Топливо и его горение

Электростальский политехнический  институт

Филиал московского института  стали и сплавов

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ  ПО  ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

 

ТОПЛИВО И ЕГО  ГОРЕНИЕ 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 1 курса

                                                                                                                     гр. ЗЭМу-09

                                                                                                                      Рогозина И.С.

                                                                                                 Проверила: Сорокина И.А.

 

 

 

 

Электросталь 2010 год

Содержание:

1. Общее понятие топлива                                                                    

2. Состав и характеристики:                                                                 

• твердое топливо
• жидкое топливо
• газообразное топливо

3. Теплота сгорания топлива                                                                

4. Устройства для сжигания  топлива

5. Нефть 

6. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общее понятие топлива

Топливо — вещество или смесь веществ, способное к экзотермическим химическим реакциям с внешним или содержащимся в самом топливе окислителем, применяемое для выделения энергии, изначально тепловой.

Топливо, не содержащее в  своём составе окислитель, часто  называют горючее. Понятие топлива более общее, нежели горючее или горючее ископаемое, потому как включает в себя древесину и различные топливные смеси. В широком смысле — один из видов потенциальной энергии, энергоноситель.

Химическая или ядерная  энергия топлива переводится  в различные виды энергии, и чаще всего через преобразование выделяемого  при реакциях тепла тепловыми двигателями.

Основной показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива (теплота сгорания которого принят а равной 29,35 МДж/кг (7000 ккал/кг), что соответствует хорошему малозольному сухому углю).

В данной главе будут, рассматриваться  органические топлива, применяемые в промышленности и энергетике. По своему состоянию они делятся на твердые, жидкие и газообразные.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Состав и основные характеристики

• твердое топливо

Ископаемые твердые топлива (за исключением сланцев) являются продуктами разложения органической массы растений. Самое молодое из них - торф, представляет собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по возрасту являются бурые угли - землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Возобновляемым твердым топливом является древесина. Доля ее в энергобалансе мира сейчас не велика, но в некоторых регионах древесина еще используется в качестве топлива.

Свойства топлива как  горючего материала определяются составом его в сухом беззольном состоянии. Поскольку химический состав твердого топлива сложен и обычно неизвестен, его характеризуют массовым содержанием образующих элементов, определяемым в результате элементного анализа:

      ,

где -суммарное содержание горючей серы.

Собственно горючими в  органическом топливе являются углерод, водород и сера. С увеличением  возраста топлива содержание углерода увеличивается. Кислород, как и остальные  элементы, содержащиеся в виде сложных  органических соединений. Чем больше в них кислорода, тем больше доля водорода и углерода топлива химически  связана с ними.

При полном сгорании углерода образуется относительно безвредный диоксид углерода и выделяется 32,8 МДж теплоты на 1 кг углерода.

При сгорании серы образуется токсичный сернистый ангидрид и еще более токсичный серный ангидрид .

Топливо в том виде, в  котором оно сжигается в технических  устройствах, характеризуется его  рабочим состоянием. В его состав входят зола A и влага W, составляющие балласт топлива:

 

 

При нагревании твердого топлива  без доступа воздуха его органическая масса разлагается, в результате чего образуются газы, водяные и смоляные пары и углеродсодержащий остаток. Суммарное количество выделяющихся летучих веществ увеличивается с ростом температуры и времени выдержки. Этот процесс в основном заканчивается при С. Выход летучих является важнейшей характеристикой топлива и уменьшается по мере увеличения его возраста. Чем больше выход летучих, тем проще зажечь это топливо и легче поддерживать устойчивое горение.

• жидкое топливо

Практически все жидкие топлива  пока получают путем переработки  нефти. Сырую нефть нагревают  до С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре: сжиженный газ, бензиновую, керосиновую, дизельную. Жидкий остаток с температурой начала кипения С называется мазутом. Указанные фракции служат исходным сырьем для получения смазочных материалов и топлив для двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок - бензина, керосина, дизельного топлива и т.д.

Легкая фракция нефти, в особенности бензин, с температурой кипения от 50 до 200 ºС, состоит преимущественно из парафина и ограниченного количества углеводородов.

Средняя фракция нефти, подразделяется на бензин (температура кипения от 200 до 250 ºС) и газойль (температура кипения от 200 до 350 ºС). Газойль в прошлом использовался в качестве сырья для производства нефтепродуктов, а сегодня применяется в основном как дизельное топливо. К данной фракции также принадлежит сверхлегкие  нефтепродукты, используемые для отопления.

Тяжелая фракция нефти (температура  кипения свыше 350 ^oС) используется в основном как смазочный материал, а также в качестве топлива на тепловых электростанциях и горючего для машин, работающих на тяжелом топливе.

Мазутная фракция может  подвергаться дальнейшей переработке  на светлые нефтепродукты путем  крекинга, т.е. расщепления тяжелых  молекул на более легкие.

Поскольку мазут служит предметом  экспорта, его потребление в качестве топлива уменьшается. Мазу, как и  моторные топлива, представляет собой  сложную смесь углеводородов, в  состав которых входят в основном углерод и водород.

Мазуты получаемые из нефти ряда месторождений, могут содержать много серы (до 4,3%), что резко усложняет защиту оборудования  и окружающей среды при их сжигании.

• газообразное топливо

К газообразным топливам относятся прежде всего природный газ. Основным его компонентом является метан , кроме того, в газе разных месторождений содержатся небольшие количества азота , высших углеводородов , диоксида углерода . В процессе добычи природного газа его очищают от сернистых соединений, но часть их может оставаться. Кроме того, в бытовой газ для обнаружения утечек добавляют так называемые одоризаторы, придающие газу специфический запах; они тоже содержат соединения серы.

При добычи нефти выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов и поэтому выделяющий при сгорании больше теплоты.

В промышленности и особенно в быту находит широкое распространение сжиженный газ, полученный при первичной переработке нефти и попутных  нефтяных газов.

На металлургических заводах  в качестве попутных продуктов получают коксовый и доменный газы. И тот  и другой используются здесь же на заводах для отопления печей  и технологических аппаратов. Коксовый газ иногда применяют для бытового газоснабжения прилегающих жилых  массивов.

В последнее время в  ряде мест все большее применение находит биогаз - продукт анаэробной ферментации (сбраживания) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора и т.д.).

Газовое топливо обладает рядом преимуществ перед жидкими и твёрдыми топливами. При сжигании газов не образуется золы. Основной недостаток г. т. — малая плотность.

 

3. Теплота сгорания топлива

Под теплотой сгорания понимается количество теплоты, выделяющейся при  полном сгорании единицы топлива. Теплоту  сгорания твердого и жидкого топлива  обычно относят к 1кг, а газообразного - к м (в нормальных условиях) на рабочее, сухое или сухое беззольное состояние.

Продукты сгорания пробы  образуются в калоритметре до комнатной температуры. При этом вода, образующаяся во влажном топливе, оказывается в жидком виде. Если в результате сгорания вода получается в виде жидкости, теплота сгорания называется высшей - .

В технических устройствах  вода обычно выбрасывается вместе с  продуктами сгорания в виде пара. Если в результате сгорания вода получается в виде пара, теплота сгорания называется низшей - . Она меньше, чем на количество затрат теплоты на испарение.

Поскольку 1кг водорода дает при сгорании 9кг воды, а конденсация 1кг пара при С - около 2,5 МДж теплоты, то приближенно:

= + 25 ( + )

Значения дставляются в эту формулу в %, Q - в КДж/кг.

Максимальная теплота  сгорания твердых топлив доходит  до =28МДж/кг, минимальная может в зависимости от содержания балласта опускаться до 10 МДж/кг и ниже.

Теплота сгорания обезвоженных мазутов =41,5/39МДж/кг. Поскольку элементный состав всех жидких топлив, полученных перегонкой нефти, примерно одинаков, их теплота сгорания также примерно одинакова.

Зависимость теплоты сгорания (МДж/кг) широкого круга органических веществ от их элементного состава (%) хорошо иллюстрирует формула Д.И. Менделеева: 
=0,34 +1,03- 0,11 () - 0,025

Калориметр позволяет  определить теплоту сгорания с большой  точностью, чем эта и аналогичные  ей формулы, поэтому она используется как иллюстративная и  - для проверки точности элементного анализа.

Теплоту сгорания газообразного  топлива обычно относят к 1 сухого газа (так называемая низшая теплота сгорания сухого газа ) в нормальных условиях и рассчитывают через теплоты сгорания составляющих его компонентов (кДж/). С другой стороны, теплоту сгорания нетрудно определить экспериментально в калориметре.

 

 

 

 

4. Топочные устройства  

 

В промышленной теплоэнергетике  используются все виды топлива —  твердое, жидкое и газообразное. До массового применения жидкого и  газообразного топлива в промышленных котельных слоевой способ сжигания твердого топлива был преобладающим.

Слоевые топочные устройства просты в эксплуатации, пригодны для  работы на углях различных сортов в широком диапазоне нагрузок, характерны небольшим расходом электрической  энергии на собственные нужды. Кроме  того, они не требуют больших объемов  топочных камер.

Топочные устройства для сжигания топлива в слое по степени механизации операций обслуживания (питание слоя топливом, шурование слоя и удаление шлака) делятся на механические (все операции механизированы), полумеханические (при обслуживании имеется доля ручного труда) и ручные (все операции по обслуживанию выполняются вручную).   Промышленностью  выпускаются  слоевые топочные устройства:

механические — топки  с чешуйчатой цепной решеткой прямого  хода (ТЧ), топки обратного хода чешуйчатые (ТЧЗ), топки обратного хода ленточные (ТЛЗ);

полумеханические — топки  с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками (ПМЗ-РПК);

ручные  -  топки с решеткой с поворотными колосниками   (РПК).

Указанные топочные устройства предназначены для установки  под водотрубными котлами и могут  быть применены в жаротрубных  котлах при устройстве выносной топочной камеры с экранированием или без  него.

5. Нефть

1. Общие сведения о нефти

Нефть - это маслянистая, опалесцирующая жидкость с характерным запахом. Аромат нефти придают сопутствующий ей сероводород, остатки растительных и животных организмов.

Основную массу топлива  и смазочных материалов вырабатывают из нефти. В состав нефти входят три  основных класса углеводородов: парафиновые, нафтеновые и ароматические. Ответственной и важной частью при получении топлива является очистка нефтепродуктов. Цель отчистки - удаление из дистиллята вредных примесей (сернистых и азотных соединений, смолистых веществ, органических кислот и др.).