Склад і основні характеристики різних видів палива

Склад палива. Умовне паливо.

Всі існуючі види палива поділяються на тверді, рідкі, газоподібні. Для нагріву використовуються також теплову дію електричного струму і пиловидне паливо. Деякі групи палива, в свою чергу, діляться на дві підгрупи, з яких одна є паливо в тому вигляді, в якому воно добувається, і це природне паливо; інша підгрупа - паливо, яке може бути отримане шляхом переробки природного палива, і воно називається штучним.

А). природне - дрова, кам'яне вугілля, антрацит, торф.

Б). штучне - деревне вугілля, кокс і пиловидне, яке виходить з подрібнених частин.

А). природне - нафту.

Б). штучне - бензин, гас, мазут, смола.

А). природне - природний газ.

Б). штучне - генераторний газ, одержуваний при газифікації різних видів палива (торфу, дров, кам'яного вугілля та іншого), коксувального і інші гази.

Всі види палива складаються з одних і тих же елементів. Різниця між видами палива полягає в тому, що ці елементи містяться в паливі в різних кількостях. Елементи діляться на дві групи. До першої групи належать ті елементи, які горять самі або підтримують горіння. До таких відносяться вуглець, водень, кисень. До другої групи належать ті, які самі не горять і не сприяють горіння; до них відносяться азот і вода. Особливо від названих елементів варто сірка. Вона є горючою речовиною і при горінні виділяє тепло, але її присутність в паливі небажано, так як при горінні сірки виділяється сірчистий газ, який переходить в нагрівається метал і погіршує його механічні властивості.

Кількість тепла, що виділяється паливом при згорянні, вимірюється калоріями. Кожне паливо при горінні виділяє неоднакова кількість тепла. Кількість тепла, яке виділяється при повному згорянні 1 кг твердого або рідкого палива або при згорянні 1 м ³ газоподібного, називається теплотворною здатністю. Теплотворна здатність має широкі межі. Наприклад, для мазуту теплотворна здатність становить близько 10000 ккал / кг, для якісного кам'яного вугілля - 7000 ккал / кг. Чим вище теплотворна здатність палива, тим воно цінніше, так як для отримання одного і того ж кількості тепла його потрібно менше. Для порівняння теплової цінності палива застосовується загальна одиниця виміру. В якості такої одиниці прийнято паливо, що має теплотворну здатність 7000ккал / кг (29,31 МДж / кг). Ця одиниця називається умовним паливом. У деяких країнах застосовується інші одиниці. Наприклад, у Франції це паливо, яке має або нижчу теплоту згоряння 27,3МДж / кг (6500 ккал / кг), або вищу 28,3 МДж / кг (6750 ккал / кг).

1. Дрова мають порівняно невеликий теплопродуктивністю (питома теплота згоряння 10,2МДж / кг), підвищеною вологістю і легкою вагою. Перевозити їх на велику відстань невигідно, тому дрова є переважно місцевим паливом.

Дрова зручні тим, що вони містять мало золи (1-2%), легко спалахують і дають довге полум'я. Це робить їх одним з найбільш підходящих видів палива для випалу цегли в усіх періодичних, зокрема в підлогових, печах, в яких довге полум'я сприяє більш рівномірному випалу по висоті камери.

Вологість свіжозрубаних дров, рівна приблизно 45-46%, залежить від породи дерева, його віку та часу рубки. Чим молодше дерево, тим більше воно містить вологи. Взимку і восени дерева містять менше вологи, ніж навесні і влітку, тому ліс потрібно рубати в цей час.

Щільні важкі породи дров горять повільніше, виділяючи велику кількість тепла і розвиваючи в топках більш високу температуру. Легкі ж породи дров згоряють швидко і дають більш довге полум'я, тому вони більш придатні для рівномірного випалу.

Дрова - єдине джерело енергії, який повністю поглинає власні газоподібні продукти горіння і не призводить до виникнення парникового ефекту.

2. Торф - це цінний природний біологічний матеріал. Це наймолодший з усіх видів палива відкладення, яке утворилося природним чином: розкладанням відмерлих частин дерев, чагарників, трав. Це відбувається при підвищеній вологості і обмеженому доступі кисню.

Торф як біопаливо застосовується найчастіше в сільському господарстві, тваринництві, медицині, біохімії та енергетиці. Завдяки сучасним технологіям розвитку виробництва стали отримувати високопродуктивні грунту, як для вирощування продуктів харчування, так і для добрив, ізоляційних і пакувальних матеріалів, вуглецевого відновника металу і ін.

Але також у торфу є і недоліки. Це нижча, ніж у вугілля енергетична калорійність і труднощі спалювання через високий вміст вологи (до 65%). Зате переваги торфу це не що інше як екологічна чистота згоряння і низька собівартість виробництва.

- рослинні волокна, що поліпшують водно-повітряний стан грунту;

- гумінові кислоти, що активують ріст рослин;

- мікроелементи - азот, калій, фосфор, кальцій, залізо, магній.

За походженням торф буває:

- верхової. Складається із залишків сфагнових мохів, пухівки, багно. Характеризується низькою зольністю, високою теплотворною здатністю, високою вологоємністю (від 600 до 1200%), підвищеною кислотністю, низьким ступенем розкладання.

Теплота згоряння торфу 24 МДж / кг.

3. Кам'яне вугілля має кращі теплоенергетичні характеристики, тому є фаворитом споживчого попиту. Кам'яне вугілля містить: вуглецю 75-95%, водню 1,5-5,7%, кисню 1,5-15%, азоту до 1,5%, сірки 0,5-4%, золи 3-4,5%, вологи до 12%, а також до 32% летких речовин. Теплотворна здатність досягає 7000 ккал / кг, а 1 кг кам'яного вугілля дозволяє отримати 6,67 кВт / год теплової енергії.

Кам'яне вугілля відноситься до найменш екологічним видам палива, так як при його спалюванні в атмосферу викидається велика кількість шкідливих викидів.

Застосування вугілля дуже різноманітно і широко. Його використовують для вироблення електроенергії на теплових електростанціях, а також спалюють і для інших енергетичних цілей; з нього отримують кокс для металургійного виробництва, а при хімічній переробці роблять ще близько 300 різних продуктів промисловості.

Теплота згоряння 29,3 МДж / кг.

4. Антрацит - це найдавніший викопне вугілля. За своїми характеристиками і властивостями він більш схожий на кам'яне вугілля. Їх різниця полягає в тому, що в складі антрациту більше вуглецю (більше 90%). Тобто, це означає, що антрацит більш горюча речовина, ніж використовуваний зазвичай вугілля.

Горить антрацит тільки при сильній тязі повітря. Причому горить або майже без полум'я, або взагалі без полум'я. А також без запаху і без диму.

Антрацит твердіше кам'яного вугілля і має наступну характеристику: щільність 1500-1700 кг / м², теплота згоряння 33,8-35,2 МДж / кг, в складі в горючій масі 9% летючих речовин.

6. Кокс - штучне тверде паливо підвищеної міцності; виходить при нагріванні до високих температур без доступу повітря природних палив або продуктів їх переробки. Залежно від виду сировини розрізняють кам'яновугільний, електродний пековий і нафтовий кокс. Основна кількість коксу виробляється з кам'яного вугілля.

Кам'яновугільний кокс є подовжені шматки сірого кольору.

Відносна щільність 1,8-1,95 г / м³, пористість в середньому близько 50%. Насипна маса коксу 400-500 кг / м³. теплота згоряння близько 29МДж / кг (близько 7000 ккал / кг), а його горючої маси близько 33МДж / кг (близько 8000 ккал / кг).

7. пилоподібного палива. В даний час все ширше застосовується для опалення нагрівальних, зокрема ковальських печей, пиловугільне опалення. Його особливо вигідно застосовувати на тих заводах, де немає газу, а є місцеве паливо (вугілля), яке не можна газифікувати.

Вугілля, спалюється в ковальських печах у вигляді пилу, повинен мати золи не більше 15-20%, летючих не менше 20%. Чим менше вугілля має золи, тим його пил горить краще. Важливим фактором, який необхідно враховувати при використанні пиловугільного палива, є температура плавлення золи. Найкращий вугілля той, у якого зола тугоплавка (вище 1300 ° С).

Чим більше летючих містить вугілля, тим краще загоряється пил, що готується з нього; факел горіння пилу виходить коротше. При змісті летючих менше 17% пил спалюється нестійкий, відбувається загасання факела, піч працює з перебоями. Тому пил з коксу і антрациту непридатна для нагрівальних печей.

Технологічні властивості рідкого палива, так же, як і природного газу, істотно краще, ніж твердого палива: в ньому відсутні зола і шлаки, не потрібні спеціальні пристрої для підготовки його до спалювання, воно має високу теплоту згорання і дозволяє отримати високу температуру в топці.

1.Нефть - це природна масляниста горюча рідина, що складається зі складної суміші вуглеводнів та інших органічних сполук. Сьогодні нафта є одним з найважливіших для людства корисних копалин.

Щільність нафти становить 0,65-1,05 г / см³ і залежить від температури і тиску. Вона містить велику кількість різних органічних речовин і тому характеризується не температурою кипіння, а температурою початку кипіння рідких вуглеводнів (зазвичай> 28 ° С, рідше ≥ 100 ° С) і фракційним складом - виходом окремих фракцій, переганяють спочатку при атмосферному тиску, а потім під вакуумом в певних температурних межах.

Питома теплоємність 1,7-2,1 кДж / кг.

Питома теплота згоряння 43,7-46,2 МДж / кг.

Нафта являє собою суміш близько 1000 індивідуальних речовин, з яких більша частина - рідкі вуглеводні (80-90%) і гетероатомних органічні сполуки (4-5%), переважно сірчисті (≈ 250 речовин), азотисті (> 30 речовин) і кисневі ( ≈ 85 речовин), а також металоорганічні з'єднання; інші компоненти - розчинені вуглеводневі гази, вода, мінеральні солі, розчини солей органічних кислот і інші механічні домішки (частинки піску, вапняку).

Нафта унікальна своєю комбінацією якостей: висока щільність енергії, легко транспортувати, з неї легко отримати масу продуктів (моторне паливо, розчинник, сировина для хімічної промисловості і т.д.). Виснаження ресурсів нафти, зростання цін на неї і інші причини викликали інтенсивний пошук замінників рідких палив.

2. Бензин - горюча суміш легких вуглеводнів з температурою кипіння від 30 до 200 ° С. Щільність ≈ 0,75 г / см³. Теплотворна здатність ≈ 10500 ккал / кг. Температура замерзання нижче -60 ° С.

Бензин отримують шляхом розгону і відбору фракцій нафти, що википають в певних температурних межах.

Пари бензину дуже токсичні для людини, і їх вдихання може викликати як гостре, так і хронічне отруєння.

3. Гас - суміші вуглеводнів, що википають в інтервалі температур 150-250 ° С, прозора, злегка масляниста на дотик, горюча рідина, що отримується шляхом прямої перегонки або ректифікації нафти.

Щільність 0,78-0,85 г / см³ (прі20 ° С), в'язкість 1,2-4,5 мм ² / с (при 20 ° С), температура спалаху 28-72 ° С; теплота згоряння близько 43 МДж / кг.

Гас застосовують як реактивне паливо, горючий компонент рідкого ракетного палива, пальне при випалюванні скляних і фарфорових виробів, для побутових нагрівальних і освітлювальних приладів, в апаратах для різання металів, як розчинник, сировина для нафтопереробної промисловості. Допускається додавання до 20% гасу в літнє дизельне паливо для зниження температури застигання, при цьому не погіршуються експлуатаційні характеристики.

4. Мазут - це рідкий продукт темно-коричневого кольору, залишок після виділення з нафти або продуктів її вторинної переробки бензинових, гасових або газойльових фракцій, що википають до 350-360 °.

Мазут це суміш вуглеводнів, нафтових смол, асфальтенів, карбенів, карбоїдів і органічних сполук, що містять метали (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca). Фізико-хімічні властивості залежать від хімічного складу вихідної нафти і характеризуються такими даними:

-в'язкість 8-80 мм ² / с (при 100 ° С);

-щільність 0,89-1 г / см³ (при 20 ° С);

-температура застигання 10-40 ° С;

-нижча теплота згоряння 39,4-40,7 МДж / моль.

Мазут застосовуються в якості палива для парових котлів, котельних установок і промислових печей, для виробництва флотського мазуту, важкого моторного палива для крейцкопфних дизелів і бункерного палива.

Вихід мазуту складає близько 50% по масі в розрахунку на вихідну нафту.

У порівнянні з іншими видами газоподібне паливо має наступні переваги:

-згорає в теоретичному кількості повітря, що забезпечує високі теплові ККД та температуру кипіння;

-при згорянні не утворює небажаних продуктів сухої перегонки і сірчистих сполук, кіптяви і диму;

-порівняно легко підводиться по газопроводах до віддалених об'єктів споживання і може зберігатися централізовано;

-легко запалюється при будь-якій температурі навколишнього повітря;

-вимагає значно невеликих витрат при видобутку, а значить, є в порівнянні з іншими більш дешевим видом палива;

-може бути використано в стиснутому і зрідженому вигляді для двигунів внутрішнього згоряння;

-при згорянні не утворює конденсату, що забезпечує значне зменшення зносу деталей двигунів і ін .;

Разом з тим газоподібне паливо має також певні негативні властивості, до яких відносяться: отруйну дію, утворення вибухонебезпечних сумішей при змішуванні з повітрям, легке протікання через нещільності з'єднань і ін. Тому при роботі з газоподібним паливом потрібне ретельне дотримання відповідних правил техніки безпеки.

1. Природний газ - суміш газів, що утворилася в надрах землі при анаеробному розкладанні органічних речовин (метанове бродіння).

Природний газ відноситься до корисних копалин. У пластових умовах (умовах залягання в зелених надрах) він знаходиться в газоподібному стані - у вигляді окремих скупчень (газові поклади) або у вигляді газової шапки нафтогазових родовищ, або в розчиненому стані в нафті або воді. Також він може перебувати в кристалічному стані в вигляді природних газогідратів.

Основну частину природного газу складає метан - від 92 до 98%. До складу можуть також входити більш важкі вуглеводні: етан - до 6%, пропан - до 1,5%, бутан - до 1%; а також інші невуглеводної речовини: водень, сірководень, діоксид вуглецю, азот, гелій.

Чистий природний газ не має кольору і запаху. Щоб можна було визначити витік по запаху, в газ додають невелику кількість речовин, що мають сильний неприємний запах - одорантов. Найчастіше в якості одоранту застосовується етилмеркаптан.

Для полегшення транспортування і зберігання природного газу його зріджують, охолоджуючи при підвищеному тиску.

Орієнтовні фізичні характеристики:

-щільність - від 0,68 до 0,85 кг / м³ відносного повітря (сухий, газоподібний), від 400 кг / м³ (рідкий);

-температура самозаймання 650 ° С;

-вибухонебезпечні концентрації суміші газу з повітрям - від 5 до 15% об'ємних;

-питома теплота згоряння 28-46 МДж / м³;

-октанове число при використанні в двигунах внутрішнього згоряння 120-130;

-легший за повітря в 1,8 раз, тому при витоку не збирається в низинах, а піднімається вгору.

2. Генераторний газ - газова суміш, яка містить окис вуглецю (СО) і молекулярний водень (Н # 8322;).

Отримують його шляхом пропускання повітря над розпеченим кам'яним вугіллям або коксом в спеціальних печах - газогенераторах. Вихід з коксу 4,65 м³ / кг. Далі окис вуглецю змішується з водяною парою і виходить воднева складова генераторного газу СО + Н # 8322; О = = Н # 8322; + СО # 8322 ;.

Теплотворна здатність становить 800-1000 ккал / м³, причому заміна повітря на кисень при його отриманні веде до значного збільшення частки монооксиду вуглецю і, відповідно, до збільшення теплотворної здатності.

Генераторний газ застосовується як паливо в металургійній, скляної, керамічної промисловості, для двигунів внутрішнього згоряння.

3. Коксовий газ - горючий газ, що утворюється в процесі коксування кам'яного вугілля, тобто при нагріванні його без доступу повітря до 900-1100 ° С. Містить безліч цінних речовин. Крім водню, метану, оксидів вуглецю в його склад входять пари кам'яно - вугільного смоли, бензол, аміак, сірководень і ін.

Сирий коксовий газ послідовно очищають від аміаку і сірководню, промивають поглинювальним маслом, сірчаної кислоти. Очищений газ (14-15% від маси вугілля) використовують в якості палива для обігріву батареї коксових печей і для інших цілей.

-водень 50%, метан 35%, окис вуглецю 10%, етилен 5%;

-кількість лету3чіх продуктів до 25% від маси вугілля;