Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

Баллоны заполняют на газонаполнительных станциях, перед поступлением на которые газ подвергают дополни­ тельной очистке и осушке.

В нашей стране имеются колоссальные запасы при­ родных и промышленных газов, которые используются как высококалорийное топливо и сырье для получения синтетического каучука, различных волокон, пластмасс, ацетилена, спиртов и многого другого. По стоимости газо­ образное топливо самое дешевое, успешно конкурирующее не только с твердыми и жидкими видами топлив, но и с электричеством. Как правило, газ выгоднее передавать по газопроводам даже на большие расстояния, чем на месте добычи получать из газа электроэнергию и затем передавать ее потребителю.

С каждым годом все шире осуществляется газифика­ ция страны в целом и сельского хозяйства в частности. В 1970 г. добыча газа составляла 200 млрд, м3, т. е. за пя­ тилетие добыча возросла более чем в полтора раза. Одной из основных задач текущей пятилетки в развитии топлив- по-энергетического комплекса является дальнейшее уве­ личение доли нефти и газа в топливном балансе страны.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

Задача № 1

Сколько выделилось тепла при сжигании 8 м3 газа следующего состава: СН4 = 92,0%, С„Нга = 2,0%, Н2 = 2,0%, С02 = 3,5%; N2 = 0,5%. Какой газ сгорал в горелке?

Ре ш е н и е

1.Определяем теплоту сгорания 1 м3 газа:

Q H I = 30 ,4СО+ 25,8Н2 + 85,6СН4 + 143С„НИ ккал/м3,

* = 25,8X2+ 85,6X92,0 +143X2= 8212,92 ккал/м3.

2 . Полученное количество тепла умножаем на расход газа: 8212,9 X 8 = 65703,2 ккал/м3.

3. Г1о составу можно сказать, что это природный газ.

172

ное — негорючие компоненты. Определить название газа, коли­

чество воздуха, необходимое для полного сгорания газа, и его теп­ лоту сгорания.

Реш ение

Вопросы для повторения

1.Преимущества и недостатки газообразного топлива.

2.Горючие и негорючие составляющие газообразного топлива.

3.Какие горючие составляющие при сгорании выделяют больше тепла?

4.Как определяется теплота сгорания опытным путем?

7.Как подсчитать количество воздуха, необходимого для полного сгорания газообразного топлива?

8 . С каким коэффициентом избытка воздуха сгорает газообразное топливо?

9.Состав, теплота сгорания, использование природного газа.

10.Сжиженный газ, его свойства, использование.

11.Преимущества перевода двигателя, работающего на бензине,

на сжиженный газ.

12. Газы сухой перегонки, их состав, свойства, использование.

13.Сжатые газы, их использование.

14.Как классифицируется газообразное топливо по теплоте сго­ рания?

173

Глава VI

ТВЕРДОЕ ТОПЛИВО

&

§1. Состав топлива

Кестественным видам твердого топлива относятся ископаемые угли, сланцы, торф, древесина, отходы сель­ скохозяйственного производства, а к искусственным — кокс, полукокс, древесный уголь, брикеты, пылевидное топливо.

В твердых топливах в отличие от жидких содержится большое количество внутреннего и внешнего балласта (негорючих компонентов). К внутреннему балласту отно­ сится кислород и азот. В отдельных видах топлив, напри­ мер в древесине, содержание кислорода превышает 40%. К внешнему балласту относятся влага и минеральные при­

рода, содержание которого в органической массе топлив колеблется от 50% (древесина) до 92—94% (антрацит). Количество тепла, получаемого от сгорания водорода, небольшое, так как его содержание невелико (2—5%). Количество серы в твердых видах топлив колеблется от десятых долей до 3—4%. Несмотря на то, что при сгора­ нии серы выделяется тепло, она нежелательна в любом топливе, так как образующиеся при сгорании окислы серы вызывают сильную коррозию металла. Основное количе­ ство серы находится в горючей части топлива, но она так­ же может содержаться и в негорючей части.

Общее количество серы So6=Sr-f-SH.

Чем больше балласта, тем ниже ценность топлива, так как балласт не только уменьшает полезную часть топ­ лива, но и поглощает тепло иа нагревание и парообразо­ вание. Влага в топливе (W) содержится в виде внешней

Wmi и внутренней или гигроскопической (К7-1) воды. Внеш­ няя влага находится на поверхности топлива, для ее уда­ ления топливо несколько дней высушивают на воздухе при температуре 20 30 . Для удаления внутренней влаги

174

необходимо искусственное высушивание при температуре 102—105°. Сумма внешней и внутренней воды дает общую или рабочую влагу топлива, которую подсчитывают по формуле:

ги,0-!).

После сгорания топлива остается зола (А ), количест­ во которой несколько меньше, чем минеральных примесей (М), так как частично минеральные примеси разлагаются с выделением С 02 и S02. Количество минеральных при­ месей М —1,12Н. При исследовании твердого топлива важно знать не только количество, но и температуру плав­ ления золы, которая зависит от ее состава. Зола считается тугоплавкой, если температура ее плавления выше 1400°, среднеплавкой — 1200—1400° и легкоплавкой — ниже 1200°. Во всех промышленных, коммунальных и бытовых установках удобнее использовать топлива, имеющие вы­ сокие температуры плавления золы, в этих случаях не требуются специальные приспособления для удаления зо­ лы в жидкоплавком состоянии.

В связи с тем, что при сгорании топлива наблюдается разложение минеральных солей, различают органиче­ скую и горючую массы топлива. Органическая масса по­ лучается, если из 100 частей топлива отнять содержание воды и минеральных веществ, а горючая, если отнять со­

держание воды и золы.

Твердое топливо, сжигаемое в топках котлов, печах и других установках, в своем составе содержит рабочую влагу, минеральные примеси и органические вещества. Такое агрегатное состояние называют рабочей массой,

в помещении быстро теряет внешнюю влагу, а следова­ тельно, и изменяет свой состав (доходит до воздушносу­ хого состояния). Воздушносухое топливо можно измель­ чать, приготовлять среднюю пробу и проводить раз­ личные исследования. 1акая масса топлива называется лабораторной. Сто частей воздушносухой (лабораторной) массы топлива состоят из гигроскопической воды, мине­ ральных солей и органических веществ, т. е. 100 = ТВЛ+

+ Ал + Сл + Нл + Эл + Ол + N \

175

Если топливо подвергнуть искусственной сушке при температуре 102—105°, чтобы полностью удалить гигро­ скопическую влагу, то получится масса топлива, назы­ ваемая абсолютно сухой, в ней содержатся минеральные соли и органические вещества, т. е 100 = Лс-}- Cc-f Hc-f-

+ S c + Oc + Nc.

Топливо в абсолютно сухом агрегатном состоянии не­ стабильно, оно жадно поглощает воду из окружающей ат­ мосферы и постепенно доходит до воздушносухого со­ стояния.

Масса топлива, содержащая в своем составе только органические вещества, называется горючей: Ю0 = СГ4-

+Hr -)-Sr -f Or + Nr.

Всправочных материалах обычно состав топлива при­ водится на горючую массу, иногда на абсолютно сухую, так как количество воды и минеральных веществ может меняться иногда в очень значительных пределах в зави­ симости от способов добычи, транспортировки, условий хранения и применения топлива. Поэтому для решения различных практических задач нужно уметь пересчитать результаты, полученные при анализе топлива, на другие агрегатные состояния.

§ 2. Пересчет данных лабораторного анализа на сухую, горючую и рабочую массы топлива

Допустим, что имеем 100 частей воздушносухого топ­ лива, в котором содержатся внутренняя вода, зола и ор­ ганические элементы. Проведя анализ данного топлива, определим количество балласта, теплоту сгорания, эле­ ментарный состав. Необходимо подсчитать, сколько будет получено тепла на рабочую, горючую или абсолютно су­ хую массу топлива.

На рисунке 40 схематично показаны агрегатные со­ стояния топлива. Обозначим символом 5 Л какую-либо составную часть топлива, найденную анализом; эту ве­ личину нужно пересчитать на другие агрегатные состоя­ ния, т. е. определить ВГ, Вс и Вр.

Пересчет на горючую массу. По рисунку 40, б и г сра­ вниваем, чем отличается лабораторная масса от горючей. В 100 частях лабораторной массы топлива, кроме органи­ ческих элементов, содержатся внутренняя влага и зола, а горючая масса состоит только из органических элемен­ тов. Составляем пропорцию, рассуждая так: ВЛ содер-

176

а

Рис. 40. Схема агрегатных стояний топлива:

Вл ---- ЮО — \УЛ— АЛ

£ г ---- 100,

откуда

Вг _ Вл-100

(42)

100— W n — А л ■

Пересчет на абсолютно сухую массу топлива. По рисун­ ку 40, 6 и в видим, что абсолютно сухая масса топлива от­ личается от воздушносухой количеством внутренней вла­ ги, содержащейся в топливе в воздушносухом состоянии. Аналогично составляем пропорцию: Вл содержится в 100 частях топлива минус Шл, а Вс— в 100 частях, отсюда

Вл ---- 100— \УЛ

Вс---- 100,

откуда

в<. _ Вл-100

(43)

100 — \ ¥ л '

Пересчет на рабочую массу топлива. По рисунку 40, а и б сравниваем лабораторную и рабочую массы топлива. Здесь разница в составе и свойствах топлива зависит от

177

того, какое количество внешней водьт содержится в рабо­ чей массе топлива: чем ее больше, тем меньше сухого ве­ щества и ниже ценность топлива. Составляем пропор­

§ 3. Ископаемые угли

Основной вид твердого топлива — ископаемые угли, более половины мировых запасов которых приходится на долю Советского Союза (более 9000 млрд. т). Несмотря па увеличивающуюся ежегодную добычу ископаемых углей, их роль в топливном балансе страны снижается: если в недалеком прошлом они занимали 92—94%, то в настоя­ щее время менее 50%. Одной из основных задач текущей пятилетки является дальнейшее ускоренное развитие до­ бычи нефти и газа, увеличение их доли в топливном балан­ се как более перспективных и экономичных видов топлив, но все же еще длительное время твердые топлива будут

играть существенную роль в энергетическом развитии страны.

В ископаемых углях содержится значительное коли­ чество внешнего и внутреннего балласта, поэтому их тепловая ценность ниже, чем у продуктов перегонки неф­ ти. Для повышения тепловой ценности углей их подвер­ гают обогащению, т. е. удаляют пустую породу, повышаю­ щую зольность. Удалять породу можно непосредственно при добыче угля в шахтах или же на специальных уста­ новках после добычи. Для обогащения углей используют

различные углемоечные машины, применяют флотацию, сепарацию и другие способы.

Ископаемые угли делят на три группы: бурые, ка­ менные и антрациты, в зависимости от изменения орга­ нического вещества, из которого образовались угли, и их химического возраста. Чем выше химический возраст, гем более глубокие изменения претерпевало органическое вещество. В таком угле больше содержится углерода и

178