UlazToplota sagorevanja prirodnog gasa kJ kg. Gasovito gorivo
Plinsko gorivo se dijeli na prirodno i vještačko i predstavlja mješavinu zapaljivih i nezapaljivih plinova koja sadrži određenu količinu vodene pare, a ponekad i prašinu i katran. Količina gasnog goriva izražena je u kubnim metrima na normalnim uslovima(760 mmHg i 0°C), a sastav je izražen kao zapreminski postotak. Pod sastavom goriva podrazumijeva se sastav njegovog suhog plinovitog dijela.
Gorivo prirodnog gasa
Najzastupljenije plinsko gorivo je prirodni plin, koji ima visoku kalorijsku vrijednost. Osnova prirodnog gasa je metan, čiji je sadržaj 76,7-98%. Ostala gasovita ugljovodonična jedinjenja čine prirodni gas od 0,1 do 4,5%.
Tečni plin je proizvod prerade nafte - sastoji se uglavnom od mješavine propana i butana.
Prirodni gas (CNG, NG): metan CH4 više od 90%, etan C2 H5 manje od 4%, propan C3 H8 manje od 1%
Tečni gas (LPG): propan C3 H8 više od 65%, butan C4 H10 manje od 35%
Sastav zapaljivih gasova uključuje: vodonik H 2, metan CH 4, druga ugljovodonična jedinjenja C m H n, sumporovodik H 2 S i nezapaljive gasove, ugljen dioksid CO2, kiseonik O 2, azot N 2 i ne značajan iznos vodena para H 2 O. Indeksi m I P na C i H karakteriziraju spojeve različitih ugljikovodika, na primjer za metan CH 4 t = 1 i n= 4, za etan C 2 N b t = 2 I n= b, itd.
Sastav suhog plinovitog goriva (volumenski postotak):
CO + H 2 + 2 C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100%.
Negorivi dio suhog plinskog goriva - balast - sastoji se od dušika N i ugljičnog dioksida CO 2.
Sastav vlažnog plinovitog goriva izražava se na sljedeći način:
CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100%.
Toplota sagorevanja, kJ/m (kcal/m3), 1 m3 čistog suvog gasa u normalnim uslovima određuje se na sledeći način:
Q n s = 0,01,
gdje je Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 s. - toplota sagorevanja pojedinačnih gasova uključenih u smešu, kJ/m 3 (kcal/m 3); CO, H 2, Cm H n, H 2 S - komponente koje čine gasnu mešavinu, % po zapremini.
Kalorična vrijednost 1 m3 suhog prirodnog plina u normalnim uvjetima za većinu domaćih nalazišta iznosi 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3). Karakteristike gasovitog goriva date su u tabeli 1.
Primjer. Odrediti donju kalorijsku vrijednost prirodnog plina (u normalnim uvjetima) sljedećeg sastava:
H 2 S = 1%; CH 4 = 76,7%; C 2 H 6 = 4,5%; C 3 H 8 = 1,7%; C 4 H 10 = 0,8%; C 5 H 12 = 0,6%.
Zamjenom karakteristika gasova iz tabele 1 u formulu (26) dobijamo:
Q ns = 0,01 = 33981 kJ/m 3 ili
Q ns = 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) = 8109 kcal/m3.
Tabela 1. Karakteristike gasovitog goriva
|
Gas |
Oznaka |
Toplota sagorevanja Q n s |
|
|
KJ/m3 |
Kcal/m3 |
||
| Vodonik | N, | 10820 | 2579 |
| Ugljen monoksid | CO | 12640 | 3018 |
| Hidrogen sulfid | H 2 S | 23450 | 5585 |
| Metan | CH 4 | 35850 | 8555 |
| Ethane | C 2 H 6 | 63 850 | 15226 |
| Propan | C 3 H 8 | 91300 | 21795 |
| Butan | C 4 H 10 | 118700 | 22338 |
| Pentane | C 5 H 12 | 146200 | 34890 |
| Etilen | C 2 H 4 | 59200 | 14107 |
| propilen | C 3 H 6 | 85980 | 20541 |
| Butilen | C 4 H 8 | 113 400 | 27111 |
| Benzen | C 6 H 6 | 140400 | 33528 |
Kotlovi tipa DE troše od 71 do 75 m3 prirodnog plina za proizvodnju jedne tone pare. Cena gasa u Rusiji od septembra 2008. iznosi 2,44 rubalja po kubnom metru. Stoga će tona pare koštati 71 × 2,44 = 173 rubalja 24 kopejke. Stvarna cijena tone pare u tvornicama je za DE kotlove ne manje od 189 rubalja po toni pare.
Kotlovi tipa DKVR troše od 103 do 118 m3 prirodnog gasa za proizvodnju jedne tone pare. Minimalni procijenjeni trošak tone pare za ove kotlove je 103 × 2,44 = 251 rublje 32 kopejke. Stvarna cijena pare u tvornicama nije manja od 290 rubalja po toni.
Kako izračunati maksimalnu potrošnju prirodnog plina za parni kotao DE-25? Ovo tehničke specifikacije kotao 1840 kocki na sat. Ali možete i izračunati. 25 tona (25 hiljada kg) mora se pomnožiti sa razlikom između entalpija pare i vode (666,9-105) i sve to podijeliti sa efikasnošću kotla od 92,8% i toplinom sagorijevanja plina. 8300. i to je to
Vještačko plinsko gorivo
Umjetni zapaljivi plinovi su gorivo od lokalnog značaja jer imaju znatno nižu kalorijsku vrijednost. Njihovi glavni zapaljivi elementi su ugljen monoksid CO i vodonik H2. Ovi plinovi se koriste u proizvodnom području gdje se dobivaju kao gorivo za tehnološke i elektrane.
Svi prirodni i umjetni zapaljivi plinovi su eksplozivni i mogu se zapaliti u otvorenom plamenu ili iskri. Postoje donja i gornja granica eksplozivnosti gasa, tj. njegova najveća i najniža procentualna koncentracija u zraku. Donja granica eksplozivnosti prirodni gasovi kreće se od 3% do 6%, a vrh se kreće od 12% do 16%. Svi zapaljivi gasovi mogu izazvati trovanje ljudskog organizma. Glavne toksične supstance zapaljivih gasova su: ugljen monoksid CO, sumporovodik H2S, amonijak NH3.
Prirodni zapaljivi plinovi i umjetni plinovi su bezbojni (nevidljivi) i bez mirisa, što ih čini opasnim ako prodru u unutrašnjost kotlarnice kroz nepropusne spojeve plinovoda. Da biste izbjegli trovanje, zapaljive plinove treba tretirati odorantom - tvari neugodnog mirisa.
Proizvodnja ugljen monoksida CO u industriji gasifikacijom čvrstog goriva
Za industrijske potrebe, ugljen monoksid se dobija gasifikacijom čvrstog goriva, odnosno pretvaranjem u gasovito gorivo. Na ovaj način možete dobiti ugljični monoksid iz bilo kojeg čvrstog goriva - fosilnog uglja, treseta, drva za ogrjev itd.
Proces gasifikacije čvrsto gorivo prikazano u laboratorijskom eksperimentu (slika 1). Nakon što smo vatrostalnu cijev napunili komadićima drvenog uglja, snažno je zagrijemo i pustimo kisik da prođe iz gasometra. Propustimo gasove koji izlaze iz cevi kroz mašinu za pranje sa krečnom vodom i onda je zapalimo. Krečna voda postaje mutna i gas gori plavkastim plamenom. Ovo ukazuje na prisustvo CO2 dioksida i ugljen monoksida CO u produktima reakcije.
Nastanak ovih tvari može se objasniti činjenicom da kada kisik dođe u kontakt s vrućim ugljem, potonji se prvo oksidira u ugljični dioksid: C + O 2 = CO 2
Zatim, prolazeći kroz vrući ugalj, ugljični dioksid se djelomično reducira u ugljični monoksid: CO 2 + C = 2CO
Rice. 1. Proizvodnja ugljičnog monoksida (laboratorijski eksperiment).
U industrijskim uslovima, gasifikacija čvrstog goriva se vrši u pećima koje se nazivaju gasni generatori.
Dobivena mješavina plinova naziva se generatorski plin.
Uređaj generatora plina prikazan je na slici. To je čelični cilindar visine oko 5 m i prečnika od približno 3,5 m, iznutra obložen vatrostalnim ciglama. Plinski generator se puni gorivom odozgo; Odozdo se zrak ili vodena para dovodi ventilatorom kroz rešetku.
Kiseonik u vazduhu reaguje sa ugljenikom u gorivu i formira ugljen-dioksid, koji se, uzdižući se kroz sloj vrućeg goriva, redukuje ugljenikom u ugljen monoksid.
Ako se u generator upuhuje samo zrak, rezultat je plin koji sadrži ugljični monoksid i dušik iz zraka (kao i određenu količinu CO 2 i drugih nečistoća). Ovaj generatorski gas se naziva vazdušni gas.
Ako se vodena para upuhuje u generator s vrućim ugljem, reakcija rezultira stvaranjem ugljičnog monoksida i vodika: C + H 2 O = CO + H 2
Ova mešavina gasova se naziva vodeni gas. Vodeni plin ima veću kalorijsku vrijednost od plina zraka, budući da njegov sastav, uz ugljični monoksid, uključuje i drugi zapaljivi plin - vodonik. Vodeni gas (sintetski gas), jedan od proizvoda gasifikacije goriva. Vodeni gas se sastoji uglavnom od CO (40%) i H2 (50%). Vodeni gas je gorivo (toplota sagorevanja 10.500 kJ/m3, odnosno 2730 kcal/mg) i ujedno je sirovina za sintezu metil alkohola. Vodeni plin se, međutim, ne može dobiti dugo vrijeme, budući da je reakcija njegovog formiranja endotermna (sa apsorpcijom toplote), pa se gorivo u generatoru hladi. Da bi se ugalj održao u vrućem stanju, ubrizgavanje vodene pare u generator se izmjenjuje s ubrizgavanjem zraka, za koji je poznato da kisik reagira s gorivom i oslobađa toplinu.
IN U poslednje vreme Parno-kiseonično pjeskarenje počelo se široko koristiti za gasifikaciju goriva. Istodobno upuhivanje vodene pare i kisika kroz sloj goriva omogućava kontinuirano odvijanje procesa, značajno povećavajući produktivnost generatora i proizvodnju plina s visokim sadržajem vodonika i ugljičnog monoksida.
Moderni plinski generatori su moćni uređaji kontinuiranog rada.
Kako bi se spriječilo prodiranje zapaljivih i toksičnih plinova u atmosferu kada se gorivo dovodi u plinski generator, bubanj za punjenje je napravljen dvostrukim. Dok gorivo ulazi u jedan odjeljak bubnja, gorivo se ulijeva u generator iz drugog odjeljka; kada se bubanj rotira, ovi procesi se ponavljaju, ali generator ostaje izolovan od atmosfere cijelo vrijeme. Ravnomjerna raspodjela goriva u generatoru vrši se pomoću konusa, koji se može ugraditi na različite visine. Kada se spusti, ugalj pada bliže centru generatora; kada se konus podigne, ugalj se baca bliže zidovima generatora.
Uklanjanje pepela iz generatora gasa je mehanizovano. Rešetka u obliku konusa se polako okreće pomoću elektromotora. U tom slučaju, pepeo se pomiče prema zidovima generatora i pomoću posebnih uređaja se ubacuje u kutiju za pepeo, odakle se povremeno uklanja.
Prve plinske lampe zapaljene su u Sankt Peterburgu na Aptekarskom ostrvu 1819. godine. Korišteni plin je dobiven gasifikacijom ugalj. Zvao se iluminirajući gas.
Veliki ruski naučnik D.I. Mendeljejev (1834-1907) prvi je izrazio ideju da se gasifikacija uglja može izvršiti direktno pod zemljom, bez podizanja. Carska vlada nije cijenila ovaj prijedlog Mendeljejeva.
Ideju podzemne gasifikacije toplo je podržao V. I. Lenjin. On je to nazvao "jednom od velikih pobjeda tehnologije". Prvi put je izvršena podzemna gasifikacija Sovjetska država. Već prije Velikog domovinskog rata, podzemni generatori su radili u ugljenim bazenima Donjecka i Moskovske oblasti u Sovjetskom Savezu.
Ideja o jednoj od metoda podzemne gasifikacije data je na slici 3. U ugljeni sloj su položene dvije bušotine koje su ispod povezane kanalom. Ugalj se pali u takvom kanalu u blizini jednog od bunara i tamo se isporučuje eksplozija. Proizvodi sagorijevanja, krećući se duž kanala, stupaju u interakciju s vrućim ugljem, što rezultira stvaranjem zapaljivog plina kao u konvencionalnom generatoru. Plin izlazi na površinu kroz drugu bušotinu.
Proizvodni gas se široko koristi za zagrevanje industrijskih peći – metalurških, koksnih peći i kao gorivo u automobilima (Sl. 4).
Rice. 3. Šema podzemne gasifikacije uglja.
Brojni organski proizvodi, poput tekućeg goriva, sintetiziraju se iz vodika i ugljičnog monoksida u vodenom plinu. Sintetičko tečno gorivo je gorivo (uglavnom benzin) dobijeno sintezom iz ugljen monoksida i vodonika na 150-170 stepeni Celzijusa i pri pritisku od 0,7 - 20 MN/m2 (200 kgf/cm2), u prisustvu katalizatora (nikl, gvožđe, kobalt). Prva proizvodnja sintetičkog tečnog goriva organizovana je u Nemačkoj tokom 2. svetskog rata zbog nestašice nafte. Sintetičko tečno gorivo nije u širokoj upotrebi zbog visoke cijene. Vodeni plin se koristi za proizvodnju vodonika. Da bi se to postiglo, vodeni plin pomiješan s vodenom parom zagrijava se u prisustvu katalizatora i kao rezultat se dobiva vodik pored onog koji je već prisutan u vodenom plinu: CO + H 2 O = CO 2 + H 2
Supstance organskog porijekla uključuju goriva koja pri sagorijevanju oslobađaju određenu količinu toplinske energije. Proizvodnja toplote mora biti okarakterisana visokom efikasnošću i odsustvom nuspojava, posebno supstanci štetnih po zdravlje ljudi i životnu sredinu.
Radi lakšeg utovara u ložište, drveni materijal se reže na pojedinačne elemente dužine do 30 cm.Da bi se povećala efikasnost njihove upotrebe, drvo za ogrev mora biti što suvo, a proces sagorevanja mora biti relativno spor. U mnogim aspektima, drvo od tvrdog drveta kao što su hrast i breza, lijeska i jasen, te glog pogodno je za grijanje prostorija. Zbog visokog sadržaja smole, povećana brzina sagorijevanje i niska kalorijska vrijednost četinarsko drveće u tom pogledu su značajno inferiorni.
Treba shvatiti da na vrijednost kalorijske vrijednosti utiče gustina drveta.
To je prirodni materijal biljnog porijekla, ekstrahovan iz sedimentnih stijena.
Ova vrsta čvrstog goriva sadrži ugljenik i druge hemijski elementi. Postoji podjela materijala na vrste u zavisnosti od starosti. Mrki ugalj se smatra najmlađim, zatim kamenim ugljem, a antracit je stariji od svih ostalih vrsta. Starost zapaljive tvari također određuje njenu vlažnost, koja je prisutnija u mladom materijalu.
Prilikom sagorijevanja uglja dolazi do zagađivanja okoliša, a na rešetkama kotla se stvara šljaka koja u određenoj mjeri stvara prepreku normalnom sagorijevanju. Prisustvo sumpora u materijalu je takođe nepovoljan faktor za atmosferu, jer se u vazdušnom prostoru ovaj element pretvara u sumpornu kiselinu.
Međutim, potrošači se ne bi trebali bojati za svoje zdravlje. Proizvođači ovog materijala, vodeći računa o privatnim kupcima, nastoje da smanje sadržaj sumpora u njemu. Toplotna vrijednost uglja može varirati čak i unutar iste vrste. Razlika zavisi od karakteristika podvrste i njenog mineralnog sadržaja, kao i geografije proizvodnje. Kao čvrsto gorivo nalazi se ne samo čisti ugalj, već i nisko obogaćena ugljena šljaka, utisnuta u brikete.
Peleti (granule goriva) su čvrsta goriva proizvedena industrijski od drvnog i biljnog otpada: strugotine, kore, kartona, slame.
Sirovina usitnjena u prah se suši i sipa u granulator odakle izlazi u obliku granula određenog oblika. Za dodavanje viskoznosti masi koristi se biljni polimer, lignin. Složenost proizvodni proces i visoka potražnja određuju cijenu peleta. Materijal se koristi u posebno opremljenim kotlovima.
Vrste goriva određuju se u zavisnosti od materijala od kojeg se prerađuju:
- oblo drvo bilo koje vrste;
- slama;
- treset;
- ljuska suncokreta.
Među prednostima koje imaju peleti za gorivo, vrijedi istaknuti sljedeće kvalitete:
- ekološka prihvatljivost;
- nemogućnost deformacije i otpornost na gljivice;
- lako skladištenje čak i na otvorenom;
- ujednačenost i trajanje sagorevanja;
- relativno niska cijena;
- Mogućnost korištenja za razne uređaje za grijanje;
- odgovarajuće veličine granula za automatsko punjenje u posebno opremljeni kotao.
Briketi
Briketi su čvrsta goriva koja su po mnogo čemu slična peletima. Za njihovu proizvodnju koriste se identični materijali: drvna sječka, strugotine, treset, ljuske i slama. U procesu proizvodnje sirovine se drobe i kompresijom formiraju u brikete. Ovaj materijal je i ekološki prihvatljivo gorivo. Pogodan je za skladištenje čak i na otvorenom. Glatko, ravnomjerno i sporo sagorijevanje ovog goriva može se primijetiti kako u kaminima i pećima, tako i u kotlovima za grijanje.
Vrste ekološki prihvatljivih čvrstih goriva o kojima smo gore govorili su dobra alternativa za proizvodnju topline. U poređenju sa fosilnim izvorima toplotne energije, koji nepovoljno utiču na sagorevanje okruženje Osim toga, kao neobnovljiva, alternativna goriva imaju jasne prednosti i relativno nisku cijenu, što je važno za određene kategorije potrošača.
U isto vrijeme, opasnost od požara takvih goriva je mnogo veća. Stoga je potrebno poduzeti određene sigurnosne mjere u pogledu njihovog skladištenja i upotrebe vatrootpornih materijala za zidove.
Tečna i gasovita goriva
Što se tiče tečnih i gasovitih zapaljivih materija, ovde je situacija sledeća.
U tablicama su prikazane masene specifične topline sagorijevanja goriva (tečnog, čvrstog i plinovitog) i nekih drugih zapaljivih materijala. Razmatrana su sledeća goriva: ugalj, ogrevno drvo, koks, treset, kerozin, nafta, alkohol, benzin, prirodni gas itd.
Lista tabela:
Tokom egzotermne reakcije oksidacije goriva, njegova hemijska energija se pretvara u toplotnu energiju uz oslobađanje određene količine toplote. Rezultat toplotnu energiju se obično naziva toplota sagorevanja goriva. Zavisi od njegovog hemijskog sastava, vlažnosti i glavni je. Toplina sagorevanja goriva po 1 kg mase ili 1 m 3 zapremine čini masu ili zapreminsku specifičnu toplotu sagorevanja.
Specifična toplota sagorevanja goriva je količina toplote koja se oslobađa tokom potpunog sagorevanja jedinice mase ili zapremine čvrstog, tečnog ili gasovitog goriva. IN Međunarodni sistem jedinicama, ova vrijednost se mjeri u J/kg ili J/m 3.
Specifična toplota sagorevanja goriva može se odrediti eksperimentalno ili izračunati analitički. Eksperimentalne metode određivanja kaloričnu vrijednost zasnivaju se na praktičnom mjerenju količine topline koja se oslobađa kada gorivo sagorijeva, na primjer u kalorimetru s termostatom i bombom za sagorijevanje. Za gorivo poznatog hemijskog sastava, specifična toplota sagorevanja može se odrediti pomoću periodične formule.
Postoje veće i niže specifične toplote sagorevanja. Veća kalorijska vrijednost je maksimalan broj toplina koja se oslobađa tijekom potpunog sagorijevanja goriva, uzimajući u obzir toplinu koja se troši na isparavanje vlage sadržane u gorivu. Neto kalorijska vrijednost manje od vrijednosti veća za količinu toplote kondenzacije, koja nastaje od vlage goriva i vodonika organske mase, koja se tokom sagorevanja pretvara u vodu.
Za određivanje pokazatelja kvaliteta goriva, kao iu termičkim proračunima obično koriste nižu specifičnu toplotu sagorevanja, što je najvažnija termička i performansna karakteristika goriva i prikazana je u tabelama ispod.
Specifična toplota sagorevanja čvrstih goriva (ugalj, ogrevno drvo, treset, koks)
U tabeli su prikazane vrijednosti specifične topline sagorijevanja suhog čvrstog goriva u dimenziji MJ/kg. Gorivo u tabeli je poredano po nazivima po abecednom redu.
Od razmatranih čvrstih goriva, najvišu toplotnu vrijednost ima koksni ugalj - njegova specifična toplina sagorijevanja je 36,3 MJ/kg (ili u SI jedinicama 36,3·10 6 J/kg). Osim toga, visoka kalorična vrijednost karakteristična je za kameni ugalj, antracit, drveni i mrki ugalj.
Goriva sa niskom energetskom efikasnošću uključuju drvo, ogrevno drvo, barut, mleveni treset i uljni škriljac. Na primjer, specifična toplina sagorijevanja drva za ogrjev je 8,4...12,5, a baruta samo 3,8 MJ/kg.
| Gorivo | |
|---|---|
| Antracit | 26,8…34,8 |
| Drveni peleti (peleti) | 18,5 |
| Suvo ogrevno drvo | 8,4…11 |
| Ogrevno drvo od suhe breze | 12,5 |
| Gasni koks | 26,9 |
| Eksplozija koksa | 30,4 |
| Polukoks | 27,3 |
| Puder | 3,8 |
| Slate | 4,6…9 |
| Uljni škriljci | 5,9…15 |
| Čvrsto raketno gorivo | 4,2…10,5 |
| Treset | 16,3 |
| Vlaknasti treset | 21,8 |
| Mljeveni treset | 8,1…10,5 |
| Tresetna mrvica | 10,8 |
| Mrki ugalj | 13…25 |
| Mrki ugalj (briketi) | 20,2 |
| Mrki ugalj (prašina) | 25 |
| Donjeck ugalj | 19,7…24 |
| Ugalj | 31,5…34,4 |
| Ugalj | 27 |
| Koksni ugalj | 36,3 |
| Kuznjecki ugalj | 22,8…25,1 |
| Čeljabinsk ugalj | 12,8 |
| Ekibastuski ugalj | 16,7 |
| Frestorf | 8,1 |
| Šljaka | 27,5 |
Specifična toplota sagorevanja tečnih goriva (alkohol, benzin, kerozin, ulje)
Data je tabela specifične toplote sagorevanja tečnog goriva i nekih drugih organskih tečnosti. Treba napomenuti da goriva kao što su benzin, dizel gorivo i ulje imaju veliko oslobađanje toplote tokom sagorevanja.
Specifična toplota sagorevanja alkohola i acetona je znatno niža od tradicionalnih motornih goriva. Štaviše, relativno niska vrijednost Tečno raketno gorivo ima kaloričnu vrijednost i - sa potpunim sagorijevanjem 1 kg ovih ugljovodonika, oslobodiće se količina toplote jednaka 9,2 odnosno 13,3 MJ.
| Gorivo | Specifična toplota sagorevanja, MJ/kg |
|---|---|
| Aceton | 31,4 |
| Benzin A-72 (GOST 2084-67) | 44,2 |
| Avio-benzin B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| Benzin AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| Benzen | 40,6 |
| Zimsko dizel gorivo (GOST 305-73) | 43,6 |
| Ljetno dizel gorivo (GOST 305-73) | 43,4 |
| Tečno raketno gorivo (kerozin + tečni kiseonik) | 9,2 |
| Avijacijski kerozin | 42,9 |
| Kerozin za rasvjetu (GOST 4753-68) | 43,7 |
| Xylene | 43,2 |
| Lož ulje sa visokim sadržajem sumpora | 39 |
| Lož ulje sa niskim sadržajem sumpora | 40,5 |
| Lož ulje sa niskim sadržajem sumpora | 41,7 |
| Sumporno lož ulje | 39,6 |
| metil alkohol (metanol) | 21,1 |
| n-butil alkohol | 36,8 |
| Ulje | 43,5…46 |
| Metansko ulje | 21,5 |
| Toluen | 40,9 |
| Vajt špirit (GOST 313452) | 44 |
| Etilen glikol | 13,3 |
| etil alkohol (etanol) | 30,6 |
Specifična toplota sagorevanja gasovitih goriva i zapaljivih gasova
Prikazana je tabela specifične toplote sagorevanja gasovitog goriva i nekih drugih zapaljivih gasova u dimenziji MJ/kg. Od gasova koji se razmatraju, on ima najveću masenu specifičnu toplotu sagorevanja. Potpuno sagorevanje jednog kilograma ovog gasa će osloboditi 119,83 MJ toplote. Takođe, gorivo kao što je prirodni gas ima visoku toplotnu vrednost - specifična toplota sagorevanja prirodnog gasa je 41...49 MJ/kg (za čisti gas je 50 MJ/kg).
| Gorivo | Specifična toplota sagorevanja, MJ/kg |
|---|---|
| 1-Buten | 45,3 |
| Amonijak | 18,6 |
| Acetilen | 48,3 |
| Vodonik | 119,83 |
| Vodik, mješavina s metanom (50% H 2 i 50% CH 4 po težini) | 85 |
| Vodik, mješavina s metanom i ugljičnim monoksidom (33-33-33% po težini) | 60 |
| Vodik, mješavina s ugljičnim monoksidom (50% H 2 50% CO 2 po težini) | 65 |
| Plin iz visoke peći | 3 |
| Koksni plin | 38,5 |
| Tečni ugljikovodični plin LPG (propan-butan) | 43,8 |
| izobutan | 45,6 |
| Metan | 50 |
| n-butan | 45,7 |
| n-heksan | 45,1 |
| n-pentan | 45,4 |
| Povezani gas | 40,6…43 |
| Prirodni gas | 41…49 |
| Propadiene | 46,3 |
| Propan | 46,3 |
| propilen | 45,8 |
| Propilen, mješavina sa vodonikom i ugljičnim monoksidom (90%-9%-1% po težini) | 52 |
| Ethane | 47,5 |
| Etilen | 47,2 |
Specifična toplota sagorevanja nekih zapaljivih materijala
Data je tabela specifične toplote sagorevanja nekih zapaljivih materijala (drvo, papir, plastika, slama, guma itd.). Treba obratiti pažnju na materijale sa visokim oslobađanjem toplote tokom sagorevanja. Takvi materijali uključuju: gumu raznih vrsta, ekspandirani polistiren (pjena), polipropilen i polietilen.
| Gorivo | Specifična toplota sagorevanja, MJ/kg |
|---|---|
| Papir | 17,6 |
| Leatherette | 21,5 |
| Drvo (šipke sa 14% sadržaja vlage) | 13,8 |
| Drvo u hrpama | 16,6 |
| Hrastovo drvo | 19,9 |
| Drvo smreke | 20,3 |
| Drvo zeleno | 6,3 |
| Borovo drvo | 20,9 |
| Capron | 31,1 |
| Karbolit proizvodi | 26,9 |
| Karton | 16,5 |
| Stiren butadien guma SKS-30AR | 43,9 |
| Prirodna guma | 44,8 |
| Sintetička guma | 40,2 |
| Rubber SKS | 43,9 |
| Hloroprenska guma | 28 |
| Linoleum od polivinilklorida | 14,3 |
| Dvoslojni polivinilhloridni linoleum | 17,9 |
| Linoleum od polivinilklorida na bazi filca | 16,6 |
| Polivinilhloridni linoleum na toploj bazi | 17,6 |
| Linoleum od polivinil hlorida na platnu | 20,3 |
| Gumeni linoleum (Relin) | 27,2 |
| Parafin parafin | 11,2 |
| Polistirenska pjena PVC-1 | 19,5 |
| Pjenasta plastika FS-7 | 24,4 |
| Pjenasta plastika FF | 31,4 |
| Ekspandirani polistiren PSB-S | 41,6 |
| Poliuretanska pjena | 24,3 |
| Vlaknaste ploče | 20,9 |
| polivinil hlorid (PVC) | 20,7 |
| Polikarbonat | 31 |
| Polipropilen | 45,7 |
| Polistiren | 39 |
| Polietilen visokog pritiska | 47 |
| Polietilen niskog pritiska | 46,7 |
| Guma | 33,5 |
| Ruberoid | 29,5 |
| Kanalska čađ | 28,3 |
| Hay | 16,7 |
| Slama | 17 |
| Organsko staklo (pleksiglas) | 27,7 |
| Tekstolit | 20,9 |
| Tol | 16 |
| TNT | 15 |
| Pamuk | 17,5 |
| Celuloza | 16,4 |
| Vuna i vunena vlakna | 23,1 |
Izvori:
- GOST 147-2013 Čvrsto mineralno gorivo. Određivanje veće toplotne vrednosti i izračunavanje niže toplotne vrednosti.
- GOST 21261-91 Naftni proizvodi. Metoda za određivanje veće toplotne vrednosti i izračunavanje niže toplotne vrednosti.
- GOST 22667-82 Prirodni zapaljivi gasovi. Metoda proračuna za određivanje kalorijske vrijednosti, relativne gustine i Vobeovog broja.
- GOST 31369-2008 Prirodni gas. Proračun kalorijske vrijednosti, gustine, relativne gustine i Vobeovog broja na osnovu sastava komponenti.
- Zemsky G. T. Zapaljiva svojstva neorganskih i organskih materijala: referentna knjiga M.: VNIIPO, 2016 - 970 str.
Klasifikacija zapaljivih gasova
Za snabdevanje gasom gradova i industrijskih preduzeća koriste se različiti zapaljivi gasovi, koji se razlikuju po poreklu, hemijskom sastavu i fizičkim svojstvima.
Prema svom porijeklu, zapaljivi plinovi se dijele na prirodne, ili prirodne i umjetne, proizvedene iz čvrstih i tečnih goriva.
Prirodni gas se ekstrahuje iz bušotina u poljima čistog gasa ili naftnih polja zajedno sa naftom. Plinovi iz naftnih polja nazivaju se povezani plinovi.
Plinovi iz čistih plinskih polja uglavnom se sastoje od metana sa malim sadržajem teških ugljovodonika. Odlikuje ih konstantan sastav i kalorijska vrijednost.
Povezani gasovi Uz metan sadrže značajnu količinu teških ugljikovodika (propan i butan). Sastav i kalorijska vrijednost ovih plinova uvelike variraju.
Umjetni plinovi se proizvode u posebnim plinskim postrojenjima - ili se dobijaju kao nusproizvod pri sagorijevanju uglja u metalurškim postrojenjima, kao i u postrojenjima za preradu nafte.
U našoj zemlji se gasovi proizvedeni iz uglja koriste u veoma ograničenim količinama za snabdevanje gradskim gasom, a njihova specifična težina se konstantno smanjuje. Istovremeno raste proizvodnja i potrošnja tečnih ugljovodoničnih gasova dobijenih iz pratećih naftnih gasova u gasno-benzinskim postrojenjima i u rafinerijama nafte tokom prerade nafte. Tečnost ugljovodonični gasovi, koji se koriste za gradsko snabdevanje gasom, sastoje se uglavnom od propana i butana.
Sastav gasova
Vrsta gasa i njegov sastav u velikoj meri određuju obim primene gasa, raspored i prečnike gasne mreže, projektna rešenja gasnih gorionika i pojedinih komponenti gasovoda.
Potrošnja gasa zavisi od kalorijske vrednosti, a samim tim i od prečnika gasovoda i uslova sagorevanja gasa. Prilikom upotrebe gasa u industrijskim postrojenjima veoma su bitni temperatura sagorevanja i brzina širenja plamena i konstantnost sastava gasnog goriva.Sastav gasova, kao i fizičko-hemijske karakteristike One prvenstveno zavise od vrste i načina dobijanja gasova.
Zapaljivi plinovi su mehaničke mješavine različitih plinova<как горючих, так и негорючих.
Gorivi deo gasovitog goriva obuhvata: vodonik (H 2) - gas bez boje, ukusa i mirisa, njegova niža kalorična vrednost je 2579 kcal/nm 3\ metan (CH 4) - gas bez boje, ukusa i mirisa, glavni je zapaljivi deo prirodnih gasova, njegova niža kalorijska vrednost je 8555 kcal/nm 3 ; ugljični monoksid (CO) - plin bez boje, okusa i mirisa, nastao nepotpunim sagorijevanjem bilo kojeg goriva, vrlo toksičan, niže kalorijske vrijednosti 3018 kcal/nm 3 ; teški ugljovodonici (S p N t), Ovo ime<и формулой обозначается целый ряд углеводородов (этан - С2Н 6 , пропан - С 3 Нв, бутан- С4Н 10 и др.), низшая теплотворная способность этих газов колеблется от 15226 до 34890 kcal/nm*.
Nesagorivi dio plinovitog goriva uključuje: ugljični dioksid (CO 2), kisik (O 2) i dušik (N 2).
Negorivi dio plinova obično se naziva balast. Prirodni plinovi se odlikuju visokom kalorijskom vrijednošću i potpunim odsustvom ugljičnog monoksida. Istovremeno, brojna ležišta, uglavnom plin i nafta, sadrže vrlo otrovan (i korozivan) plin - sumporovodik (H 2 S). Većina plinova umjetnog uglja sadrži značajnu količinu visoko toksičnog plina - ugljičnog monoksida (CO ).Prisustvo oksida u gasu ugljenika i drugih toksičnih materija je veoma nepoželjno, jer otežava rad i povećava opasnost pri upotrebi gasa.Pored glavnih komponenti, sastav gasova uključuje razne nečistoće, specifičnu vrednost što je u procentima zanemarljivo.Međutim, ako se uzme u obzir da se gasovodima snabdevaju hiljade pa i milioni kubika gasa, ukupna količina nečistoća dostiže značajnu vrednost.Mnoge nečistoće ispadaju u gasovodima, što u konačnici dovodi do smanjenja u njihovoj propusnosti, a ponekad i do potpunog prestanka prolaza gasa.Stoga, prisustvo nečistoća u gasu mora se uzeti u obzir pri projektovanju gasovoda, ali i tokom eksploatacije.
Količina i sastav nečistoća zavise od načina proizvodnje ili ekstrakcije gasa i stepena njegovog prečišćavanja. Najštetnije nečistoće su prašina, katran, naftalen, vlaga i jedinjenja sumpora.
Prašina se pojavljuje u gasu tokom procesa proizvodnje (vađenja) ili tokom transporta gasa kroz cjevovode. Smola je proizvod termičke razgradnje goriva i prati mnoge vještačke plinove. Ako u plinu ima prašine, smola doprinosi stvaranju katranskih čepova i začepljenja plinovoda.
Naftalen se obično nalazi u gasovima uglja koje je napravio čovjek. Na niskim temperaturama naftalen se taloži u cijevima i zajedno s drugim čvrstim i tekućim nečistoćama smanjuje područje protoka plinovoda.
Vlaga u obliku pare sadržana je u gotovo svim prirodnim i umjetnim plinovima. U prirodne gasove u samom gasnom polju dospeva usled kontakta gasova sa površinom vode, a veštački gasovi su zasićeni vodom tokom procesa proizvodnje.Prisustvo vlage u gasu u značajnim količinama je nepoželjno, jer smanjuje kaloričnost. vrednost gasa.Osim toga ima visok toplotni kapacitet isparavanja ,vlaga pri sagorevanju gasa nosi značajnu količinu toplote zajedno sa produktima sagorevanja u atmosferu.Veliki sadržaj vlage u gasu je takođe nepoželjan jer se kondenzuje pri hlađenju gasa tokom njegovog kretanja kroz cevi, može stvoriti vodene čepove u gasovodu (u donjim tačkama) koje je potrebno obrisati. To zahtijeva ugradnju posebnih kolektora kondenzata i njihovo ispumpavanje.
U jedinjenja sumpora, kao što je već napomenuto, spadaju sumporovodik, kao i ugljični disulfid, merkaptan itd. Ova jedinjenja ne samo da štetno utiču na zdravlje ljudi, već izazivaju i značajnu koroziju cevi.
Ostale štetne nečistoće uključuju jedinjenja amonijaka i cijanida, koja se uglavnom nalaze u ugljenim gasovima. Prisustvo spojeva amonijaka i cijanida dovodi do povećane korozije metala cijevi.
Prisustvo ugljičnog dioksida i dušika u zapaljivim plinovima je također nepoželjno. Ovi gasovi ne učestvuju u procesu sagorevanja, budući da su balast koji smanjuje kalorijsku vrednost, što dovodi do povećanja prečnika gasovoda i smanjenja ekonomske efikasnosti korišćenja gasovitog goriva.
Sastav gasova koji se koriste za gradsko snabdevanje gasom mora ispunjavati zahteve GOST 6542-50 (tabela 1).
Tabela 1
Prosječne vrijednosti sastava prirodnih plinova sa najpoznatijih polja u zemlji prikazane su u tabeli. 2.
Sa gasnih polja (suvo)
| Zapadna Ukrajina. . . | 81,2 | 7,5 | 4,5 | 3,7 | 2,5 | - . | 0,1 | 0,5 | 0,735 | |
| Šebelinskoe................................................ | 92,9 | 4,5 | 0,8 | 0,6 | 0,6 | ____ . | 0,1 | 0,5 | 0,603 | |
| Stavropol region. . | 98,6 | 0,4 | 0,14 | 0,06 | - | 0,1 | 0,7 | 0,561 | ||
| Krasnodar region. . | 92,9 | 0,5 | - | 0,5 | _ | 0,01 | 0,09 | 0,595 | ||
| Saratovskoe................................ | 93,4 | 2,1 | 0,8 | 0,4 | 0,3 | Otisci prstiju | 0,3 | 2,7 | 0,576 | |
| Gazli, regija Buhara | 96,7 | 0,35 | 0,4" | 0,1 | 0,45 | 0,575 | ||||
| Sa plinskih i naftnih polja (povezani) | ||||||||||
| Romashkino................................ | 18,5 | 6,2 | 4,7 | 0,1 | 11,5 | 1,07 | ||||
| 7,4 | 4,6 | ____ | Otisci prstiju | 1,112 | __ . | |||||
| Tuymazy........................ | 18,4 | 6,8 | 4,6 | ____ | 0,1 | 7,1 | 1,062 | - | ||
| Ashy...... | 23,5 | 9,3 | 3,5 | ____ | 0,2 | 4,5 | 1,132 | - | ||
| Debeo........ ................................ . | 2,5 | . ___ . | 1,5 | 0,721 | - | |||||
| Syzran-njeft................................. | 31,9 | 23,9 - | 5,9 | 2,7 | 0,8 | 1,7 | 1,6 | 31,5 | 0,932 | - |
| Išimbaj................................ | 42,4 | 20,5 | 7,2 | 3,1 | 2,8 | 1,040 | _ | |||
| Andijan. .............................. | 66,5 | 16,6 | 9,4 | 3,1 | 3,1 | 0,03 | 0,2 | 4,17 | 0,801 ; | |
Kalorična vrijednost gasova
Količina toplote koja se oslobađa tokom potpunog sagorevanja jedinične količine goriva naziva se toplotna vrednost (Q) ili, kako se ponekad kaže, kalorijska vrednost, odnosno toplotna vrednost, koja je jedna od glavnih karakteristika goriva.
Kalorična vrijednost plinova se obično naziva 1 m 3, uzeti u normalnim uslovima.
U tehničkim proračunima, normalni uslovi označavaju stanje gasa na temperaturi od 0°C i pri pritisku od 760°C. mmHg Art. Zapremina gasa u ovim uslovima je označena nm 3(normalni kubni metar).
Za merenja industrijskog gasa prema GOST 2923-45, temperatura 20°C i pritisak 760 se uzimaju kao normalni uslovi mmHg Art. Količina gasa pripisana ovim uslovima, za razliku od nm 3 zvaćemo m 3 (kubni metar).
Kalorična vrijednost gasova (Q)) izraženo u kcal/nm e ili u kcal/m3.
Za tečne plinove, kalorijska vrijednost se naziva 1 kg.
Postoje veće (Qc) i niže (Qn) kalorijske vrijednosti. Bruto kalorijska vrijednost uzima u obzir toplinu kondenzacije vodene pare koja nastaje tokom sagorijevanja goriva. Niža kalorijska vrijednost ne uzima u obzir toplinu sadržanu u vodenoj pari produkata izgaranja, budući da se vodena para ne kondenzira, već se odnosi s produktima izgaranja.
Koncepti Q in i Q n odnose se samo na one gasove čije sagorevanje oslobađa vodenu paru (ovi koncepti se ne odnose na ugljen monoksid, koji ne proizvodi vodenu paru pri sagorevanju).
Kada se vodena para kondenzuje, oslobađa se toplota jednaka 539 kcal/kg. Osim toga, kada se kondenzat ohladi na 0°C (ili 20°C), oslobađa se toplina u količini od 100 odnosno 80. kcal/kg.
Ukupno se više od 600 topline oslobađa zbog kondenzacije vodene pare. kcal/kg,što je razlika između veće i niže kalorijske vrijednosti plina. Za većinu gasova koji se koriste za gradsko snabdevanje gasom ova razlika je 8-10%.
Kalorične vrijednosti nekih plinova date su u tabeli. 3.
Za gradsko snabdevanje gasom trenutno se koriste gasovi koji po pravilu imaju kalorijsku vrednost od najmanje 3500 kcal/nm 3 . Ovo se objašnjava činjenicom da se u urbanim sredinama gas dovodi kroz cijevi na značajnim udaljenostima. Kada je kalorijska vrijednost niska, mora se isporučiti velika količina. To neminovno dovodi do povećanja prečnika gasovoda i, kao posledica, povećanja metalnih investicija i sredstava za izgradnju gasnih mreža, a samim tim i povećanja operativnih troškova. Značajan nedostatak niskokaloričnih plinova je što u većini slučajeva sadrže značajnu količinu ugljičnog monoksida, što povećava opasnost pri korištenju plina, kao i pri servisiranju mreža i instalacija.
Kalorična vrijednost plina manja od 3500 kcal/nm 3 najčešće se koristi u industriji, gdje ga nije potrebno transportirati na velike udaljenosti i lakše je organizirati sagorijevanje. Za gradsko snabdevanje gasom poželjno je imati konstantnu toplotnu vrednost gasa. Fluktuacije, kao što smo već utvrdili, nisu dozvoljene više od 10%. Veća promjena kalorijske vrijednosti plina zahtijeva nova prilagođavanja, a ponekad i zamjenu velikog broja standardiziranih gorionika kućanskih aparata, što je povezano sa značajnim poteškoćama.
Količina toplote koja se oslobađa tokom potpunog sagorevanja jedinične količine goriva naziva se toplotna vrednost (Q) ili, kako se ponekad kaže, kalorijska vrednost, odnosno toplotna vrednost, koja je jedna od glavnih karakteristika goriva.
Kalorična vrijednost plinova se obično naziva 1 m 3, uzeti u normalnim uslovima.
U tehničkim proračunima, normalni uslovi označavaju stanje gasa na temperaturi od 0°C i pri pritisku od 760°C. mmHg Art. Zapremina gasa u ovim uslovima je označena nm 3(normalni kubni metar).
Za merenja industrijskog gasa prema GOST 2923-45, temperatura 20°C i pritisak 760 se uzimaju kao normalni uslovi mmHg Art. Količina gasa pripisana ovim uslovima, za razliku od nm 3 zvaćemo m 3 (kubni metar).
Kalorična vrijednost gasova (Q)) izraženo u kcal/nm e ili u kcal/m3.
Za tečne plinove, kalorijska vrijednost se naziva 1 kg.
Postoje veće (Qc) i niže (Qn) kalorijske vrijednosti. Bruto kalorijska vrijednost uzima u obzir toplinu kondenzacije vodene pare koja nastaje tokom sagorijevanja goriva. Niža kalorijska vrijednost ne uzima u obzir toplinu sadržanu u vodenoj pari produkata izgaranja, budući da se vodena para ne kondenzira, već se odnosi s produktima izgaranja.
Koncepti Q in i Q n odnose se samo na one gasove čije sagorevanje oslobađa vodenu paru (ovi koncepti se ne odnose na ugljen monoksid, koji ne proizvodi vodenu paru pri sagorevanju).
Kada se vodena para kondenzuje, oslobađa se toplota jednaka 539 kcal/kg. Osim toga, kada se kondenzat ohladi na 0°C (ili 20°C), oslobađa se toplina u količini od 100 odnosno 80. kcal/kg.
Ukupno se više od 600 topline oslobađa zbog kondenzacije vodene pare. kcal/kg,što je razlika između veće i niže kalorijske vrijednosti plina. Za većinu gasova koji se koriste za gradsko snabdevanje gasom ova razlika je 8-10%.
Kalorične vrijednosti nekih plinova date su u tabeli. 3.
Za gradsko snabdevanje gasom trenutno se koriste gasovi koji po pravilu imaju kalorijsku vrednost od najmanje 3500 kcal/nm 3 . Ovo se objašnjava činjenicom da se u urbanim sredinama gas dovodi kroz cijevi na značajnim udaljenostima. Kada je kalorijska vrijednost niska, mora se isporučiti velika količina. To neminovno dovodi do povećanja prečnika gasovoda i, kao posledica, povećanja metalnih investicija i sredstava za izgradnju gasnih mreža, a samim tim i povećanja operativnih troškova. Značajan nedostatak niskokaloričnih plinova je što u većini slučajeva sadrže značajnu količinu ugljičnog monoksida, što povećava opasnost pri korištenju plina, kao i pri servisiranju mreža i instalacija.
Kalorična vrijednost plina manja od 3500 kcal/nm 3 najčešće se koristi u industriji, gdje ga nije potrebno transportirati na velike udaljenosti i lakše je organizirati sagorijevanje. Za gradsko snabdevanje gasom poželjno je imati konstantnu toplotnu vrednost gasa. Fluktuacije, kao što smo već utvrdili, nisu dozvoljene više od 10%. Veća promjena kalorijske vrijednosti plina zahtijeva nova prilagođavanja, a ponekad i zamjenu velikog broja standardiziranih gorionika kućanskih aparata, što je povezano sa značajnim poteškoćama.