10. Паливо і мастильні матеріали.

Паливо - речовина, що виділяє при згорянні значну кількість тепла і може викоРистовуватись для отримання енергії.

Усі технологічні процеси пов'язані з споживанням або виділенням енергії. Різні споживачі потребують різні види енергії. Існують різні форми енергії: хвильова (випромінювання), теплова (рух атомів і молекул), електрична(рух електричних зарядів), хімічна (зміна електричної структури міжатомного з‘єднання), механічна. Перетворення однієї форми енергії в іншу називається конверсією. Економічна доцільність експлуатації певної технології конверсії енергії визначається співвідношенням отриманої чистої енергії А, до частини Б, яка повертається для забезпечення процесу конверсії. Частину енергії Б називають енергетичним штрафом. Конверсія енергії доцільна якщо А/Б2. Найважливіша практична характеристика енергії, що визначає економічну ефективність її застосування, є її концентрованість, тобто якість. Чим нижча якість енергії, тим більший енергетичний штраф. В технологічних ланцюгах пocлiдoвнoї конверсії енергії ( хімічна—теплова— механічна—електрична ) її якість невпинно зростає .

Основне джерело енергії на землі - хімічна енергія палива. За рахунок природного викопного палива отримують 70... 80% всієї споживаємої енергії. Воно повинне відповідати таким вимогам:

— достатність і доступність певної речовини, або сировини для її отримання;

— можливість спалювання при достатньо високому використанні отриманого тепла;

— практична нешкідливість продуктів згоряння для обслуговуючого персоналу, устаткування та навколишнього середовища;

— економічна доцільність використання.

Загальна класифікація палива здійснюється за певними ознаками (Рис10.2). Найбільш доцільно здійснювати комплексне використання палива, яке полягає у попередій технологічній обробці для отримання цінних продуктів і сировини для хімічної промисловості. Залишок використовують як енергетичне паливо.

Основні властивості паливо-мастильних матеріалів визначається такими факторами (Рис. 10.1)

Рисунок 10.1 Властивості паливо-мастильних матеріалів (ПММ)

Рис 10.2 Загальна класифікація палив

10.1 Склад і властивості палива

Властивості палива переважно залежать від хімічного складу. Основним елементом більшості видів палива є вуглець. Саме паливо складається з горючої та негорючої частин. До горючої частини палива входять також водень і сірка. Чим більше вуглецю та водню міститься в паливі, тим більше теплоти виділяється при його згорянні. До негорючої частини палива входять азот, мінеральні речовини та волога. При спалюванні палива утворюються тверді та газові речовини. До твердих відходів відносять попіл, жужелицю та сажу. Жужелиця — мінеральний залишок, що складається з різних оксидів ( MgО, Na₂О, FeO, CaO, Fe₂O₃). Вона буває тугоплавкою (температура плавлення вища за 1425⁰С) і являє собою легко видаляєму масу, легкоплавкою ( температура плавлення до 1200⁰ С) - твердий залишок у вигляді окремих шматків або суцільної злипшоїся маси. Газові відходи - оксиди вуглецю, азоту та сірки. Для захисту довкілля від забруднення речовинами, які утворюються при згорянні палива, застосовують різні фільтри та пристрої, що очищають або знешкоджують шкідливі викиди.

Склад палива з точки зору окремих не пов'язаних один з одним хімічних елементів називають елементним і позначають літерами: С- вуглець. О- кисень, N- азот, S- сірка. А- жужелиця (шлак),W- волога. Знання елементного складу потрібно для визначення маси палива, теплової спроможності та екологічної оцінки. Виділяють такі види маси палива:

робоча маса - видобуте з надр і збагачене паливо, яке містить зовнішню вологу;

аналітична (повітряно-суха) маса – видобуте з надр і збагачене паливо, яке містить тільки внутрішню вологу;

суха маса - маса палива з якого видалена вся волога;

горюча маса - маса палива з якого видалена волога і шлаки;

органічна маса - маса палива з якого видалена волога, шлаки та сірка (залишились вуглець, водень, кисень та азот).

Основною властивістю палива та його найважливішою характеристикою є теплота згоряння, яку вимірюють у джоулях, кілоджоулях або в калоріях (1кал=4,1868Дж). Теплота, що виділяється при згорянні 1кг твердого (рідкого) або 1м³ газоподібного палива при t=20⁰С і тиску 101,ЗкПа називають питомою теплотою згоряння (кДж/ Кг; кал/кг; кДж/м³; ккал/м³) і позначають Q або q. Розрізняють такі види питомої теплоти згоряння:

Нижча питома теплота згорання Q_н - кількість тепла, що виділяється при згорянні 1кг твердого (рідкого) або 1м³ газоподібного палива без врахування тепла витраченого на випаровування вологи;

Вища питома теплота згорання Q_в - кількість тепла, що виділяється при згорянні 1кг твердого (рідкого) або 1 м ³ газоподібного палива з врахування тепла витраченого на випаровування вологи.

Для порівняння або розрахунків взаємозаміни різних видів палива користуються поняттями “умовне паливо” та „паливний еквівалент”. Умовним називають паливо, яке має теплоту згоряння Q_в=7000 ккал/кг=29307.6 кДж (29307,6 кДж/м³). Калорійний паливний коефіцієнт визначають за формулою:

Ек =

де Q ^р - нижча питома теплота згоряння робочої маси контрольованого палива;

Q _у - теплота згоряння умовного палива.

Витрати конкретного палива (Р_k) знаходять за формулою:

Р_k= Ру=Рk  Ek