Информативные ответы на все вопросы курса «Теплотехника» в соответствии с Государственным образовательным стандартом.
1. Основные виды ресурсов.
Основные составляющие жидкого топлива
Топливо – источник получения энергии; горючее вещество, вырабатывающее при сгорании значительное количество теплоты.
По агрегатному состоянию выделяют твердое, жидкое и газообразное топливо.
К твердому естественному топливу относят дрова, бурые и каменные угли, торф, антрацит; к твердому искусственному топливу – кокс, древесный уголь, брикеты и пыль из бурого и каменного углей, термоантрацит. Естественного жидкого топлива нет. В качестве искусственного жидкого топлива используют различные смолы и мазут. Газообразное топливо может быть естественным, таким как природный газ. В качестве искусственного газообразного топлива применяют газы, получаемые в коксовых печах (коксовые), в доменных печах (доменные или колошниковые) и в газогенераторах (генераторные).
Жидкие топлива – это в основном вещества органического происхождения, основные составляющие элементы которых – углерод, водород, кислород, азот и сера.
Углерод (С) – основной носитель теплоты. При сгорании 1 кг углерода выделяется 34 000 кДж теплоты. Углерод может содержаться в мазуте до 85%, образуя соединения.
Водород (Н) – второй наиболее важный элемент топлива: при сгорании 1 кг водорода выделяется около 125 000 кДж теплоты. Содержание водорода в жидких топливах составляет 10%.
В состав жидкого топлива входят также влага (W) и до 0,5% золы (А).
Азот (N) и кислород (О) входят в состав сложных органических кислот и фенолов, содержатся в топливе в небольших количествах (около 3%).
Сера (S) при сгорании выделяет большое количество теплоты, однако сернистые соединения при взаимодействии с расплавленными или нагреваемыми металлами ухудшают их качество: продукты горения, содержащие сернистые соединения, повышают коррозию металлических деталей печей, сталь, насыщенная серой, обладает повышенной красноломкостью. Сера обычно входит в состав углеводородов (до 4% и более).
Состав рабочего топлива:
Cp + Hp + Op + Np + Sp + Аp = 100 %.
Высушенное топливо, не имеющее влаги, называют сухой массой (с):
Cс + Hс + Oc + Nс + Sc + Ас = 100%. Органическую массу топлива, содержащую серу, называют горючей массой (г):
Сг + Нг + Ог + Nг + Sг = 100.
2. Основные составляющие газообразного топлива
Газообразные топлива – это в основном смесь различных газов, таких как метан, этилен, и других углеводородов. Также в состав газообразного топлива входят оксид углерода, диоксид углерода или углекислого газа, азот, водород, сероводород, кислород и другие газы, а также водяные пары.
Природный газ добывают из чисто газовых месторождений или вместе с нефтью (попутный газ). В первом случае основной горючей составляющей является метан, содержание которого может доходить до 95– 98%. Попутные газы, помимо метана, содержат значительные количества других углеводородов: этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12) и др. Попутные газы имеют высокую теплоту сгорания, но в качестве топлива их используют редко. Их применяют в основном в химической промышленности.
С помощью приборов, называемых газоанализаторами, определяют состав газообразного топлива.
В состав сухого газообразного топлива входят:
CH4+ C2H4+ CO2 + H2+ H2S + CmHn+ N2 + O2+… = 100.
Метан (СН4) – основная составляющая часть многих природных газов. При сгорании 1 м3 метана выделяется 35 800 кДж теплоты. Метана в природных газах может содержаться до 93-98%.
Этилен (С2Н4) – при сгорании 1 м3 этилена выделяется 59 000 кДжтеплоты. В газах может содержаться небольшое его количество.
Водород (Н2) – при сгорании 1 м3 водорода выделяется 10 800 кДж теплоты. Многие горючие газы, кроме коксового, содержат относительно небольшое количество водорода. Однако в коксовом газе его содержание может достигнуть 50-60%.
Пропан (С3Н8), бутан (С4Н10) – при горении этих углеводородов выделяется большее количество теплоты, чем при сгорании этилена, но в горючих газах их содержание незначительно.