонентів палива: С + О2 = СО2, 12 кг 32 кг 44 кг S + О2 = SО2, 32кг 32 кг 64 кг Н2 + О = Н2О. 2кг 16кг 18 кг Кількість кисню повітря, яка необхідна для повного згоряння 1 кг палива, підраховують за формулою:, кг/кг, кількість сухого повітря, необхідного для згоряння 1 кг палива складає: , кг/кг. Об'єм повітря, теоретично необхідного для спалення 1 кг палива, складає: , м3/кг. Паливо звичайно спалюють з деяким надлишком повітря з метою забезпечення повноти згоряння. Відношення об'єму повітря, що поступає з топку, до теоретично необхідної його кількості називають коефіцієнтом витрати або надлишку повітря. Сумарний об'єм продуктів згоряння, що утворюється при повному згорянні палива в стехіометричному об'ємі повітря, складає: , м3/кг де , м3/кг; , м3/кг; , м3/кг; , м3/кг. Об'єми кисню, необхідного для спалення газоподібного палива і продуктів згоряння, що утворюються, підраховують на основі рівнянь горіння компонентів, що входять до складу палива. Об'єм кисню, необхідний для спалення 1 м3 газу визначають за формулою: , м3/м3. Теоретичний об'єм повітря, необхідний для спалення газу, підраховують з урахуванням вмісту в повітрі 21 % кисню за об'ємом: , м3/м3. Сумарний об'єм вологи продуктів повного згоряння при спаленні 1 м3 газоподібного палива складає: , м3/м3 де м3/м3 , м3/м3; , м3/м3, м3/м3; де СО, СН4 і т.д. - вміст в газі оксиду вуглецю, що спалюється, метану і ін. компонентів, % об'єм.; d - вміст вологи в газі, г/м3; a - коефіцієнт надлишку повітря; 1,6 - коефіцієнт, що враховує наявність в повітрі 1 % вологи (0,016 м3 на 1 м3 сухого повітря). Продукти повного згоряння палива при спаленні його в стехіометричному об'ємі повітря складаються з СО2, SO2, H2O і N2. Співвідношення між ними залежить від складу горючої маси палива і вмісту в ньому баласту, який переходить в продукти згоряння, тобто Н2О в твердому і N2 і СО2 в газоподібному паливі. Таблиця 2.24 Основні характеристики реакцій горіння і границі запалення деяких газів Газ Формули реакцій з киснем Теплота згоряння, МДж/м3 Витрата повітря для спалювання, м3/м3 Температура запалення, °С Вища Нища Водень Оксид вуглецю Метан Етан Пропан Бутан Пентан Етилен Пропилен Бутилен Пєнтилен Ацетилен Н2+0,5О2=Н2О СО+0,5О2=СО2 СН4+2О2=СО2+2Н2О С2Н4+3,5О2=2СО2+3Н2О С3Н8+5О2=3СО2+4Н2О С4Н10+6,5О2=4СО2+5Н2О С5Н12+8О2=5СО2+6Н2О С2Н4+3О2=2СО2+2Н2О С3Н6+4,5О2=3СО2+3Н2О С4Н8+6,0О2=4СО2+4Н2О С5Н10+7,5О2=5СО2+5Н2О С2Н2+2,5О2=2СО2+Н2О 12,8 12,6 38,82 70,3 101,2 133,8 169,3 63,0 91,7 121,4 150,7 58,0 11,7 12,0 35,9 64,4 93,2 123,6 156,6 59,1 86,0 113,5 140,9 58,0 2,38 2,38 9,52 16,66 23,80 30,94 38,08 14,28 21,42 28,56 35,70 11,90 410 610 545 530 504 430 284 510 455 440 298 335 ЛІТЕРАТУРA 1. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К.: Наукова думка. 2. Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984. 3. Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с. 4. Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с. 5. Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.-- М. Недра 1980.-- 256 с. 6. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых.-- К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.-- 255 с. 7. Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. -- М. : Недра, 1980. -- 266 с. 8. Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.-- М : Недра, 1975.-- 159 с. 9. Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.--М. : Недра, 1978.--231 с. 10. Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.-- К. : Наук. думка, 1982.-- 166 с. 11. Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений.-- 3-е изд., перераб. и доп.-- М. : Химия, 1976.-- 436 с.
1 2 3 4 5 Категория: Хімія \| Добавил: Aspirant (03.05.2013)
Просмотров: 426 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: