Najniža kaloričnost goriva je prirodni plin. Kalorična vrijednost plinova

FIZIKALNA I KEMIJSKA SVOJSTVA PRIRODNIH PLINOVA

U prirodni plinovi bez boje, mirisa, okusa.

Glavni pokazatelji prirodnih plinova su: sastav, kalorična vrijednost, gustoća, temperatura izgaranja i paljenja, granice eksplozivnosti i tlak eksplozije.

Prirodni plinovi iz polja čistog plina uglavnom se sastoje od metana (82-98%) i drugih ugljikovodika.

Gorivi plin sadrži zapaljive i nezapaljive tvari. Zapaljivi plinovi su: ugljikovodici, vodik, sumporovodik. Nezapaljivi plinovi su: ugljični dioksid, kisik, dušik i vodena para. Sastav im je nizak i iznosi 0,1-0,3% C0 2 i 1-14% N 2. Nakon ekstrakcije iz plina se uklanja otrovni plin sumporovodik, čiji sadržaj ne smije biti veći od 0,02 g/m3.

Toplina izgaranja je količina topline koja se oslobodi pri potpunom izgaranju 1 m3 plina. Toplina izgaranja mjeri se u kcal/m3, kJ/m3 plina. Kalorična vrijednost suhog prirodnog plina je 8000-8500 kcal/m3.

Vrijednost izračunata omjerom mase tvari i njezina volumena naziva se gustoća tvari. Gustoća se mjeri u kg/m3. Gustoća prirodnog plina u potpunosti ovisi o njegovom sastavu i kreće se u rasponu c = 0,73-0,85 kg/m3.

Najvažnija značajka bilo kojeg zapaljivog plina je toplinski učinak, tj. maksimalna temperatura postignuta pri potpunom izgaranju plina, ako potrebna količina zraka za izgaranje točno odgovara kemijskim formulama izgaranja, a početna temperatura plina i zraka je nula.

Toplinska snaga prirodnih plinova je oko 2000 -2100 °C, metana - 2043 °C. Stvarna temperatura izgaranja u ložištima znatno je niža od toplinskog učinka i ovisi o uvjetima izgaranja.

Temperatura paljenja je temperatura smjese zrak-gorivo pri kojoj se smjesa zapali bez izvora paljenja. Za prirodni plin je u rasponu od 645-700 °C.

Svi zapaljivi plinovi su eksplozivni i mogu se zapaliti ako su izloženi otvorenom plamenu ili iskri. razlikovati donja i gornja koncentracijska granica širenja plamena , tj. donja i gornja koncentracija pri kojoj je moguća eksplozija smjese. Donja granica eksplozivnosti plinova je 3÷6%, gornja 12÷16%.

Granice eksplozivnosti.

Smjesa plina i zraka koja sadrži sljedeću količinu plina:

do 5% - ne svijetli;

od 5 do 15% - eksplodira;

više od 15% - gori kada se dovodi zrak.

Tlak tijekom eksplozije prirodnog plina je 0,8-1,0 MPa.

Svi zapaljivi plinovi mogu uzrokovati trovanje ljudskog tijela. Glavne otrovne tvari su: ugljikov monoksid (CO), sumporovodik (H 2 S), amonijak (NH 3).

Prirodni plin nema mirisa. Kako bi se otkrilo curenje plin se odorizira (odnosno daje mu se specifičan miris). Odorizacija se provodi pomoću etil merkaptana. Odorizacija se provodi na plinskim distribucijskim stanicama (GDS). Kada 1% prirodnog plina uđe u zrak, počinje mirisati. Praksa pokazuje da prosječna količina etil merkaptana za odorizaciju prirodnog plina koji ulazi u gradske mreže treba biti 16 g na 1000 m3 plina.

U usporedbi s krutim i tekućim gorivima, prirodni plin ima brojne prednosti:

Relativna jeftinoća, što je objašnjeno više jednostavan način rudarstvo i transport;

Nema pepela niti ispuštanja krutih čestica u atmosferu;

Visoka vrućina izgaranje;

Nije potrebna priprema goriva za izgaranje;

Olakšava se rad uslužnih radnika i poboljšavaju sanitarno-higijenski uvjeti njihova rada;

Pojednostavljeni su uvjeti za automatizaciju procesa rada.

Zbog mogućih propuštanja kroz nepropusne spojeve i armature plinovoda, korištenje prirodnog plina zahtijeva posebnu pažnju i oprez. Prodor više od 20% plina u prostoriju može dovesti do gušenja, a ako je prisutan u zatvorenom volumenu, od 5 do 15% može izazvati eksploziju mješavine plina i zraka. Nepotpunim izgaranjem nastaje otrov ugljični monoksid CO, koji već u malim koncentracijama dovodi do trovanja servisnog osoblja.

Prema podrijetlu prirodni plinovi se dijele u dvije skupine: suhi i masni.

Suha plinovi su plinovi mineralnog porijekla i nalaze se u područjima povezanim sa sadašnjom ili prošlom vulkanskom aktivnošću. Suhi plinovi sastoje se gotovo isključivo od metana s neznatnim sadržajem balastnih komponenti (dušik, ugljični dioksid) i imaju ogrjevnu vrijednost Qn=7000÷9000 kcal/nm3.

Mast plinovi prate naftna polja i obično se nakupljaju u gornjim slojevima. Mokri plinovi su po svom podrijetlu bliski nafti i sadrže mnogo lako kondenzirajućih ugljikovodika. Kalorijska vrijednost tekući plinovi Qn=8000-15000 kcal/nm3

Prednosti plinovitog goriva uključuju jednostavnost transporta i izgaranja, odsutnost pepela i vlage te značajnu jednostavnost opreme kotla.

Zajedno s prirodni plinovi koriste se i umjetni zapaljivi plinovi dobiveni pri preradi kruta goriva, ili kao rezultat rada industrijskih postrojenja kao otpadni plinovi. Umjetni plinovi se sastoje od zapaljivih plinova nepotpunog izgaranja goriva, balastnih plinova i vodene pare i dijele se na bogate i siromašne, s prosječnom kalorijskom vrijednošću od 4500 kcal/m3 odnosno 1300 kcal/m3. Sastav plinova: vodik, metan, ostali ugljikovodični spojevi CmHn, sumporovodik H 2 S, nezapaljivi plinovi, ugljikov dioksid, kisik, dušik i mala količina vodene pare. Balast – dušik i ugljikov dioksid.

Dakle, sastav suhog plinovitog goriva može se predstaviti kao sljedeća mješavina elemenata:

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

Sastav vlažnog plinovitog goriva izražava se kako slijedi:

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

Toplina izgaranja suha plinovito gorivo kJ/m3 (kcal/m3) po 1 m3 plina u normalnim uvjetima određuje se kako slijedi:

Qn= 0,01,

Gdje je Qi toplina izgaranja odgovarajućeg plina.

Kalorijska vrijednost plinovitog goriva data je u tablici 3.

Eksplozivni plin nastale tijekom taljenja lijevanog željeza visoke peći. Njegov prinos i kemijski sastav ovise o svojstvima punjenja i goriva, načinu rada peći, metodama intenzifikacije procesa i drugim čimbenicima. Izlaz plina kreće se od 1500-2500 m 3 po toni lijevanog željeza. Udio nezapaljivih komponenti (N 2 i CO 2 ) u plinu visoke peći je oko 70%, što određuje njegovu nisku toplinsku učinkovitost ( niža toplina izgaranje plina je 3-5 MJ/m 3).

Kod izgaranja plina visoke peći maksimalna temperatura produkata izgaranja (bez uzimanja u obzir toplinskih gubitaka i potrošnje topline za disocijaciju CO 2 i H 2 O) iznosi 400-1500 0 C. Ako se plin i zrak zagrijavaju prije izgaranja , temperatura produkata izgaranja može se značajno povećati.

Plin od ferolegura nastaje tijekom taljenja ferolegura u pećima za redukciju rude. Plin koji se ispušta iz zatvorenih peći može se koristiti kao gorivo SER (sekundarni energetski resursi). U otvorenim pećima, zbog slobodnog pristupa zraka, plin gori na vrhu. Prinos i sastav plina od ferolegura ovisi o stupnju taljenja

legura, sastav šarže, način rada peći, njena snaga itd. Sastav plina: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, O2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

Pretvarač plina nastali tijekom taljenja čelika u kisikovim konvertorima. Plin se uglavnom sastoji od ugljikovog monoksida, njegov prinos i sastav značajno variraju tijekom taljenja. Nakon pročišćavanja, sastav plina je otprilike sljedeći: 70-80% CO; 15-20% CO2; 0,5-0,8% O2; 3-12% N 2. Toplina izgaranja plina je 8,4-9,2 MJ/m 3. Maksimalna temperatura izgaranja doseže 2000 0 C.

Koksni plin nastali tijekom koksiranja smjese ugljena. U crnoj metalurgiji koristi se nakon ekstrakcije kemijskih proizvoda. Sastav koksnog plina ovisi o svojstvima ugljene šarže i uvjetima koksiranja. Volumni udjeli komponenti u plinu su unutar sljedećih granica, %: 52-62H 2 ; 0,3-0,6 O2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO 2 . Toplina izgaranja je 17-17,6 MJ/m^3, maksimalna temperatura produkata izgaranja je 2070 0 C.

5. TOPLINSKA BILANSA IZGARANJA

Razmotrimo metode za izračunavanje toplinske bilance procesa izgaranja plinovitih, tekućih i krutih goriva. Proračun se svodi na rješavanje sljedećih problema.

· Određivanje topline izgaranja (kalorične vrijednosti) goriva.

· Određivanje teorijske temperature izgaranja.

5.1. TOPLINA IZGARANJA

Kemijske reakcije popraćene su oslobađanjem ili apsorpcijom topline. Kada se toplina oslobađa, reakcija se naziva egzotermna, a kada se toplina apsorbira, endotermna. Sve reakcije izgaranja su egzotermne, a produkti izgaranja su egzotermni spojevi.

Toplina koja se oslobađa (ili apsorbira) tijekom kemijske reakcije naziva se toplina reakcije. U egzotermnim reakcijama je pozitivan, u endotermnim reakcijama je negativan. Reakcija izgaranja uvijek je popraćena oslobađanjem topline. Toplina izgaranja Q g(J/mol) je količina topline koja se oslobađa pri potpunom izgaranju jednog mola tvari i pretvaranju zapaljive tvari u produkte potpunog izgaranja. Mol je osnovna SI jedinica količine tvari. Jedan mol je količina tvari koja sadrži isti broj čestica (atoma, molekula itd.) koliko ima atoma u 12 g izotopa ugljika-12. Masa količine tvari jednake 1 molu (molekularna ili molarna masa) numerički se podudara s relativnom molekulskom masom ove tvari.

Na primjer, relativna molekularna težina kisika (O 2) je 32, ugljičnog dioksida (CO 2) je 44, a odgovarajuće molekulske mase bit će M = 32 g/mol i M = 44 g/mol. Tako jedan mol kisika sadrži 32 grama ove tvari, a jedan mol CO 2 sadrži 44 grama ugljičnog dioksida.

U tehničkim proračunima najčešće se ne koristi toplina izgaranja. Q g, i kalorična vrijednost goriva Q(J/kg ili J/m 3). Kalorijska vrijednost tvari je količina topline koja se oslobodi pri potpunom izgaranju 1 kg ili 1 m 3 tvari. Za tekuće i čvrste tvari obračun se vrši po 1 kg, a za plinovite tvari - po 1 m 3.

Poznavanje topline izgaranja i kalorične vrijednosti goriva potrebno je za izračunavanje temperature izgaranja ili eksplozije, tlaka eksplozije, brzine širenja plamena i drugih karakteristika. Kalorična vrijednost goriva određuje se eksperimentalno ili računski. Pri eksperimentalnom određivanju kalorične vrijednosti zadana masa krutog ili tekućeg goriva spaljuje se u kalorimetrijskoj bombi, a kod plinovitog goriva u plinskom kalorimetru. Ovi instrumenti mjere ukupnu toplinu Q 0 koji se oslobađa tijekom izgaranja uzorka goriva vaganja m. Kalorijska vrijednost Q g nalazi se formulom

Odnos između topline izgaranja i
kalorična vrijednost goriva

Za uspostavljanje veze između topline izgaranja i kalorične vrijednosti tvari potrebno je napisati jednadžbu kemijske reakcije izgaranja.

Produkt potpunog izgaranja ugljika je ugljični dioksid:

C+O2 → CO2.

Produkt potpunog izgaranja vodika je voda:

2H 2 +O 2 → 2H 2 O.

Produkt potpunog izgaranja sumpora je sumporni dioksid:

S +O 2 → SO 2.

U ovom slučaju, dušik, halogeni i drugi nezapaljivi elementi oslobađaju se u slobodnom obliku.

Zapaljiva tvar – plin

Kao primjer, izračunajmo ogrjevnu vrijednost metana CH 4, za koji je toplina izgaranja jednaka Q g=882.6 .

· Odredimo molekulsku težinu metana prema njegovoj kemijskoj formuli (CH 4):

M=1∙12+4∙1=16 g/mol.

· Odredimo ogrjevnu vrijednost 1 kg metana:

· Nađimo volumen 1 kg metana, znajući njegovu gustoću ρ=0,717 kg/m3 u normalnim uvjetima:

.

· Odredimo ogrjevnu vrijednost 1 m 3 metana:

Kalorična vrijednost svih zapaljivih plinova određuje se na sličan način. Za mnoge uobičajene tvari, toplina izgaranja i kalorijske vrijednosti izmjerene su s visokom točnošću i navedene su u relevantnoj referentnoj literaturi. Evo tablice kalorijskih vrijednosti nekih plinovitih tvari (tablica 5.1). Veličina Q u ovoj tablici dano je u MJ/m 3 iu kcal/m 3, budući da se 1 kcal = 4,1868 kJ često koristi kao jedinica za toplinu.

Tablica 5.1

Kalorična vrijednost plinovitih goriva

Supstanca			Acetilen
Q

Zapaljiva tvar - tekuća ili kruta

Kao primjer, izračunajmo ogrjevnu vrijednost etilnog alkohola C 2 H 5 OH, za koji je toplina izgaranja Q g= 1373,3 kJ/mol.

· Odredimo molekulsku težinu etilnog alkohola prema njegovoj kemijskoj formuli (C 2 H 5 OH):

M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.

Odredimo kaloričnu vrijednost 1 kg etilnog alkohola:

Kalorijska vrijednost svih tekućih i krutih zapaljivih tvari određuje se na sličan način. U tablici 5.2 i 5.3 prikazuju kalorične vrijednosti Q(MJ/kg i kcal/kg) za neke tekućine i čvrste tvari.

Tablica 5.2

Kalorična vrijednost tekućih goriva

Supstanca		Metilni alkohol	Etanol			Lož ulje, ulje
Q

Tablica 5.3

Kalorijska vrijednost krutih goriva

Supstanca		Stablo je svježe	Suha drva	Mrki ugljen	Suhi treset	Antracit, koks
Q

Mendeljejeva formula

Ako je kalorična vrijednost goriva nepoznata, tada se može izračunati pomoću empirijske formule koju je predložio D.I. Mendeljejev. Da biste to učinili, morate znati elementarni sastav goriva (ekvivalentna formula goriva), odnosno postotni sadržaj sljedećih elemenata u njemu:

kisik (O);

vodik (H);

Ugljik (C);

Sumpor (S);

Pepeo (A);

Voda (W).

Produkti izgaranja goriva uvijek sadrže vodenu paru, koja nastaje kako zbog prisutnosti vlage u gorivu, tako i tijekom izgaranja vodika. Produkti izgaranja otpada napuštaju industrijsko postrojenje na temperaturi iznad točke rosišta. Stoga se toplina koja se oslobađa pri kondenzaciji vodene pare ne može korisno iskoristiti i ne treba je uzimati u obzir u toplinskim proračunima.

Za izračun se obično koristi donja ogrjevna vrijednost Q n gorivo, koje uzima u obzir gubitke topline s vodenom parom. Za kruta i tekuća goriva vrijednost Q n(MJ/kg) približno se određuje Mendeljejevom formulom:

Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

gdje je u zagradama naveden postotak (tež.%) sadržaja odgovarajućih elemenata u sastavu goriva.

Ova formula uzima u obzir toplinu egzotermnih reakcija izgaranja ugljika, vodika i sumpora (s predznakom plus). Kisik sadržan u gorivu djelomično zamjenjuje kisik u zraku, pa se odgovarajući član u formuli (5.1) uzima s predznakom minus. Kada vlaga isparava, troši se toplina, pa se i odgovarajući član koji sadrži W uzima s predznakom minus.

Usporedba izračunatih i eksperimentalnih podataka o kaloričnoj vrijednosti različitih goriva (drvo, treset, ugljen, nafta) pokazala je da izračun pomoću formule Mendelejeva (5.1) daje pogrešku ne veću od 10%.

Donja ogrjevna vrijednost Q n(MJ/m3) suhih zapaljivih plinova može se s dovoljnom točnošću izračunati kao zbroj umnožaka ogrjevne vrijednosti pojedinih komponenti i njihova postotnog sadržaja u 1 m3 plinovitog goriva.

Q n= 0,108[N 2 ] + 0,126 [SO] + 0,358 [SN 4 ] + 0,5 [S 2 N 2 ] + 0,234 [N 2 S ]…, (5.2)

gdje je u zagradama naveden postotak (volumni %) udjela odgovarajućih plinova u smjesi.

U prosjeku je ogrjevna vrijednost prirodnog plina približno 53,6 MJ/m 3 . U umjetno proizvedenim zapaljivim plinovima sadržaj metana CH4 je neznatan. Glavne zapaljive komponente su vodik H2 i ugljikov monoksid CO. U koksnom plinu, primjerice, sadržaj H2 doseže (55 ÷ 60)%, a donja ogrjevna vrijednost takvog plina doseže 17,6 MJ/m3. Generatorski plin sadrži CO ~ 30% i H 2 ~ 15%, dok je niža kalorična vrijednost generatorskog plina Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. Sadržaj CO i H 2 u plinu visoke peći je manji; veličina Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.

Pogledajmo primjere izračuna kalorijske vrijednosti tvari pomoću formule Mendelejeva.

Odredimo ogrjevnu vrijednost ugljena čiji je elementarni sastav dan u tablici. 5.4.

Tablica 5.4

Elementarni sastav ugljena

· Zamijenimo one dane u tablici. Podaci 5.4 u Mendelejevovoj formuli (5.1) (dušik N i pepeo A nisu uključeni u ovu formulu, jer su inertne tvari i ne sudjeluju u reakciji izgaranja):

Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Odredimo količinu drva za ogrjev potrebnu za zagrijavanje 50 litara vode od 10°C do 100°C, ako se 5% topline oslobođene izgaranjem troši za grijanje, te toplinski kapacitet vode. S=1 kcal/(kg∙deg) ili 4,1868 kJ/(kg∙deg). Elementni sastav ogrjevnog drveta dat je u tablici. 5.5:

Tablica 5.5

Elementarni sastav ogrjevnog drveta

	· Nađimo ogrjevnu vrijednost drva za ogrjev pomoću formule Mendelejeva (5.1): Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. · Odredimo količinu topline utrošenu na zagrijavanje vode pri izgaranju 1 kg drva za ogrjev (uzimajući u obzir činjenicu da se 5% topline (a = 0,05) oslobođene tijekom izgaranja troši na zagrijavanje): Q 2 =a Q n=0,05·17,12=0,86 MJ/kg. · Odredimo količinu drva za ogrjev potrebnu za zagrijavanje 50 litara vode od 10°C do 100°C: kg. Dakle, za zagrijavanje vode potrebno je oko 22 kg drva za ogrjev.

Toplina izgaranja određena je kemijskim sastavom zapaljive tvari. Kemijski elementi sadržani u zapaljivoj tvari označeni su prihvaćenim simbolima S , N , OKO , N , S, a pepeo i voda su simboli A I W odnosno.

Enciklopedijski YouTube

• 1 / 5

  Toplina izgaranja može se povezati s radnom masom zapaljive tvari Q P (\displaystyle Q^(P)), odnosno zapaljivoj tvari u obliku u kojem dospijeva do potrošača; na suhu težinu tvari Q C (\displaystyle Q^(C)); na zapaljivu masu tvari Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), odnosno na zapaljivu tvar koja ne sadrži vlagu i pepeo.

  Postoje viši ( Q B (\displaystyle Q_(B))) i niže ( Q H (\displaystyle Q_(H))) toplina izgaranja.

  Pod, ispod veća kalorična vrijednost razumjeti količinu topline koja se oslobađa pri potpunom izgaranju tvari, uključujući i toplinu kondenzacije vodene pare pri hlađenju produkata izgaranja.

  Donja ogrjevna vrijednost odgovara količini topline koja se oslobađa tijekom potpunog izgaranja, ne uzimajući u obzir toplinu kondenzacije vodene pare. Naziva se i toplina kondenzacije vodene pare latentna toplina isparavanja (kondenzacija).

  Niža i viša kalorijska vrijednost povezane su relacijom: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  gdje je k koeficijent jednak 25 kJ/kg (6 kcal/kg); W je količina vode u zapaljivoj tvari, % (po masi); H je količina vodika u zapaljivoj tvari, % (po masi).

  Izračun kalorijske vrijednosti

  Dakle, viša ogrjevna vrijednost je količina topline koja se oslobađa tijekom potpunog izgaranja jedinice mase ili volumena (za plin) zapaljive tvari i hlađenja produkata izgaranja do temperature rosišta. U proračunima toplinske tehnike, viša ogrjevna vrijednost se uzima kao 100%. Latentna toplina izgaranja plina je toplina koja se oslobađa tijekom kondenzacije vodene pare sadržane u produktima izgaranja. Teoretski, može doseći 11%.

  U praksi nije moguće ohladiti produkte izgaranja do potpune kondenzacije, pa je uveden koncept niže kalorične vrijednosti (QHp), koja se dobiva oduzimanjem od više kalorične vrijednosti topline isparavanja vodene pare sadržane u tvar i one koje nastaju njezinim izgaranjem. Za isparavanje 1 kg vodene pare potrebno je 2514 kJ/kg (600 kcal/kg). Donja kalorična vrijednost određena je formulama (kJ/kg ili kcal/kg):

  Q H P = Q B P − 2514 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(za čvrstu tvar)

  Q H P = Q B P − 600 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(za tekuću tvar), gdje je:

  2514 - toplina isparavanja pri temperaturi od 0 °C i atmosferskom tlaku, kJ/kg;

  H P (\displaystyle H^(P)) I W P (\displaystyle W^(P))- sadržaj vodika i vodene pare u radnom gorivu, %;

  9 je koeficijent koji pokazuje da izgaranje 1 kg vodika u kombinaciji s kisikom proizvodi 9 kg vode.

  Toplina izgaranja je najvažnija karakteristika goriva, jer određuje količinu topline koja se dobiva izgaranjem 1 kg krutog ili tekućeg goriva ili 1 m³ plinovitog goriva u kJ/kg (kcal/kg). 1 kcal = 4,1868 ili 4,19 kJ.

  Donja kalorična vrijednost određuje se eksperimentalno za svaku tvar i predstavlja referentnu vrijednost. Također se može odrediti za čvrste i tekuće materijale, s poznatim elementarnim sastavom, izračunom prema formuli D. I. Mendeljejeva, kJ/kg ili kcal/kg:

  Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 ⋅ H P − 109 ⋅ (O P − S L P) − 25,14 ⋅ (9 ⋅ H P + W P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=339\cdot C^(P)+1256\ cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25,14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))

  Q H P = 81 ⋅ C P + 246 ⋅ H P − 26 ⋅ (O P + S L P) − 6 ⋅ W P (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), Gdje:

  C P (\displaystyle C_(P)), H P (\displaystyle H_(P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), W P (\displaystyle W_(P))- sadržaj ugljika, vodika, kisika, hlapljivog sumpora i vlage u radnoj masi goriva u % (težinski).

  Za usporedne proračune koristi se takozvano konvencionalno gorivo, čija je specifična toplina izgaranja jednaka 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg).

  U Rusiji se toplinski proračuni (na primjer, izračun toplinskog opterećenja za određivanje kategorije prostorije u smislu opasnosti od eksplozije i požara) obično provode s najnižom kalorijskom vrijednošću, u SAD-u, Velikoj Britaniji i Francuskoj - prema do najvišeg. U Velikoj Britaniji i SAD-u, prije uvođenja metričkog sustava, specifična toplina izgaranja mjerila se u britanskim toplinskim jedinicama (BTU) po funti (lb) (1Btu/lb = 2,326 kJ/kg).

  Supstance i materijali	Donja ogrjevna vrijednost Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)), MJ/kg
  Benzin	41,87
  Kerozin	43,54
  Papir: knjige, časopisi	13,4
  Drvo (blokovi W = 14%)	13,8
  Prirodna guma	44,73
  Linoleum od polivinilklorida	14,31
  Guma	33,52
  Staple fiber	13,8
  Polietilen	47,14
  Ekspandirani polistiren	41,6
  Pamuk olabavio	15,7
  Plastični	41,87

  Svaki dan, uključivanjem plamenika na kuhinjskom štednjaku, malo ljudi razmišlja o tome koliko je davno počela proizvodnja plina. U našoj zemlji njegov razvoj započeo je u dvadesetom stoljeću. Prije toga jednostavno se nalazio tijekom vađenja naftnih derivata. Kalorična vrijednost prirodnog plina je toliko visoka da je danas ova sirovina jednostavno nezamjenjiva, a njezini visokokvalitetni analozi još nisu razvijeni.

  Tablica kalorijske vrijednosti pomoći će vam pri odabiru goriva za grijanje vašeg doma

  Značajke fosilnih goriva

  Prirodni plin je važno fosilno gorivo koje zauzima vodeće mjesto u bilancama goriva i energije mnogih zemalja. Kako bi opskrbili gorivom gradove i razna tehnička poduzeća, troše razne zapaljive plinove, jer se prirodni plin smatra opasnim.

  Ekolozi vjeruju da je plin najčišće gorivo, pri sagorijevanju oslobađa mnogo manje otrovnih tvari od ogrjevnog drva, ugljena i nafte. Ovo gorivo ljudi svakodnevno koriste i sadrži aditiv kao što je odorant; dodaje se u opremljenim instalacijama u omjeru od 16 miligrama na 1 tisuću kubnih metara plina.

  Važna komponenta tvari je metan (otprilike 88-96%), ostatak su druge kemikalije:

  • butan;
  • vodikov sulfid;
  • propan;
  • dušik;
  • kisik.

  U ovom videu pogledat ćemo ulogu ugljena:

  Količina metana u prirodnom gorivu izravno ovisi o njegovom depozitu.

  Opisana vrsta goriva sastoji se od ugljikovodičnih i neugljikovodičnih komponenti. Prirodna fosilna goriva prvenstveno su metan, koji uključuje butan i propan. Osim ugljikovodičnih komponenti, opisano fosilno gorivo sadrži dušik, sumpor, helij i argon. Tekuće pare također se nalaze, ali samo u plinskim i naftnim poljima.

  Vrste depozita

  Postoji nekoliko vrsta plinskih naslaga. Podijeljeni su u sljedeće vrste:

  • plin;
  • ulje.

  Njihova prepoznatljiva značajka je sadržaj ugljikovodika. Naslage plina sadrže približno 85-90% sadašnje tvari, naftna polja ne sadrže više od 50%. Preostale postotke zauzimaju tvari poput butana, propana i ulja.

  Veliki nedostatak proizvodnje ulja je njegovo ispiranje raznim aditivima. Sumpor se koristi kao nečistoća u tehničkim poduzećima.

  Potrošnja prirodnog plina

  Butan se troši kao gorivo na benzinskim postajama automobila, a organska tvar koja se zove propan koristi se za punjenje upaljača. Acetilen je vrlo zapaljiva tvar i koristi se u zavarivanju i rezanju metala.

  Fosilna goriva koriste se u svakodnevnom životu:

  • stupci;
  • plinski štednjak;

  Ova vrsta goriva smatra se najjeftinijim i bezopasnim, a jedini nedostatak je ispuštanje ugljičnog dioksida u atmosferu prilikom izgaranja. Znanstvenici diljem planeta traže zamjenu za toplinsku energiju.

  Kalorijska vrijednost

  Kalorična vrijednost prirodnog plina je količina topline koja se stvara kada je jedinica goriva dovoljno sagorjela. Količina topline koja se oslobađa tijekom izgaranja odnosi se na jedan kubni metar uzet u prirodnim uvjetima.

  Toplinski kapacitet prirodnog plina mjeri se sljedećim pokazateljima:

  • kcal/nm3;
  • kcal/m3.

  Postoji visoka i niska kalorijska vrijednost:

  1. visoko. Razmatra toplinu vodene pare koja nastaje tijekom izgaranja goriva.
  2. Niska. Ne uzima u obzir toplinu sadržanu u vodenoj pari, budući da se takve pare ne mogu kondenzirati, već odlaze s produktima izgaranja. Zbog nakupljanja vodene pare stvara količinu topline jednaku 540 kcal/kg. Osim toga, kada se kondenzat ohladi, toplina izlazi od 80 do sto kcal/kg. Općenito, zbog nakupljanja vodene pare nastaje više od 600 kcal/kg, što je razlika između visokog i niskog toplinskog učinka.

  Za veliku većinu plinova koji se troše u sustavu gradske distribucije goriva, razlika je jednaka 10%. Da bi se gradovi opskrbili plinom, njegova ogrjevna vrijednost mora biti veća od 3500 kcal/nm 3 . To se objašnjava činjenicom da se opskrba provodi cjevovodom na velikim udaljenostima. Ako je kalorična vrijednost niska, tada se njegova opskrba povećava.

  Ako je ogrjevna vrijednost prirodnog plina manja od 3500 kcal/nm 3, on se češće koristi u industriji. Ne treba ga transportirati na velike udaljenosti, a sagorijevanje postaje puno lakše. Ozbiljne promjene u kalorijskoj vrijednosti plina zahtijevaju često podešavanje, a ponekad i zamjenu velikog broja standardiziranih plamenika kućnih senzora, što dovodi do poteškoća.

  Ova situacija dovodi do povećanja promjera plinovoda, kao i povećanja troškova za metal, instalaciju mreže i rad. Veliki nedostatak niskokaloričnih fosilnih goriva je veliki sadržaj ugljičnog monoksida, što povećava razinu opasnosti tijekom rada goriva i održavanja cjevovoda, kao i opreme.

  Toplina koja se oslobađa izgaranjem, a koja ne prelazi 3500 kcal/nm 3, najčešće se koristi u industrijskoj proizvodnji, gdje je nije potrebno prenositi na velike udaljenosti i lako stvarati izgaranje.

  Što je gorivo?

  Ovo je jedna komponenta ili mješavina tvari koje su sposobne kemijskih transformacija povezanih s oslobađanjem topline. Različite vrste goriva razlikuju se po količinskom sadržaju oksidansa koji se koristi za oslobađanje toplinske energije.

  U širem smislu, gorivo je nositelj energije, odnosno potencijalna vrsta potencijalne energije.

  Klasifikacija

  Trenutno se vrste goriva dijele prema agregatnom stanju na tekuće, kruto i plinovito.

  Prirodni tvrdi materijali uključuju kamen, ogrjevno drvo i antracit. Briketi, koks, termoantracit su vrste umjetnog krutog goriva.

  Tekućine uključuju tvari koje sadrže tvari organskog podrijetla. Njihove glavne komponente su: kisik, ugljik, dušik, vodik, sumpor. Umjetno tekuće gorivo bit će razne smole i loživo ulje.

  To je mješavina raznih plinova: etilena, metana, propana, butana. Osim njih, plinovito gorivo sadrži ugljikov dioksid i ugljikov monoksid, sumporovodik, dušik, vodenu paru i kisik.

  

  Indikatori goriva

  Glavni pokazatelj izgaranja. Formula za određivanje kalorične vrijednosti razmatra se u termokemiji. emitiraju “standardno gorivo”, što podrazumijeva ogrjevnu vrijednost 1 kilograma antracita.

  Lož ulje za kućanstvo namijenjeno je za izgaranje u uređajima za grijanje male snage koji se nalaze u stambenim prostorijama, generatorima topline koji se koriste u poljoprivredi za sušenje stočne hrane, konzerviranje.

  Specifična toplina izgaranja goriva je veličina koja pokazuje količinu topline koja nastaje pri potpunom izgaranju goriva obujma 1 m 3 ili mase jednog kilograma.

  Za mjerenje ove vrijednosti koriste se J/kg, J/m3, kalorija/m3. Za određivanje topline izgaranja koristi se kalorimetrijska metoda.

  S povećanjem specifične topline izgaranja goriva, specifična potrošnja goriva se smanjuje, a učinkovitost ostaje nepromijenjena.

  Toplina izgaranja tvari je količina energije koja se oslobađa tijekom oksidacije čvrste, tekuće ili plinovite tvari.

  Određen je kemijskim sastavom, kao i agregatnim stanjem zapaljive tvari.

  

  Značajke produkata izgaranja

  Više i niže kalorijske vrijednosti povezane su sa stanjem agregacije vode u tvarima dobivenim nakon izgaranja goriva.

  Viša ogrjevna vrijednost je količina topline koja se oslobađa tijekom potpunog izgaranja tvari. Ova vrijednost također uključuje toplinu kondenzacije vodene pare.

  Najniža radna toplina izgaranja je vrijednost koja odgovara oslobađanju topline pri izgaranju bez uzimanja u obzir topline kondenzacije vodene pare.

  Latentna toplina kondenzacije je količina energije kondenzacije vodene pare.

  

  Matematički odnos

  Više i niže kalorijske vrijednosti povezane su sljedećim odnosom:

  QB = QH + k(W + 9H)

  gdje je W maseni udio (u %) vode u zapaljivoj tvari;

  H je količina vodika (% po masi) u zapaljivoj tvari;

  k - koeficijent jednak 6 kcal / kg

  

  Metode izvođenja proračuna

  Više i niže kalorične vrijednosti određuju se s dvije glavne metode: računskom i eksperimentalnom.

  Kalorimetri se koriste za izvođenje eksperimentalnih izračuna. Prvo se u njemu sagori uzorak goriva. Toplinu koja će se osloboditi voda u potpunosti apsorbira. Imajući predodžbu o masi vode, možete odrediti prema promjeni njezine temperature vrijednost njezine topline izgaranja.

  Ova tehnika se smatra jednostavnom i učinkovitom; zahtijeva samo poznavanje podataka tehničke analize.

  U metodi izračuna, više i niže kalorične vrijednosti izračunavaju se pomoću formule Mendelejeva.

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

  Uzima u obzir sadržaj ugljika, kisika, vodika, vodene pare, sumpora u radnom sastavu (u postocima). Količina topline tijekom izgaranja određuje se uzimajući u obzir ekvivalentno gorivo.

  Toplina izgaranja plina omogućuje izradu preliminarnih proračuna i određivanje učinkovitosti korištenja određene vrste goriva.

  

  Značajke podrijetla

  Da bismo razumjeli koliko se topline oslobađa kada se određeno gorivo sagorijeva, potrebno je imati ideju o njegovom podrijetlu.

  U prirodi postoje različite inačice krutih goriva, koje se razlikuju po sastavu i svojstvima.

  Njegovo formiranje odvija se kroz nekoliko faza. Najprije nastaje treset, zatim mrki i kameni ugljen, zatim antracit. Glavni izvori stvaranja krutog goriva su lišće, drvo i borove iglice. Kada dijelovi biljaka umru i budu izloženi zraku, uništavaju ih gljivice i stvaraju treset. Njegova nakupina pretvara se u smeđu masu, zatim se dobiva smeđi plin.

  Pri visokom tlaku i temperaturi, smeđi plin se pretvara u ugljen, zatim se gorivo nakuplja u obliku antracita.

  Osim organske tvari, gorivo sadrži dodatni balast. Organskim se smatra onaj dio koji je nastao od organskih tvari: vodika, ugljika, dušika, kisika. Osim ovih kemijskih elemenata, sadrži balast: vlagu, pepeo.

  Tehnologija izgaranja uključuje odvajanje radne, suhe i zapaljive mase izgorjelog goriva. Radna masa je gorivo u izvornom obliku koje se isporučuje potrošaču. Suha masa je sastav u kojem nema vode.

  

  Spoj

  Najvrjednije komponente su ugljik i vodik.

  Ovi elementi su sadržani u bilo kojoj vrsti goriva. U tresetu i drvu postotak ugljika doseže 58 posto, u kamenom i smeđem ugljenu - 80%, au antracitu doseže 95 posto težine. Ovisno o ovom pokazatelju, mijenja se količina topline koja se oslobađa tijekom izgaranja goriva. Vodik je drugi najvažniji element svakog goriva. Kada se veže s kisikom, stvara vlagu, što značajno smanjuje toplinsku vrijednost bilo kojeg goriva.

  Njegov postotak kreće se od 3,8 u uljnom škriljevcu do 11 u loživom ulju. Kisik sadržan u gorivu djeluje kao balast.

  Nije kemijski element koji stvara toplinu, stoga negativno utječe na vrijednost njegove topline izgaranja. Izgaranje dušika, sadržanog u slobodnom ili vezanom obliku u produktima izgaranja, smatra se štetnim nečistoćama, stoga je njegova količina jasno ograničena.

  Sumpor se nalazi u gorivu u obliku sulfata, sulfida, kao i kao plinoviti sumporni dioksid. Kada se hidratiziraju, sumporni oksidi stvaraju sumpornu kiselinu, koja uništava kotlovsku opremu i negativno utječe na vegetaciju i žive organizme.

  Zato je sumpor kemijski element čija je prisutnost u prirodnom gorivu krajnje nepoželjna. Ako spojevi sumpora dospiju u radni prostor, uzrokuju značajno trovanje operativnog osoblja.

  Postoje tri vrste pepela ovisno o podrijetlu:

  • primarni;
  • sekundarni;
  • tercijarni

  Primarna vrsta nastaje od minerala koji se nalaze u biljkama. Sekundarni pepeo nastaje kao rezultat ulaska biljnih ostataka u pijesak i tlo tijekom stvaranja.

  Tercijarni pepeo pojavljuje se u sastavu goriva tijekom vađenja, skladištenja i transporta. Uz značajno taloženje pepela, dolazi do smanjenja prijenosa topline na površini grijanja kotlovske jedinice, smanjujući količinu prijenosa topline u vodu iz plinova. Ogromna količina pepela negativno utječe na rad kotla.

  Konačno

  Hlapljive tvari imaju značajan utjecaj na proces izgaranja bilo koje vrste goriva. Što je njihov učinak veći, to će biti veći volumen fronte plamena. Na primjer, ugljen i treset se lako zapale, proces je popraćen manjim gubicima topline. Koks koji ostaje nakon uklanjanja hlapljivih nečistoća sadrži samo mineralne i ugljikove spojeve. Ovisno o karakteristikama goriva, količina topline se značajno mijenja.

  Ovisno o kemijskom sastavu, razlikuju se tri faze nastanka krutog goriva: treset, lignit i ugljen.

  U malim kotlovskim instalacijama koristi se prirodno drvo. Uglavnom koriste sječku, piljevinu, ploče, koru, a samo ogrjevno drvo se koristi u malim količinama. Ovisno o vrsti drva, količina proizvedene topline značajno varira.

  Kako se toplina izgaranja smanjuje, ogrjevno drvo dobiva određene prednosti: brzu zapaljivost, minimalan sadržaj pepela i odsutnost tragova sumpora.

  Pouzdane informacije o sastavu prirodnog ili sintetičkog goriva, njegovoj kaloričnoj vrijednosti, odličan su način za provođenje termokemijskih proračuna.

  Trenutno postoji stvarna prilika da se identificiraju one glavne opcije za kruta, plinovita, tekuća goriva koja će biti najučinkovitija i najjeftinija za korištenje u određenoj situaciji.