Теплота сгорания и калорийные эквиваленты топлива

Вид топлива	Теплота сгорания QP.H., кДж/кг	Калорийный эквивалент
Условное топливо (донецкий каменный уголь)	29308	1,00
Антрацит	30230	1,03
Бурый уголь	14235	0,49
Торф	13440	0,46
Дрова	12560	0,43
Нефть	41867	1,42
Мазут	41448	1,40

Оценка процесса горения

Процесс горения топлива характеризуется по коэффициенту избытка воздуха и по составу продуктов сгорания топлива.

Коэффициент избытка воздуха представляет собой отношение действительного количества воздуха, израсходованного на сгорание топлива к теоретически необходимому для полного его сгорания,

.

Значение коэффициента избытка воздуха зависит от вида топлива (табл. 3), условий его сжигания, конструкции двигателя или топочного устройства.

Таблица 3

Ориентировочные значения коэффициента избытка воздуха

Вид топлива	Значение
Газообразное	1,05–1,20
Бензин	0,90–1,15
Дизельное	1,20–1,40
Моторное	1,50–1,70
Твердое пылевидное	1,04–1,10
Бурый уголь, торф, дрова	1,50–2,00
Каменный уголь	1,30–1,90
Кокс, андрацит	1,40–1,60
Отходы с.–х. производства	1,60–2,00

Уменьшение коэффициента избытка воздуха в сравнении с его оптимальным значением приводит к повышенному расходу топлива за счет неполноты его сгорания. При чрезмерном увеличении а процесс сгорания также будет неоптимальным из-за потерь теплоты на нагревание избыточного воздуха и, следовательно, снижения температуры горения.

Состав продуктов сгорания характеризует процесс горения топлива. например, отсутствие в продуктах сгорания оксида углерода СО свидетельствует о полном сгорании топлива; наличие в продуктах сгорания СО или Н₂ указывает на неполное сгорание.

Общее понятие о составе нефти

Нефть представляет собой сложную смесь различных соединений углерода с водородом. По элементному составу она содержит:

углерода — 83...87%,

водорода — 11...14;

кислорода — 0,1…1,2;

азота — 0,02.„1,7 и

серы — 0,01...5,5 %.

По внешнему виду нефть — маслянистая жидкость от темно-коричневого до желтого цвета. Ее плотность 0,75... 1,3 г/см³

Основную массу вещества нефти составляют углеводороды трех главных групп — парафиновые, нафтеновые и ароматические. Кроме углеводородов, в нефти содержатся незначительные количества кислородных, азотистых соединений, а также минеральные примеси и вода.

Парафиновые углеводороды,

Парафиновые углеводороды отличаются высокой температурой застывания, что делает нежелательным их присутствие в топливе и смазочных маслах зимних сортов.

Общее содержание парафиновых углеводородов в нефти и продуктах ее переработки составляет около 50...60%; в нефтепродуктах наиболее высокое их содержание приходится на фракции, выкипающие до 150°С.

Нафтеновые углеводороды, обладающие невысокими температурами кипения, понижают температуру застывания и поэтому представляют собой ценный составной компонент топлива и смазочных масел зимних сортов. Благодаря устойчивости нафтеновых углеводородов к окислению при высоких -температурах карбюраторное топливо характеризуется хорошими противодетонационными свойствами.

Содержание нафтеновых углеводородов в нефти колеблется в пределах от 20 до 30 % и выше, в масляных фракциях достигает 70 %.

Ароматические углеводороды обладают высокой термической устойчивостью к реакциям окисления. Для этих углеводородов характерны большие значения вязкости, плотности, температуры кипения в сравнении с цикланами и алканами той же молекулярной массы. При понижении температуры вязкость ароматических углеводородов резко возрастает, что отрицательно сказывается на свойствах смазочных масел.

Ароматические углеводороды устойчивы к окислению, поэтому в их присутствии противодетонационные свойства карбюраторного топлива повышаются. По этим же причинам ароматические углеводороды нежелательны в дизельном топливе, т.к. они вызывают увеличение периода задержки самовоспламенения, что способствует жесткой работе дизеля.

В нефти содержится от 10 до 50 % ароматических углеводородов. Их количество в отдельных фракциях нефти возрастает по мере повышения температуры кипения фракции.

Непредельные углеводороды образуются в процессе термической переработки нефти. Они легко окисляются и склонны к реакциям присоединения и уплотнения (полимеризации). В результате полимеризации образуются высокомолекулярные смолисто-асфальтовые вещества, из-за чего непредельные углеводороды нежелательны в моторном топливе и смазочных маслах.

Кислородные соединения включают в себя две группы веществ: органические кислоты и смолисто-асфальтовые вещества.

Органические кислоты нефти и нефтепродуктов в основном представляют собой нафтеновые кислоты.

Нафтеновые кислоты не вызывают коррозию черных металлов, но с цветными (особенно с цинком и свинцом) взаимодействуют интенсивно, образуя соли.

Смолисто-асфальтовые вещества — сложные соединения углерода, водорода, кислорода, иногда серы, которая частично заменяет водород.

Наибольшее количество смолисто-асфальтовых веществ содержится в тяжелых фракциях нефти; в бензиновых фракциях они отсутствуют.

Смолисто-асфальтовые вещества подразделяются на нейтральные нефтяные смолы, асфальтены, карбены и карбоиды, кислые нефтяные смолы.

Нейтральные смолы — это полужидкие тягучие вещества, темно-желтого или коричневого цвета, обладающие сильной окрашивающей способностью. Плотность смол около 1 г/см³. Смолы хорошо растворяются во всех нефтепродуктах, плохо — в спирте и ацетоне.

Асфальтены представляют собой темно-бурые или черные твердые вещества, также обладающие сильной окрашивающей способностью. Плотность их больше 1 г/см³. Асфальтены нерастворимы в легких фракциях нефти и спирте; в бензоле, хлороформе, четыреххлористом углероде, в тяжелых фракциях нефти (масляных) и особенно в нефтяных смолах они растворяются, образуя коллоидные растворы.

Сернистые соединения в нефти и нефтепродуктах могут находиться в свободном виде, а также в составе смолисто-асфальтовых веществ.

Наличие активных сернистых соединений в нефтепродуктах не допускается. Неактивные сернистые соединения менее вредны. Присутствие некоторых из них в смазочных маслах повышает прочность масляной пленки, что способствует снижению износа. Для топлива все сернистые соединения нежелательны, так как в процессе сгорания выделяются сернистый и серный газы. Они, вступая в реакцию с водой, образуют сильнодействующие кислоты, вызывающие интенсивную коррозию деталей двигателя.

Азотистые соединения присутствуют в нефтях в ничтожных количествах (0,03 ...0,3 %) и практически могут быть удалены при очистке нефтепродуктов.

Минеральные примеси и вода в нефти могут содержаться в небольших количествах и легко удаляются при отстаивании.