Лекция 14 топливо и основы теории процессов горения

14. Энергетическое топливо

Энергетическим топливом называют такие горючие вещества, которые экономически целесообразны при сжигании в технических устройствах для получения теплоты.

В качестве топлива можно использовать такое горючее вещество, которое удовлетворяет следующим требованиям: 1) выделяет при сгорании достаточно большое количество теплоты; 2) в продуктах сгорания отсутствуют компоненты, губительно действующие на окружающий растительный и животный мир; 3) встречается в природе или его получают при переработке других горючих веществ в значительных количествах; 4) экономически целесообразно при добыче и транспортировке к местам потребления; 5) сравнительно легко воспламеняется.

§ 1. Классификация топлива

По происхождению топливо подразделяется на естественное, добываемое из недр земли, и искусственное, получаемое путем переработки естественного топлива. По физическому состоянию оно может быть твердым, жидким и газообразным.

Общая классификация топлива приводится в таблице 3.

§ 2. Состав топлива

Топливо, подаваемое в топку, называется рабочим топливом. В состав органического топлива входят горючие элементы и негорючие примеси (балласт).

Горючие составляющие твердого и жидкого топлив – углерод С, водород Н, кислород О, сера органическая S_ор и сера колчеданная S_н – образуют с кислородом О и азотом N сложные химические соединения.

3. Общая классификация топлив

Физическое состояние	Естественное	Искусственное
Твердое Жидкое Газообразное	Древесина, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, горючие сланцы Нефть Природный газ, попутный нефтяной газ	Древесный уголь, кокс, термоантрацит, торфяные брикеты и др. Мазут, соляровое масло, дизельное и моторное топливо, керосин, бензол, спирт и др. Газы: доменный, генераторный, коксовый, подземной газификации твердого топлива

Балластом топлив являются зола А и влага W. Состав топлив выражается в процентах, отнесенных к 1 кг массы. Уравнение состава рабочей массы жидкого и твердого топлив:

C^p + H^p + O^p + N^p + S^p_op + S^p + A^p + W^p = 100%. (179)

Состав топлива по рабочей массе используют при тепловых расчетах котельных агрегатов (приложения 9, 10).

При классификации и изучении свойств топлива пользуются понятиями «сухая масса топлива» и «горючая масса топлива». Если W = 0, то масса топлива называется сухой и выражается уравнением:

C^c + H^c + S^c_op + S^c + O^c + N^c + A^c = 100%. (180)

Если W = 0, А = 0, то масса топлива называется горючей, причем в нее условно включаются кислород и азот, которые не горят.

Газообразное топливо, так же, как твердое и жидкое, представляет собой смесь различных компонентов и делится на естественное и искусственное. Состав газообразного топлива выражают в процентах по объему входящих в него различных газов, а расчеты относят к 1 м³ при давлении 101325 Па (760 мм рт. ст.) и температуре 273,16 К (0 ⁰С). Эти параметры газов называют нормальными. Стандартными условиями считают параметры газа: давление 101325 Па и температуру 293,16 К (20 ⁰С).

Для приведения объема газа V_t при давлении _t и температуре t к нормальным условиям используют формулу

(181)

где V₀ = объем газа при нормальных условиях, м³.

Для приведения к стандартным условиям:

(181)

где V₂₀ – объем газа при стандартных условиях, м³.

Основные составляющие природного и попутного газов – метан СН₄ (50…95%), этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀, другие углеводороды, углекислый газ СО₂, азот N₂ (последние два компонента являются балластом).

В состав искусственного газообразного топлива входят окись углерода СО, водород Н₂, метан, углекислый газ и азот. В газообразным топливе содержатся также водяные пары, различные смолы и др.

Для коммунально-бытовых целей широко применяются сжиженные газы, состоящие в основном из легкоконденсирующихся при сжатии углеводородов – пропана и бутана. Различают три марки сжиженных газов: смесь пропан-бутан техническая зимняя – СПБТЗ, летняя – СПБТЛ и бутан технический – БТ.

Сжиженные газы хранят и перевозят в баллонах емкостью от 20 до 55 л, рассчитанных на условное давление до 200 атм, и от 80 до 500 л – на давление до 250 атм.