- •Федеральное агентство по образованию
- •В.А. Яблоков теория горения и взрывов
- •Содержание
- •Глава 1. Теоретические основы процесса горения 3
- •Глава 2. Особенности горения газов, жидкостей и твердых веществ 11
- •Глава 3. Механизм горения 21
- •Глава 4. Взрывчатые вещества 29
- •Глава 5. Топливо 33
- •Глава 6. Экологические проблемы 50
- •Глава 1
- •1.1. Некоторые понятия и определения
- •1.2. Вспышка и воспламенение гомогенных и гетерогенных систем
- •1.3. Пламя
- •1.4. Кинетическая и диффузионная области горения
- •Глава 2
- •2.1. Особенности горения газов
- •2.2. Особенности горения жидкостей
- •2.3. Теория теплового воспламенения
- •2.4. Основы теории цепных реакций
- •Глава 3
- •3.1. Механизм горения водорода в кислороде
- •3.2. Механизм горения оксида углерода (II)
- •3.3. Механизм горения метана
- •3.4. Механизм горения углерода
- •Глава 4
- •4.1. Характеристика процессов протекающих при взрыве
- •4.2. Практическое использование взрывов
- •Глава 5
- •Классификация топлива
- •5.1. Важнейшие свойства топлива
- •5.2. Важнейшие компоненты топлива
- •5.3. Теплотворная способность топлива
- •5.4. Твердое топливо
- •5.5. Жидкое топливо
- •5.6. Мировые запасы нефти
- •5.7. Переработка нефти
- •Дизельное топливо
- •Глава 6
- •6.1. Токсическое воздействие загрязняющих веществ
- •6.2. Предельно допустимые концентрации (пдк) примесей
- •Пдк некоторых вредных примесей в атмосфере на территории России
- •Твердые частицы
- •6.3. Кислотные дожди
- •6.4. Канцерогенные вещества
- •6.5. Образование оксидов азота при сжигании топлива
5.1. Важнейшие свойства топлива
Основные характеристики топлива, определяющие его ценность, удобство использования, эффективность и др., приведены ниже:
Теплотворная способность, или теплота сгорания. Представляет собой количество теплоты, которое выделяется при сгорании либо 1 кг, либо 1м3 топлива. Эта характеристика определяет расход топлива и транспортные расходы на единицу энергии.
Жаропроизводительность. Представляет собой максимальную температуру, которой можно достигнуть при сжигании топлива в адиабатических условиях. Определяет эффективность топлива в высокотемпературных процессах.
Содержание балласта, т.е. минеральной несгораемой массы, а также влаги в твердом и жидком топливе, а азота и углекислого газа – в газообразном топливе. Чем выше содержание балласта, тем ниже теплотворная способность и жаропроизводительность.
Содержание вредных примесей, снижающих ценность топлива и обуславливающих загрязнение окружающей среды (например, серы).
Выход летучих веществ и обуглероженных остатков (например, кокса), определяющий легкость его зажигания и целесообразность применения в данном технологическом процессе.
Удобство сжигания топлива (простота устройств для сжигания, легкость регулировки процесса горения).
Сложность и затраты подготовки топлива к сжиганию.
Степень сложности разведки, трудности добычи и себестоимость топлива.
Удаленность месторождения от районов потребления и стоимость перевозки, транспортировки.
5.2. Важнейшие компоненты топлива
Углерод. Имеет наибольшее значение. Его содержание в горючей массе (массе за вычетом воды и минеральных примесей) находится обычно в пределах от 50 до 99%.
Далее в тексте содержание какого-либо компонента в горючей массе обозначается верхним индексом "г".
В таблице 5 приведено содержание углерода и других важных компонентов в некоторых твердых видах топлива.
Т а б л и ц а 5
Содержание важных компонентов в некоторых твердых видах топлива
(в горючей массе), %
Топливо |
Сг |
Sг |
Hг |
Ог |
Выход летучих |
Дрова |
51 |
- |
6,1 |
42,3 |
85 |
Торф |
50 - 60 |
0,1 – 1,5 |
5 – 6,5 |
30 - 40 |
70 |
Сланцы |
60-75 |
4-13 |
7-10 |
12-17 |
80-90 |
Бурый уголь |
64-78 |
0,3-6 |
3,8-6,3 |
15-26 |
40-60 |
Каменный уголь |
75-90 |
0,5-6 |
4-6 |
2-13 |
9-50 |
Антрацит |
93-94 |
2-3 |
2 |
1-2 |
3-4 |
В природном газе содержится 75-90% углерода, в бензине 85%, в керосине – 86%.
В среднем горение углерода в различных видах топлива, независимо от его состава, дает около 33мДж/кг.
Жаропроизводительность углерода равна 2240°С (средняя по всем видам топлива).
Водород. Второй по значению компонент. Содержание в твердых видах топлива см. табл. 5. В дизельном топливе содержится 13%, в мазуте – 11-12%, в керосине 14%, в бензине 15%, в сжиженном газе 18%, а в природном газе до 25%.
В среднем сгорание 1 кг водорода в составе топлива дает 141,5мДж теплоты, что в 4,2 раза выше теплоты сгорания углерода. Поэтому с увеличение содержания водорода в топливе растет его теплотворная способность и жаропроизводительность. Из углеводородов наибольшая теплотворная способность у метана (50мДж/кг). У мазута, к примеру, она равна 42мДж/кг.
Жаропроизводительность водорода равна 2235°С.
Кислород. Третий важнейший компонент горючей массы. Его практически нет в жидком и газообразном топливе.
Чем моложе твердое топливо, тем больше оно содержит кислорода (см. табл. 5, в которой сверху вниз растет возраст топлива).
Кислород в топливе снижает теплоту сгорания. В этом смысле он является балластом. В основном он находится в составе таких функциональных групп, как -ОН, -СООН, и уже не способен окислять углерод и водород топлива.
С другой стороны, топливо с высоким содержанием кислорода характеризуется высоким выходом летучих веществ и легко зажигается.
Сера. Сера может содержаться в трех состояниях:
Органическая – в составе сложных органических соединений. Встречается в жидком и твердом топливе.
Колчеданная, или пиритная. Содержится в виде железного колчедана FeS2. Содержится только в твердом топливе.
Сульфатная – в составе сульфатов различных металлов (кальция, железа и др.). Содержится только в твердом топливе.
Сера не только снижает теплотворную способность, но и сильно загрязняет окружающую среду, выделяясь в виде оксидов.