הערך הקלורי של הגז הטבעי גבוה יותר ויותר. דלק גז
כל יום, כשהם מדליקים את המבער על הכיריים במטבח, מעטים חושבים על כמה זמן החל ייצור הגז. בארצנו, התפתחותו החלה במאה העשרים. לפני כן, זה פשוט נמצא במהלך הפקת מוצרי נפט. ערך קלוריהיצע הגז הטבעי הוא כל כך גדול שכיום חומר הגלם הזה הוא פשוט שאין לו תחליף, והאנלוגים האיכותיים שלו עדיין לא פותחו.
טבלת הערכים הקלוריים תעזור לכם לבחור דלק לחימום הבית
תכונות של דלק מאובנים
גז טבעי הוא דלק מאובנים חשוב שתופס עמדה מובילה במאזני הדלק והאנרגיה של מדינות רבות. על מנת לספק דלק לערים ולמפעלים טכניים שונים, הם צורכים גזים דליקים שונים, שכן גז טבעי נחשב מסוכן.
שוחרי איכות הסביבה מאמינים שגז הוא הדלק הנקי ביותר; כשהוא נשרף, הוא פולט הרבה פחות חומרים רעיליםמאשר עצי הסקה, פחם, שמן. דלק זה נמצא בשימוש יומיומי על ידי אנשים ומכיל תוסף כגון חומר ריח; הוא מתווסף במתקנים מצוידים ביחס של 16 מיליגרם לאלף מ"ק גז.
מרכיב חשוב של החומר הוא מתאן (כ-88-96%), השאר הוא כימיקלים אחרים:
- גָז בּוטָאן;
- מימן גופרתי;
- פרופאן;
- חַנקָן;
- חַמצָן.
בסרטון זה נסתכל על תפקיד הפחם:
כמות המתאן ב דלק טבעיתלוי ישירות בהפקדה.
סוג הדלק המתואר מורכב ממרכיבים פחמימנים ובלתי פחמימנים. דלקים מאובנים טבעיים הם בעיקר מתאן, הכולל בוטאן ופרופאן. מלבד מרכיבי הפחמימנים, הדלק המאובנים המתואר מכיל חנקן, גופרית, הליום וארגון. גם אדי נוזלים נמצאים, אך רק בשדות גז ונפט.
סוגי פיקדונות
ישנם מספר סוגים של מרבצי גז. הם מחולקים לסוגים הבאים:
- גַז;
- שמן.
שֶׁלָהֶם תכונה ייחודיתהוא תכולת הפחמימנים. מרבצי גז מכילים כ-85-90% מהחומר הנוכחי, שדות נפט מכילים לא יותר מ-50%. את האחוזים הנותרים תופסים חומרים כמו בוטאן, פרופאן ושמן.
חסרון עצום של הפקת נפט הוא השטיפה שלו סוגים שוניםתוספים גופרית משמשת כטומאה במפעלים טכניים.
צריכת גז טבעי
בוטאן משמש כדלק בתחנות דלק לרכב, וחומר אורגני בשם פרופאן משמש למילוי מציתים. אצטילן הוא חומר דליק ביותר ומשמש לריתוך וחיתוך מתכת.
דלקים מאובנים משמשים בחיי היומיום:
- עמודים;
- תנור גז;
סוג זה של דלק נחשב לזול ביותר ולא מזיק, החיסרון היחיד הוא פליטות פחמן דו חמצניכאשר נשרפים באטמוספירה. מדענים בכל רחבי כדור הארץ מחפשים תחליף לאנרגיה תרמית.
ערך קלורי
הערך הקלורי של גז טבעי הוא כמות החום שנוצרת כאשר יחידת דלק נשרפת מספיק. כמות החום המשתחררת במהלך הבעירה מכונה אחת מטר מרובענלקח בתנאים טבעיים.
הקיבולת התרמית של גז טבעי נמדדת באינדיקטורים הבאים:
- קק"ל/ננומטר 3;
- קק"ל/מ"ק.
יש ערך קלורי גבוה ונמוך:
- גָבוֹהַ. מתייחס לחום של אדי מים הנוצרים במהלך שריפת הדלק.
- נָמוּך. זה לא לוקח בחשבון את החום הכלול אדי מים, שכן אדים כאלה אינם מתעבים, אלא עוזבים עם מוצרי בעירה. עקב הצטברות אדי מים, הוא יוצר כמות חום השווה ל-540 קק"ל/ק"ג. בנוסף, כאשר הקונדנסט מתקרר, יוצא חום מ-80 למאה קק"ל/ק"ג. באופן כללי, עקב הצטברות אדי מים, נוצרים יותר מ-600 קק"ל/ק"ג, זוהי תכונת ההבחנה בין תפוקת חום גבוהה לנמוכה.
עבור הרוב המכריע של הגזים הנצרכים במערכת חלוקת הדלק העירונית, ההפרש שווה ערך ל-10%. על מנת לספק לערים גז, הערך הקלורי שלו חייב להיות יותר מ-3500 קק"ל/ננומטר 3 . זה מוסבר על ידי העובדה שהאספקה מתבצעת דרך צינור למרחקים ארוכים. אם הערך הקלורי נמוך, אז ההיצע שלו גדל.
אם הערך הקלורי של גז טבעי נמוך מ-3500 קק"ל/ננומטר 3, הוא משמש לעתים קרובות יותר בתעשייה. אין צורך לשנע אותו למרחקים ארוכים, והבעירה הופכת להרבה יותר קלה. שינויים רציניים בערך הקלורי של הגז דורשים התאמה תכופה ולעיתים החלפה כמות גדולהמבערים סטנדרטיים של חיישנים ביתיים, מה שמוביל לקשיים.
מצב זה מוביל לעלייה בקטרים של צינורות הגז, כמו גם עלויות מוגברות עבור מתכת, התקנת רשת ותפעול. החיסרון הגדול של דלקים מאובנים דלי קלוריות הוא התכולה העצומה של פחמן חד חמצני, אשר מגבירה את רמת האיום במהלך תפעול הדלק ותחזוקת הצינור, בתורו, כמו גם ציוד.
החום המשתחרר במהלך הבעירה, שאינו עולה על 3500 קק"ל/ננומטר 3, משמש לרוב ב ייצור תעשייתי, שבו אין צורך להעבירו למרחק רב ולגרום בקלות לבעירה.
הטבלאות מציגות את החום הסגולי של הבעירה של דלק (נוזל, מוצק וגזי) וכמה חומרים דליקים אחרים. הדלקים הבאים נחשבו: פחם, עצי הסקה, קולה, כבול, נפט, נפט, אלכוהול, בנזין, גז טבעי וכו'.
רשימת שולחנות:
במהלך התגובה האקזותרמית של חמצון הדלק, האנרגיה הכימית שלו מומרת לאנרגיה תרמית עם שחרור כמות מסוימת של חום. המתקבל אנרגיית תרמיתנקרא בדרך כלל חום הבעירה של דלק. זה תלוי בהרכב הכימי שלו, הלחות והוא העיקרי. חום הבעירה של דלק לכל 1 ק"ג מסה או 1 מ"ר נפח יוצר את החום הסגולי של הבעירה המסה או הנפחית.
חום הבעירה הסגולי של דלק הוא כמות החום המשתחררת במהלך הבעירה המלאה של יחידת מסה או נפח של דלק מוצק, נוזלי או גזי. במערכת היחידות הבינלאומית, ערך זה נמדד ב-J/kg או J/m 3.
ניתן לקבוע את חום הבעירה הסגולי של דלק בניסוי או לחשב בצורה אנליטית.שיטות ניסוי לקביעת ערך קלורי מבוססות על מדידה מעשית של כמות החום המשתחררת בעת שריפת דלק, למשל בקלורימטר עם תרמוסטט ופצצת בעירה. לדלק עם ידוע תרכובת כימיתניתן לקבוע את חום הבעירה הסגולי באמצעות נוסחת מנדלייב.
יש חום סגולי גבוה יותר ונמוך יותר של בעירה.הערך הקלורי הגבוה יותר הוא המספר המירביהחום המשתחרר במהלך בעירה מלאה של הדלק, תוך התחשבות בחום שהוצא על אידוי הלחות הכלול בדלק. חום הבעירה הנמוך ביותר קטן מהערך הגבוה ביותר לפי כמות חום העיבוי, הנוצר מלחות הדלק והמימן של המסה האורגנית, שהופך למים בזמן הבעירה.
כדי לקבוע אינדיקטורים לאיכות הדלק, כמו גם בחישובים תרמיים בדרך כלל להשתמש בחום סגולי נמוך יותר של בעירה, שהוא המאפיין התרמי והביצועים החשוב ביותר של הדלק ומוצג בטבלאות להלן.
חום ספציפי של בעירה של דלקים מוצקים (פחם, עצי הסקה, כבול, קוקוס)
הטבלה מציגה את ערכי חום הבעירה הסגולי של דלק מוצק יבש במימד MJ/kg. הדלק בטבלה מסודר לפי השם בסדר אלפביתי.
מבין הדלקים המוצקים הנחשבים, לפחם הקוקוס יש את הערך הקלורי הגבוה ביותר - חום הבעירה הסגולי שלו הוא 36.3 MJ/kg (או ביחידות SI 36.3·10 6 J/kg). בנוסף, חום בעירה גבוה אופייני לפחם, אנתרציט, פֶּחָםופחם חום.
דלקים בעלי יעילות אנרגטית נמוכה כוללים עצים, עצי הסקה, אבק שריפה, כבול טחינה ופצלי שמן. לדוגמה, חום הבעירה הסגולי של עצי הסקה הוא 8.4...12.5, וזה של אבק שריפה הוא רק 3.8 MJ/kg.
| דלק | |
|---|---|
| פֶּחָם אֶבֶן | 26,8…34,8 |
| כדורי עץ (כדורים) | 18,5 |
| עצי הסקה יבשים | 8,4…11 |
| עצי הסקה ליבנה יבשים | 12,5 |
| קולה גז | 26,9 |
| פיצוץ קולה | 30,4 |
| חצי קולה | 27,3 |
| אֲבָקָה | 3,8 |
| צִפחָה | 4,6…9 |
| פצלי שמן | 5,9…15 |
| דלק רקטי מוצק | 4,2…10,5 |
| כָּבוּל | 16,3 |
| כבול סיבי | 21,8 |
| כבול טחון | 8,1…10,5 |
| פירור כבול | 10,8 |
| פחם חום | 13…25 |
| פחם חום (לבנים) | 20,2 |
| פחם חום (אבק) | 25 |
| פחם דונייצק | 19,7…24 |
| פֶּחָם | 31,5…34,4 |
| פֶּחָם | 27 |
| פחם קוקי | 36,3 |
| פחם קוזנצק | 22,8…25,1 |
| פחם צ'ליאבינסק | 12,8 |
| פחם עקיבסטוז | 16,7 |
| פרסטורף | 8,1 |
| סִיג | 27,5 |
חום ספציפי של בעירה של דלקים נוזליים (אלכוהול, בנזין, נפט, שמן)
ניתנת טבלה של חום הבעירה הספציפי של דלק נוזלי וכמה נוזלים אורגניים אחרים. יש לציין כי לדלקים כמו בנזין, סולר ונפט יש שחרור חום גבוה בזמן הבעירה.
חום הבעירה הסגולי של אלכוהול ואצטון נמוך משמעותית מדלק מנוע מסורתי. בנוסף, לדלק רקטי נוזלי יש ערך קלורי נמוך יחסית, ובשריפה מלאה של 1 ק"ג מהפחמימנים הללו, תשתחרר כמות חום השווה ל-9.2 ו-13.3 MJ, בהתאמה.
| דלק | חום בעירה ספציפי, MJ/kg |
|---|---|
| אֲצֵטוֹן | 31,4 |
| בנזין A-72 (GOST 2084-67) | 44,2 |
| בנזין תעופה B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| בנזין AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| בֶּנזִין | 40,6 |
| סולר לחורף (GOST 305-73) | 43,6 |
| דיזל קיץ (GOST 305-73) | 43,4 |
| דלק טילים נוזלי (נפט + חמצן נוזלי) | 9,2 |
| נפט תעופתי | 42,9 |
| נפט לתאורה (GOST 4753-68) | 43,7 |
| קסילן | 43,2 |
| מזוט גבוה בגפרית | 39 |
| מזוט דל גופרית | 40,5 |
| מזוט דל גופרית | 41,7 |
| מזוט גופרתי | 39,6 |
| מתיל אלכוהול (מתנול) | 21,1 |
| אלכוהול n-בוטיל | 36,8 |
| שמן | 43,5…46 |
| שמן מתאן | 21,5 |
| טולואן | 40,9 |
| רוח לבן (GOST 313452) | 44 |
| אתילן גליקול | 13,3 |
| אתיל אלכוהול (אתנול) | 30,6 |
חום סגולי של בעירה של דלקים גזים וגזים דליקים
מוצגת טבלה של חום הבעירה הספציפי של דלק גזי וכמה גזים דליקים אחרים במימד MJ/kg. מבין הגזים הנחשבים, יש לו את החום הסגולי של הבעירה המסה הגבוהה ביותר. בעירה מלאה של קילוגרם אחד מהגז הזה תשחרר חום של 119.83 MJ. כמו כן, לדלק כמו גז טבעי ערך קלורי גבוה - חום הבעירה הסגולי של גז טבעי הוא 41...49 MJ/kg (עבור גז טהור הוא 50 MJ/kg).
| דלק | חום בעירה ספציפי, MJ/kg |
|---|---|
| 1-בוטן | 45,3 |
| אַמוֹנִיָה | 18,6 |
| אֲצֵיטִילֵן | 48,3 |
| מֵימָן | 119,83 |
| מימן, תערובת עם מתאן (50% H 2 ו- 50% CH 4 במשקל) | 85 |
| מימן, תערובת עם מתאן ופחמן חד חמצני (33-33-33% לפי משקל) | 60 |
| מימן, תערובת עם פחמן חד חמצני (50% H 2 50% CO 2 לפי משקל) | 65 |
| גז תנור פיצוץ | 3 |
| גז תנור קולה | 38,5 |
| גז פחמימנים נוזלי גפ"מ (פרופאן-בוטאן) | 43,8 |
| איזובוטן | 45,6 |
| מתאן | 50 |
| n-בוטאן | 45,7 |
| n-הקסאן | 45,1 |
| n-פנטאן | 45,4 |
| גז קשור | 40,6…43 |
| גז טבעי | 41…49 |
| פרופאדין | 46,3 |
| פרופאן | 46,3 |
| פרופילן | 45,8 |
| פרופילן, תערובת עם מימן ופחמן חד חמצני (90%-9%-1% לפי משקל) | 52 |
| איתן | 47,5 |
| אתילן | 47,2 |
חום בעירה ספציפי של כמה חומרים דליקים
מסופקת טבלה של חום הבעירה הספציפי של כמה חומרים דליקים (עץ, נייר, פלסטיק, קש, גומי וכו'). יש לשים לב לחומרים בעלי שחרור חום גבוה במהלך הבעירה. חומרים אלה כוללים: גומי סוגים שונים, פוליסטירן מורחב (קצף), פוליפרופילן ופוליאתילן.
| דלק | חום בעירה ספציפי, MJ/kg |
|---|---|
| עיתון | 17,6 |
| דמוי עור | 21,5 |
| עץ (סורגים עם תכולת לחות של 14%) | 13,8 |
| עץ בערימות | 16,6 |
| עץ אלון | 19,9 |
| עץ אשוח | 20,3 |
| ירוק עץ | 6,3 |
| עץ אורן | 20,9 |
| קפרון | 31,1 |
| מוצרי קרבוליט | 26,9 |
| קַרטוֹן | 16,5 |
| גומי סטירן בוטאדיאן SKS-30AR | 43,9 |
| גומי טבעי | 44,8 |
| גומי סינטטי | 40,2 |
| גומי SKS | 43,9 |
| גומי כלורופרן | 28 |
| פוליוויניל כלוריד לינוליאום | 14,3 |
| פוליוויניל כלוריד לינולאום דו-שכבתי | 17,9 |
| פוליוויניל כלוריד לינוליאום על בסיס לבד | 16,6 |
| לינולאום פוליוויניל כלוריד על בסיס חם | 17,6 |
| לינולאום פוליוויניל כלוריד על בסיס בד | 20,3 |
| לינוליאום גומי (Relin) | 27,2 |
| פרפין פרפין | 11,2 |
| פוליסטירן קצף PVC-1 | 19,5 |
| פלסטיק קצף FS-7 | 24,4 |
| פלסטיק קצף FF | 31,4 |
| פוליסטירן מורחב PSB-S | 41,6 |
| קצף פוליאוריטן | 24,3 |
| לוח סיבים | 20,9 |
| פוליוויניל כלוריד (PVC) | 20,7 |
| פוליקרבונט | 31 |
| פוליפרופילן | 45,7 |
| פוליסטירן | 39 |
| פוליאתילן בלחץ גבוה | 47 |
| פוליאתילן בלחץ נמוך | 46,7 |
| גוּמִי | 33,5 |
| Ruberoid | 29,5 |
| פיח ערוץ | 28,3 |
| חָצִיר | 16,7 |
| קש | 17 |
| זכוכית אורגנית (פרספקס) | 27,7 |
| טקסטוליט | 20,9 |
| טול | 16 |
| TNT | 15 |
| כותנה | 17,5 |
| תָאִית | 16,4 |
| צמר וסיבי צמר | 23,1 |
מקורות:
- GOST 147-2013 דלק מינרלי מוצק. קביעת הערך הקלורי הגבוה יותר וחישוב הערך הקלורי הנמוך.
- GOST 21261-91 מוצרי נפט. שיטה לקביעת הערך הקלורי הגבוה וחישוב הערך הקלורי הנמוך.
- GOST 22667-82 גזים דליקים טבעיים. שיטת חישוב לקביעת הערך הקלורי, הצפיפות היחסית ומספר Wobbe.
- GOST 31369-2008 גז טבעי. חישוב ערך קלורי, צפיפות, צפיפות יחסית ומספר Wobbe על בסיס הרכב הרכיבים.
- Zemsky G. T. תכונות דליקות של חומרים אנאורגניים ואורגניים: ספר עיון M.: VNIIPO, 2016 - 970 p.
מאפיינים פיזיים וכימיים של גזים טבעיים
לגזים טבעיים אין צבע, ריח או טעם.
האינדיקטורים העיקריים של גזים טבעיים כוללים: הרכב, ערך קלורי, צפיפות, טמפרטורת בעירה והצתה, גבולות פיצוץ ולחץ פיצוץ.
גזים טבעיים משדות גז טהורים מורכבים בעיקר מתאן (82-98%) ופחמימנים אחרים.
גז דליק מכיל חומרים דליקים ולא דליקים. גזים דליקים כוללים: פחמימנים, מימן, מימן גופרתי. גזים לא דליקים כוללים: פחמן דו חמצני, חמצן, חנקן ואדי מים. הרכבם נמוך ומסתכם ב-0.1-0.3% C0 2 ו-1-14% N 2. לאחר החילוץ, הגז הרעיל מימן גופרתי מוסר מהגז, שתכולתו לא תעלה על 0.02 גרם/מ"ק.
חום בעירה הוא כמות החום המשתחררת במהלך בעירה מלאה של 1 מ"ק גז. חום הבעירה נמדד ב-kcal/m3, kJ/m3 של גז. הערך הקלורי של גז טבעי יבש הוא 8000-8500 קק"ל/מ"ק.
הערך המחושב לפי היחס בין המסה של החומר לנפח שלו נקרא צפיפות החומר. הצפיפות נמדדת בק"ג/מ"ק. צפיפות הגז הטבעי תלויה לחלוטין בהרכבו והיא בטווח c = 0.73-0.85 ק"ג/מ"ק.
התכונה החשובה ביותרשל כל גז בעירה היא תפוקת החום, כלומר הטמפרטורה המקסימלית שהושגה במהלך בעירה מלאה של הגז, אם כמות האוויר הנדרשת לבעירה תואמת בדיוק את הנוסחאות הכימיות של הבעירה, והטמפרטורה הראשונית של הגז והאוויר היא אפס.
תפוקת החום של גזים טבעיים היא בערך 2000 -2100 מעלות צלזיוס, מתאן - 2043 מעלות צלזיוס. טמפרטורת הבעירה בפועל בתנורים נמוכה משמעותית מתפוקת החום ותלויה בתנאי הבעירה.
טמפרטורת ההצתה היא הטמפרטורה של תערובת האוויר-דלק שבה התערובת מתלקחת ללא מקור הצתה. עבור גז טבעי זה בטווח של 645-700 מעלות צלזיוס.
כל הגזים הדליקים הינם נפיצים ועלולים להתלקח אם הם נחשפים ללהבה פתוחה או לניצוץ. לְהַבחִין גבול ריכוז תחתון ועליון של התפשטות הלהבה , כלומר הריכוז התחתון והעליון שבו יתכן פיצוץ של התערובת. גבול הנפץ התחתון של גזים הוא 3÷6%, הגבול העליון 12÷16%.
גבולות פיצוץ.
תערובת גז-אוויר המכילה את כמות הגז הבאה:
עד 5% - אינו מדליק;
מ 5 עד 15% - מתפוצץ;
יותר מ-15% - כוויות בעת אספקת אוויר.
הלחץ במהלך פיצוץ גז טבעי הוא 0.8-1.0 MPa.
כל הגזים הדליקים עלולים לגרום להרעלה לגוף האדם. החומרים הרעילים העיקריים הם: חד תחמוצת הפחמן (CO), מימן גופרתי (H 2 S), אמוניה (NH 3).
לגז טבעי אין ריח. על מנת לזהות נזילה, הגז עובר ריח (כלומר, ניתן לו ריח ספציפי). ריחות מבוצעת על ידי שימוש במרקפטן אתיל. הריח מבוצע בתחנות חלוקת גז (GDS). כאשר 1% מהגז הטבעי נכנס לאוויר, הוא מתחיל להריח. בפועל מראה כי השיעור הממוצע של אתיל מרקפטן לריח של גז טבעי הנכנס לרשתות עירוניות צריך להיות 16 גרם לכל 1,000 מ"ק גז.
בהשוואה לדלקים מוצקים ונוזלים, לגז טבעי יתרונות רבים:
זולות יחסית, שמוסבר יותר הדרך הקלהכרייה ותחבורה;
אין אפר או שחרור של חלקיקים מוצקים לאטמוספירה;
ערך קלורי גבוה;
אין צורך בהכנה של דלק לבעירה;
עבודתם של עובדי השירות נעשית קלה יותר ומשופרים התנאים הסניטריים וההיגייניים של עבודתם;
התנאים לאוטומציה של תהליכי עבודה מפושטים.
עקב נזילות אפשריות דרך דליפות בחיבורים ואביזרים של צנרת גז, השימוש בגז טבעי מצריך זהירות וזהירות מיוחדים. חדירת יותר מ-20% מהגז לחדר עלולה להוביל לחנק, ואם הוא נמצא בנפח סגור, מ-5% עד 15% עלולים לגרום לפיצוץ של תערובת הגז-אוויר. בעירה לא מלאה מייצרת רעילות פחמן חד חמצני CO, שגם בריכוזים קטנים מוביל להרעלת אנשי שירות.
על פי מקורם, הגזים הטבעיים מתחלקים לשתי קבוצות: יבשים ושומניים.
יָבֵשׁגזים הם גזים ממקור מינרלי ונמצאים באזורים הקשורים לפעילות געשית בהווה או בעבר. גזים יבשים מורכבים כמעט אך ורק מתאן עם תכולה לא משמעותית של רכיבי נטל (חנקן, פחמן דו חמצני) ובעלי ערך קלורי Qn = 7000÷9000 קק"ל/nm3.
שמןגזים מלווים את שדות הנפט ומצטברים לרוב בשכבות העליונות. לפי מקורם, גזים רטובים קרובים לנפט ומכילים פחמימנים רבים הניתנים לעיבוי בקלות. ערך קלורי של גזים נוזליים Qn=8000-15000 קק"ל/nm3
היתרונות של דלק גזי כוללים קלות הובלה ובעירה, היעדר אפר ולחות ופשטות משמעותית של ציוד הדוד.
ביחד עם גזים טבעייםגזים דליקים מלאכותיים המתקבלים במהלך העיבוד משמשים גם כן דלקים מוצקים, או כתוצאה מהפעלת מתקנים תעשייתיים כגזי פסולת. גזים מלאכותיים מורכבים מגזים דליקים של בעירה לא מלאה של דלק, גזי נטל ואדי מים ומחולקים לעשירים ועניים, בעלי ערך קלורי ממוצע של 4500 קק"ל/מ"ק ו-1300 קק"ל/מ"ק, בהתאמה. הרכב הגזים: מימן, מתאן, תרכובות פחמימנים אחרות CmHn, מימן גופרתי H 2 S, גזים בלתי דליקים, פחמן דו חמצני, חמצן, חנקן וכמות קטנה של אדי מים. נטל - חנקן ופחמן דו חמצני.
לפיכך, ההרכב של דלק גזי יבש יכול להיות מיוצג כתערובת האלמנטים הבאה:
CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 =100%.
הרכב הדלק הגזי הרטוב מתבטא באופן הבא:
CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100%.
חום בעירה יָבֵשׁ דלק גזי kJ/m3 (kcal/m3) לכל 1 m3 של גז בתנאים רגילים נקבע כדלקמן:
Qn= 0.01,
כאשר Qi הוא חום הבעירה של הגז המתאים.
הערך הקלורי של דלק גזי ניתן בטבלה 3.
גז פיצוץנוצר במהלך ההתכה של ברזל יצוק תנורי פיצוץ. התשואה וההרכב הכימי שלו תלויים בתכונות המטען והדלק, אופן הפעולה של הכבשן, שיטות התעצמות התהליך וגורמים נוספים. תפוקת הגז נעה בין 1500-2500 מ"ר לטון ברזל יצוק. חלקם של רכיבים בלתי דליקים (N 2 ו-CO 2) בגז כבשן פיצוץ הוא כ-70%, מה שקובע את הביצועים התרמיים הנמוכים שלו (הערך הקלורי הנמוך של גז הוא 3-5 MJ/m 3).
בעת שריפת גז תנור פיצוץ, הטמפרטורה המקסימלית של תוצרי הבעירה (מבלי לקחת בחשבון הפסדי חום וצריכת חום לפירוק CO 2 ו- H 2 O) היא 400-1500 0 C. אם הגז והאוויר מחוממים לפני הבעירה , ניתן להגדיל באופן משמעותי את הטמפרטורה של מוצרי הבעירה.
גז סגסוגת ברזלנוצר במהלך ההתכה של סגסוגות ברזל בתנורי הפחתת עפרות. גז שנפלט מתנורים סגורים יכול לשמש כדלק SER (משאבי אנרגיה משניים). בתנורים פתוחים, בשל גישה חופשית לאוויר, הגז נשרף בחלק העליון. התשואה וההרכב של גז סגסוגת ברזל תלויים בדרגת ההיתך
סגסוגת, הרכב מטען, מצב פעולת תנור, הספק שלו וכו'. הרכב הגז: 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 .
גז ממירנוצר במהלך התכת פלדה בממירי חמצן. הגז מורכב בעיקר מפחמן חד חמצני, תפוקתו והרכבו משתנים במידה ניכרת במהלך ההיתוך. לאחר הטיהור, הרכב הגז הוא כדלקמן: 70-80% CO; 15-20% CO 2 ; 0.5-0.8% O 2; 3-12% N 2. חום הבעירה של גז הוא 8.4-9.2 MJ/m 3. טמפרטורת הבעירה המרבית מגיעה ל-2000 0 C.
גז קולהנוצר במהלך קוקוס של תערובת פחם. במטלורגיית ברזל הוא משמש לאחר מיצוי של מוצרים כימיים. ההרכב של גז תנור קוק תלוי בתכונות מטען הפחם ובתנאי הקוקס. חלקי הנפח של רכיבים בגז נמצאים בגבולות הבאים,%: 52-62H 2 ; 0.3-0.6 O 2; 23.5-26.5 CH 4; 5.5-7.7 CO; 1.8-2.6 CO 2 . חום הבעירה הוא 17-17.6 MJ/m^3, הטמפרטורה המקסימלית של מוצרי בעירה היא 2070 0 C.
דלק גז מתחלק לטבעי ומלאכותי והוא תערובת של גזים דליקים ולא דליקים המכילים כמות מסוימת של אדי מים ולעיתים אבק וזפת. כמות דלק הגז מבוטאת במטר מעוקב בתנאים רגילים (760 מ"מ כספית ו-0 מעלות צלזיוס), וההרכב מבוטא כאחוז בנפח. הרכב הדלק מובן כהרכב החלק הגז היבש שלו.
דלק גז טבעי
דלק הגז הנפוץ ביותר הוא גז טבעי, בעל ערך קלורי גבוה. הבסיס של הגז הטבעי הוא מתאן, שתכולתו היא 76.7-98%. תרכובות פחמימנים גזיות אחרות כוללות גז טבעי בין 0.1 ל-4.5%.
גז נוזלי הוא תוצר של זיקוק נפט - הוא מורכב בעיקר מתערובת של פרופאן ובוטאן.
גז טבעי (CNG, NG): מתאן CH4 יותר מ-90%, אתאן C2 H5 פחות מ-4%, פרופאן C3 H8 פחות מ-1%
גז נוזלי (LPG): פרופאן C3 H8 יותר מ-65%, בוטאן C4 H10 פחות מ-35%
הרכב הגזים הדליקים כולל: מימן H2, מתאן CH4, תרכובות פחמימנים אחרות CmHn, מימן גופרתי H2S וגזים לא דליקים, פחמן דו חמצני CO2, חמצן O2, חנקן N2 וכמות קטנה של אדי מים H2O. Mו פב-C ו-H מאפיינות תרכובות של פחמימנים שונים, למשל עבור מתאן CH 4 t = 1 ו נ= 4, עבור אתאן C 2 N b t = 2ו נ= b וכו'.
הרכב דלק גזי יבש (אחוז בנפח):
CO + H 2 + 2 C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100%.
החלק הבלתי דליק של דלק גז יבש - נטל - מורכב מחנקן N ופחמן דו חמצני CO 2.
הרכב הדלק הגזי הרטוב מתבטא באופן הבא:
CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100%.
חום הבעירה, kJ/m (kcal/m3), 1 m3 של גז יבש טהור בתנאים רגילים נקבע באופן הבא:
Q n s = 0.01,
כאשר Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 ס. - חום בעירה של גזים בודדים הכלולים בתערובת, kJ/m 3 (kcal/m 3); CO, H 2, Cm H n, H 2 S - רכיבים המרכיבים את תערובת הגז, % בנפח.
הערך הקלורי של 1 מ"ק גז טבעי יבש בתנאים רגילים עבור רוב השדות הביתיים הוא 33.29 - 35.87 MJ/m3 (7946 - 8560 קק"ל/מ"ק). מאפיינים של דלק גזי ניתנים בטבלה 1.
דוגמא.קבע את הערך הקלורי הנמוך של גז טבעי (בתנאים רגילים) בהרכב הבא:
H 2 S = 1%; CH 4 = 76.7%; C 2 H 6 = 4.5%; C 3 H 8 = 1.7%; C 4 H 10 = 0.8%; C 5 H 12 = 0.6%.
החלפת המאפיינים של גזים מטבלה 1 בנוסחה (26), נקבל:
Q ns = 0.01 = 33981 kJ/m 3 או
Q ns = 0.01 (5585.1 + 8555 76.7 + 15 226 4.5 + 21 795 1.7 + 28 338 0.8 + 34 890 0.6) = 8109 קק"ל/מ"ק.
שולחן 1. מאפיינים של דלק גזי
|
גַז |
יִעוּד |
חום בעירה Q n s |
|
|
KJ/m3 |
קק"ל/מ"ק |
||
| מֵימָן | נ, | 10820 | 2579 |
| פחמן חד חמצני | שיתוף | 12640 | 3018 |
| מימן גופרתי | H 2 S | 23450 | 5585 |
| מתאן | CH 4 | 35850 | 8555 |
| איתן | C 2 H 6 | 63 850 | 15226 |
| פרופאן | C 3 H 8 | 91300 | 21795 |
| גָז בּוטָאן | C 4 H 10 | 118700 | 22338 |
| פנטן | C 5 H 12 | 146200 | 34890 |
| אתילן | C 2 H 4 | 59200 | 14107 |
| פרופילן | C 3 H 6 | 85980 | 20541 |
| בוטילן | C 4 H 8 | 113 400 | 27111 |
| בֶּנזִין | C 6 H 6 | 140400 | 33528 |
דוודים מסוג DE צורכים בין 71 ל-75 מ"ק גז טבעי כדי לייצר טון אחד של קיטור. עלות הגז ברוסיה נכון לספטמבר 2008. הוא 2.44 רובל למטר מעוקב. לכן, טון של קיטור יעלה 71 × 2.44 = 173 רובל 24 קופיקות. העלות האמיתית של טון קיטור במפעלים היא לדודי DE לא פחות מ-189 רובל לטון קיטור.
דוודים מסוג DKVR צורכים בין 103 ל-118 מ"ק של גז טבעי כדי לייצר טון אחד של קיטור. העלות המשוערת המינימלית של טון קיטור עבור דוודים אלה היא 103 × 2.44 = 251 רובל 32 קופיקות. העלות האמיתית של קיטור במפעלים היא לא פחות מ 290 רובל לטון.
כיצד לחשב את צריכת הגז הטבעי המקסימלית עבור דוד קיטור DE-25? זהו המאפיינים הטכניים של הדוד. 1840 קוביות לשעה. אבל אפשר גם לחשב. יש להכפיל 25 טון (25 אלף ק"ג) בהפרש בין האנטלפיות של קיטור ומים (666.9-105) וכל זה חלקי יעילות הדוד של 92.8% וחום הבעירה של הגז. 8300. וזהו
דלק גז מלאכותי
גזים דליקים מלאכותיים הם דלק בעל חשיבות מקומית מכיוון שיש להם ערך קלורי נמוך משמעותית. היסודות הדליקים העיקריים שלהם הם פחמן חד חמצני CO ומימן H2. גזים אלו משמשים בתוך אזור הייצור בו הם מתקבלים כדלק לתחנות טכנולוגיות ותחנות כוח.
כל הגזים הטבעיים והמלאכותיים הדליקים הם חומר נפץ ויכולים להתלקח בלהבה פתוחה או ניצוץ. יש גבולות נפץ תחתונים ועליונים של גז, כלומר. ריכוז האחוז הגבוה והנמוך ביותר שלו באוויר. גבול הנפץ התחתון של גזים טבעיים נע בין 3% ל-6%, והגבול העליון - בין 12% ל-16%. כל הגזים הדליקים עלולים לגרום להרעלה לגוף האדם. החומרים הרעילים העיקריים של גזים דליקים הם: פחמן חד חמצני CO, מימן גופרתי H2S, אמוניה NH3.
גזים דליקים טבעיים ומלאכותיים הם חסרי צבע (בלתי נראים) וחסרי ריח, מה שהופך אותם למסוכנים אם הם חודרים אל פנים חדר הדוודים דרך דליפות באביזרים של צנרת גז. כדי למנוע הרעלה, יש לטפל בגזים דליקים בחומר ריח - חומר בעל ריח לא נעים.
ייצור של פחמן חד חמצני CO בתעשייה על ידי גיזוז של דלק מוצק
למטרות תעשייתיות, פחמן חד חמצני מתקבל על ידי גיזוז דלק מוצק, כלומר המרתו לדלק גזי. כך תוכלו לקבל פחמן חד חמצני מכל דלק מוצק - פחם מאובנים, כבול, עצי הסקה וכו'.
תהליך הגיזוז של דלק מוצק מוצג בניסוי מעבדה (איור 1). לאחר שמילאנו את הצינור העקשן בחתיכות פחם, אנו מחממים אותו חזק ונותנים לחמצן לעבור מהגזומטר. בוא נעביר את הגזים היוצאים מהצינור דרך מכונת כביסה עם מי סיד ואז נעלה אותו באש. מי הסיד נעשים עכורים והגז בוער בלהבה כחלחלה. זה מצביע על נוכחות של CO2 דו חמצני ופחמן חד חמצני CO בתוצרי התגובה.
ניתן להסביר את היווצרותם של חומרים אלה על ידי העובדה שכאשר חמצן בא במגע עם פחם חם, האחרון מתחמצן לראשונה לפחמן דו חמצני: C + O 2 = CO 2
לאחר מכן, עובר דרך פחם חם, פחמן דו חמצני מופחת חלקית לפחמן חד חמצני: CO 2 + C = 2CO
אורז. 1. ייצור פחמן חד חמצני (ניסוי מעבדה).
בתנאים תעשייתיים, הגיזוז של דלק מוצק מתבצע בתנורים הנקראים מחוללי גז.
תערובת הגזים המתקבלת נקראת גז מחולל.
מכשיר מחולל הגז מוצג באיור. זהו גליל פלדה בגובה של כ-5 Mובקוטר של כ-3.5 M,מרופדת מבפנים בלבנים עקשן. מחולל הגז עמוס בדלק מלמעלה; מלמטה, אוויר או אדי מים מסופקים על ידי מאוורר דרך הרשת.
החמצן באוויר מגיב עם פחמן בדלק ויוצר פחמן דו חמצני, שעולה דרך שכבת הדלק החם, מופחת על ידי פחמן לפחמן חד חמצני.
אם רק אוויר נשף לתוך הגנרטור, התוצאה היא גז המכיל פחמן חד חמצני וחנקן אוויר (כמו גם כמות מסוימת של CO 2 וזיהומים אחרים). גז מחולל זה נקרא גז אוויר.
אם אדי מים מועפים לתוך גנרטור עם פחם חם, התגובה מביאה ליצירת פחמן חד חמצני ומימן: C + H 2 O = CO + H 2
תערובת גזים זו נקראת גז מים. לגז מים ערך קלורי גבוה יותר מגז אוויר, שכן הרכבו, יחד עם פחמן חד חמצני, כולל גם גז דליק שני - מימן. גז מים (גז סינתזה), אחד מתוצרי הגיזוז של דלקים. גז מים מורכב בעיקר מ-CO (40%) ו-H2 (50%). גז מים הוא דלק (חום בעירה 10,500 kJ/m3, או 2730 kcal/mg) ובו בזמן חומר גלם לסינתזה של מתיל אלכוהול. עם זאת, לא ניתן להפיק גז מים לאורך זמן, שכן התגובה להיווצרותו היא אנדותרמית (עם ספיגת חום), ולכן הדלק בגנרטור מתקרר. כדי לשמור על הפחם במצב חם, הזרקת אדי מים לתוך הגנרטור מתחלפת עם הזרקת אוויר, שהחמצן שלו כידוע מגיב עם הדלק לשחרור חום.
לאחרונה, פיצוץ קיטור-חמצן הפך בשימוש נרחב לגיזוז דלק. נשיפה בו-זמנית של אדי מים וחמצן דרך שכבת הדלק מאפשרת לתהליך להתנהל באופן רציף, מה שמגדיל משמעותית את התפוקה של הגנרטור ומייצר גז עם תכולה גבוהה של מימן ופחמן חד חמצני.
מחוללי גז מודרניים הם מכשירים רבי עוצמה של פעולה רציפה.
כדי למנוע חדירת גזים דליקים ורעילים לאטמוספירה בעת אספקת דלק למחולל הגז, תוף הטעינה עשוי כפול. בעוד דלק נכנס לתא אחד של התוף, דלק נשפך לגנרטור מתא אחר; כאשר התוף מסתובב, התהליכים הללו חוזרים על עצמם, אך המחולל נשאר מבודד מהאטמוספירה כל הזמן. חלוקה אחידה של הדלק בגנרטור מתבצעת באמצעות קונוס, שניתן להתקין בגבהים שונים. כאשר הוא מוריד, הפחם נופל קרוב יותר למרכז הגנרטור; כאשר החרוט מורם, הפחם נזרק קרוב יותר לדפנות הגנרטור.
פינוי האפר ממחולל הגז ממוכן. השבכה בצורת חרוט מסובבת באיטיות על ידי מנוע חשמלי. במקרה זה, האפר נעקר לכיוון קירות הגנרטור ובאמצעות מכשירים מיוחדים מושלך לתוך תיבת האפר, משם הוא מוסר מעת לעת.
מנורות הגז הראשונות הודלקו בסנט פטרסבורג באי אפטקרסקי ב-1819. הגז בו נעשה שימוש הושג על ידי גיזוז של פחם. זה נקרא גז מאיר.
המדען הרוסי הגדול D.I. Mendeleev (1834-1907) הביע לראשונה את הרעיון שניתן לבצע גיזוז של פחם ישירות מתחת לאדמה, מבלי להרים אותו החוצה. ממשלת הצאר לא העריכה את ההצעה הזו של מנדלייב.
הרעיון של גיזוז תת קרקעי נתמך בחום על ידי V.I. לנין. הוא כינה את זה "אחד הניצחונות הגדולים של הטכנולוגיה". הגיזוז התת-קרקעי בוצע לראשונה על ידי המדינה הסובייטית. כבר לפני המלחמה הפטריוטית הגדולה פעלו גנרטורים תת-קרקעיים באגני הפחם של דונייצק ומוסקבה בברית המועצות.
רעיון של אחת משיטות הגיזוז התת-קרקעי ניתן באיור 3. שתי בארות מונחות בתפר הפחם, המחוברות למטה בתעלה. פחם מוצת בערוץ כזה ליד אחת הבארות ומספקים שם פיצוץ. מוצרי בעירה, הנעים לאורך הערוץ, מקיימים אינטראקציה עם פחם חם, וכתוצאה מכך היווצרות גז דליק כמו בגנרטור רגיל. גז מגיע אל פני השטח דרך הבאר השנייה.
גז יצרן נמצא בשימוש נרחב לחימום תנורים תעשייתיים - מתכות, תנורי קוק וכדלק במכוניות (איור 4).
אורז. 3. תכנית גיזוז תת-קרקעי של פחם.
מספר מוצרים אורגניים, כגון דלק נוזלי, מסונתזים ממימן ופחמן חד חמצני בגז מים. דלק נוזלי סינטטי הוא דלק (בעיקר בנזין) המתקבל על ידי סינתזה מפחמן חד חמצני ומימן בטמפרטורה של 150-170 מעלות צלזיוס ולחץ של 0.7 - 20 MN/m2 (200 kgf/cm2), בנוכחות זרז (ניקל, ברזל, קובלט). ההפקה הראשונה של דלק נוזלי סינטטי אורגנה בגרמניה במהלך מלחמת העולם השנייה עקב מחסור בנפט. דלק נוזלי סינטטי אינו בשימוש נרחב בשל עלותו הגבוהה. גז מים משמש לייצור מימן. לשם כך, גז מים מעורבב באדי מים מחומם בנוכחות זרז וכתוצאה מכך מתקבל מימן בנוסף לזה שכבר נמצא בגז המים: CO + H 2 O = CO 2 + H 2
5. מאזן תרמי של בעירה
הבה נשקול שיטות לחישוב מאזן החום של תהליך הבעירה של דלקים גזים, נוזליים ומוצקים. החישוב מסתכם בפתרון הבעיות הבאות.
· קביעת חום הבעירה (ערך קלורי) של דלק.
· קביעת טמפרטורת בעירה תיאורטית.
5.1. חום בעירה
תגובות כימיות מלוות בשחרור או בספיגה של חום. כאשר חום משתחרר, התגובה נקראת אקסותרמית, וכאשר חום נספג היא נקראת אנדותרמית. כל תגובות הבעירה הן אקסותרמיות, ומוצרי הבעירה הם תרכובות אקסותרמיות.
החום המשתחרר (או נספג) במהלך תגובה כימית נקרא חום התגובה. בתגובות אקסותרמיות זה חיובי, בתגובות אנדותרמיות זה שלילי. תגובת הבעירה מלווה תמיד בשחרור חום. חום בעירה ש ג(J/mol) היא כמות החום המשתחררת במהלך בעירה מלאה של שומה אחת של חומר והפיכה של חומר בעירה לתוצרים של בעירה מלאה. השומה היא יחידת ה-SI הבסיסית של כמות של חומר. שומה אחת היא כמות החומר שמכילה את אותו מספר של חלקיקים (אטומים, מולקולות וכו') כמו שיש אטומים ב-12 גרם של איזוטופ פחמן-12. המסה של כמות של חומר השווה ל-1 מול (מסה מולקולרית או מולרית) עולה בקנה אחד עם המסה המולקולרית היחסית של חומר זה.
לדוגמה, המשקל המולקולרי היחסי של חמצן (O 2) הוא 32, פחמן דו חמצני (CO 2) הוא 44, והמשקלים המולקולריים המתאימים יהיו M = 32 גרם/מול ו-M = 44 גרם/מול. לפיכך, שומה אחת של חמצן מכילה 32 גרם של חומר זה, ושומה אחת של CO 2 מכילה 44 גרם פחמן דו חמצני.
בחישובים טכניים, לא חום הבעירה משמש לרוב. ש ג, והערך הקלורי של הדלק ש(J/kg או J/m 3). הערך הקלורי של חומר הוא כמות החום המשתחררת בעת בעירה מלאה של 1 ק"ג או 1 מ"ר של חומר. עבור חומרים נוזליים ומוצקים, החישוב מתבצע לכל 1 ק"ג, ולגבי חומרים גזים - לכל 1 מ"ר.
יש צורך בידע על חום הבעירה והערך הקלורי של הדלק כדי לחשב את טמפרטורת הבעירה או הפיצוץ, לחץ הפיצוץ, מהירות התפשטות הלהבה ומאפיינים נוספים. הערך הקלורי של הדלק נקבע בניסוי או בחישוב. כאשר קובעים בניסוי את הערך הקלורי, מסה נתונה של דלק מוצק או נוזלי נשרפת בפצצה קלורית, ובמקרה של דלק גזי, בקלורימטר גז. מכשירים אלה מודדים את החום הכולל ש 0 משתחרר במהלך בעירה של דגימה של שקילת דלק M. ערך קלורי ש גנמצא על ידי הנוסחה
הקשר בין חום הבעירה לבין
ערך קלורי של דלק
כדי ליצור קשר בין חום הבעירה לבין הערך הקלורי של חומר, יש צורך לרשום את המשוואה לתגובה הכימית של בעירה.
התוצר של בעירה מלאה של פחמן הוא פחמן דו חמצני:
C+O2 →CO2.
התוצר של בעירה מלאה של מימן הוא מים:
2H 2 +O 2 →2H 2 O.
התוצר של בעירה מלאה של גופרית הוא דו תחמוצת הגופרית:
S +O 2 →SO 2.
במקרה זה, חנקן, הלוגנים ואלמנטים בלתי דליקים אחרים משתחררים בצורה חופשית.
חומר בעירה - גז
כדוגמה, הבה נחשב את הערך הקלורי של מתאן CH 4, שחום הבעירה עבורו שווה ל ש ג=882.6 .
· בואו נקבע את המשקל המולקולרי של מתאן בהתאם לנוסחה הכימית שלו (CH 4):
M=1∙12+4∙1=16 גרם/מול.
· בואו נקבע את הערך הקלורי של 1 ק"ג מתאן:
· בואו נמצא את הנפח של 1 ק"ג של מתאן, לדעת את הצפיפות שלו ρ=0.717 ק"ג/מ"ק בתנאים רגילים:
.
· בואו נקבע את הערך הקלורי של 1 מ"ר של מתאן:
הערך הקלורי של כל גזים דליקים נקבע באופן דומה. עבור חומרים נפוצים רבים, חום בעירה וערכים קלוריות נמדדו בדיוק גבוה והם ניתנים בספרות ההתייחסות הרלוונטית. להלן טבלה של הערכים הקלוריים של כמה חומרים גזים (טבלה 5.1). עוצמה שבטבלה זו ניתן ב-MJ/m 3 וב-kcal/m 3, שכן 1 kcal = 4.1868 kJ משמש לעתים קרובות כיחידת חום.
טבלה 5.1
ערך קלורי של דלקים גזים
|
חומר |
אֲצֵיטִילֵן |
|||||
|
ש |
||||||
חומר בעירה - נוזל או מוצק
כדוגמה, הבה נחשב את הערך הקלורי של אלכוהול אתילי C 2 H 5 OH, שעבורו חום הבעירה הוא ש ג= 1373.3 קילו ג'ל/מול.
· בואו נקבע את המשקל המולקולרי של אלכוהול אתילי בהתאם לנוסחה הכימית שלו (C 2 H 5 OH):
M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 גרם/מול.
בואו נקבע את הערך הקלורי של 1 ק"ג של אלכוהול אתילי:
הערך הקלורי של כל חומר בעירה נוזלי ומוצק נקבע באופן דומה. בשולחן 5.2 ו-5.3 מציגים את הערכים הקלוריים ש(MJ/kg ו-kcal/kg) עבור חלק מהנוזלים והמוצקים.
טבלה 5.2
ערך קלורי של דלקים נוזליים
|
חומר |
מתיל אלכוהול |
אתנול |
מזוט, שמן |
||||
|
ש |
|||||||
טבלה 5.3
ערך קלורי של דלקים מוצקים
|
חומר |
העץ טרי |
עץ יבש |
פחם חום |
כבול יבש |
אנתרציט, קולה |
||
|
ש |
|||||||
הנוסחה של מנדלייב
אם הערך הקלורי של הדלק אינו ידוע, ניתן לחשב אותו באמצעות הנוסחה האמפירית שהוצעה על ידי D.I. מנדלייב. כדי לעשות זאת, אתה צריך לדעת את הרכב היסודות של הדלק (נוסחת דלק שווה ערך), כלומר, אחוז התוכן של היסודות הבאים בו:
חמצן (O);
מימן (H);
פחמן (C);
גופרית (S);
אפר (א);
מים (W).
תוצרי שריפת הדלק מכילים תמיד אדי מים, הנוצרים הן עקב נוכחות הלחות בדלק והן במהלך שריפת המימן. פסולת תוצרי בעירה עוזבת מפעל תעשייתי בטמפרטורה מעל נקודת הטל. לכן, החום המשתחרר במהלך עיבוי אדי המים אינו יכול לשמש שימוש מועיל ואין לקחת אותו בחשבון בחישובים תרמיים.
הערך הקלורי נטו משמש בדרך כלל לחישוב Q nדלק, אשר לוקח בחשבון הפסדי חום עם אדי מים. עבור דלקים מוצקים ונוזלים הערך Q n(MJ/kg) נקבע בערך על ידי נוסחת מנדלייב:
Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
כאשר אחוז התוכן (משקל) של היסודות המתאימים בהרכב הדלק מצוין בסוגריים.
נוסחה זו לוקחת בחשבון את החום של תגובות בעירה אקזותרמיות של פחמן, מימן וגופרית (עם סימן פלוס). החמצן הכלול בדלק מחליף חלקית את החמצן באוויר, ולכן המונח המקביל בנוסחה (5.1) נלקח עם סימן מינוס. כאשר הלחות מתאדה, חום נצרך, ולכן המונח המקביל המכיל W נלקח גם עם סימן מינוס.
השוואה של נתונים מחושבים וניסויים על הערך הקלורי של דלקים שונים (עץ, כבול, פחם, שמן) הראתה שחישוב באמצעות נוסחת מנדלייב (5.1) נותן שגיאה שאינה עולה על 10%.
ערך קלורי נטו Q n(MJ/m3) של גזים דליקים יבשים ניתן לחשב בדיוק מספיק כסכום התוצרים של הערך הקלורי של רכיבים בודדים ואחוז התוכן שלהם ב-1 m3 של דלק גזי.
Q n= 0.108[Н 2 ] + 0.126[СО] + 0.358[СН 4 ] + 0.5[С 2 Н 2 ] + 0.234[Н 2 S ]…, (5.2)
כאשר אחוז התוכן (נפח %) של הגזים המתאימים בתערובת מצוין בסוגריים.
בממוצע, הערך הקלורי של גז טבעי הוא כ-53.6 MJ/m 3 . בגזים דליקים המיוצרים באופן מלאכותי, התוכן של מתאן CH4 אינו משמעותי. הרכיבים הדליקים העיקריים הם מימן H2 ופחמן חד חמצני CO. בגז תנור קוק, למשל, תכולת H2 מגיעה ל-(55 ÷ 60)%, והערך הקלורי התחתון של גז כזה מגיע ל-17.6 MJ/m3. גז המחולל מכיל CO ~ 30% ו- H 2 ~ 15%, בעוד שהערך הקלורי התחתון של גז המחולל הוא Q n= (5.2÷6.5) MJ/m3. תכולת CO ו-H 2 בגז כבשן פיצוץ נמוכה יותר; עוצמה Q n= (4.0÷4.2) MJ/m 3.
בואו נסתכל על דוגמאות לחישוב הערך הקלורי של חומרים באמצעות נוסחת מנדלייב.
הבה נקבע את הערך הקלורי של פחם, שהרכב היסודות שלו ניתן בטבלה. 5.4.
טבלה 5.4
הרכב יסודי של פחם
· הבה נחליף את אלו המופיעים בטבלה. 5.4 נתונים בנוסחת מנדלייב (5.1) (חנקן N ואפר A אינם כלולים בנוסחה זו, מכיוון שהם חומרים אינרטיים ואינם משתתפים בתגובת הבעירה):
Q n=0.339∙37.2+1.025∙2.6+0.1085∙0.6–0.1085∙12–0.025∙40=13.04 MJ/kg.
הבה נקבע את כמות עצי הסקה הנדרשת לחימום 50 ליטר מים מ-10 מעלות צלזיוס ל-100 מעלות צלזיוס, אם 5% מהחום המשתחרר במהלך הבעירה נצרך לחימום, ואת יכולת החום של המים עם=1 קק"ל/(ק"ג∙ מעלות) או 4.1868 קילו-ג'יי/(ק"ג∙דיג). ההרכב היסודי של עצי הסקה ניתן בטבלה. 5.5:
טבלה 5.5
הרכב יסודי של עצי הסקה
|
· בואו נמצא את הערך הקלורי של עצי הסקה באמצעות נוסחת מנדלייב (5.1): Q n=0.339∙43+1.025∙7–0.1085∙41–0.025∙7= 17.12 MJ/kg. · בואו נקבע את כמות החום המושקעת בחימום מים בעת שריפת 1 ק"ג עצי הסקה (בהתחשב בעובדה ש-5% מהחום (a = 0.05) המשתחרר במהלך הבעירה מושקע בחימוםם): ש 2 =א Q n=0.05·17.12=0.86 MJ/kg. · בואו נקבע את כמות עצי הסקה הנדרשת לחימום 50 ליטר מים מ-10°C ל-100°C:
לפיכך, נדרשים כ-22 ק"ג עצי הסקה לחימום מים. |
ק"ג.
