Характеристики топлив

ОРГАНИЧЕСКИЕ ТОПЛИВА

Топлива – это природные вещества которые экономически целесообразно использовать для получения теплоты в больших количествах. Различают химические и ядерные топлива. Мы будем рассматривать только химические органические топлива, применяемые в промышленности и энергетике.

Топливо представляет собой совокупность горючего и окислителя.

К горючим относят водород (Н₂); щелочные металлы: натрий (Na), магний (Mg), алюминий (Al), калий (K); углерод (С) и углеводородные соединения.

К окислителям относят кислород (О₂), соединения с кислородом и элементы гомогенного ряда: фтор (F), хлор (Cl).

В таблице 1.1 приведена классификация углеводородных горючих по происхождению и агрегатному состоянию.

Таблица 1.1

Классификация углеводородных горючих

Состав топлив

Свойства топлив, целесообразность их использования в значительной мере определяются их химическим составом, который для жидких и твердых топлив задается обычно в процентах по массе. Состав газового топлива задается объемным содержанием в % входящих в него газов.

Элементы, входящие в состав топлива, обозначаются соответствующими символами: С – углерод; Н – водород; О – кислород; N – азот; S – сера. Зола и влага, входящие в состав топлива, обозначаются соответственно А и W.

Влажность и зольность топлив даже в пределах одного сорта подвержены значительным колебаниям, поэтому для уточнения характеристик вводятся понятия о горючей, сухой и рабочей массах топлива. Обратите внимание на различия уравнений материального баланса для этих случаев.

Материальный баланс горючей массы углеводородного топлива

C_г + H_г + O_г+ N_г + S_г = 100 %.

Материальный баланс сухой массы:

С_c + H_c + O_c + N_c + S_c + A_c = 100 %.

Материальный баланс рабочей массы

С_p + H_p + O_p + N_p + S_p + A_p + W_p = 100 %.

Совокупность золы и влаги, входящих в состав топлива, называют внешним балластом горючего. Совокупность кислорода и азота, входящих в состав топлива, называют внутренним балластом горючего.

Характеристики топлив

К основным характеристикам, определяющих ценность топлив, относят следующие.

1. Вязкость.

2. Температура воспламенения.

3. Температура вспышки.

4. Токсичность.

5. Температура замерзания.

6. Температура перегонки.

7. Запыленность (для газообразных горючих).

8. Теплота сгорания Q, Дж – это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании горючего.

Для инженерных расчетов процессов горения пользуются понятием - удельная теплота сгорания q, Дж/кг - это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1кг твердого (жидкого) или одного нормального кубического метра (1 нм³) газообразного горючего.

1 нм³ - это кубический метр при нормальных условиях (t = 0 ­­⁰C, Р = 760 мм. рт. ст.).

Принято различать высшую и низшую теплоту сгорания.

q_в = q_н +0,025 (9H_р + W_p), МДж / кг,

где q_в - высшая теплота сгорания – это количество теплоты, выделяющейся при сгорании топлива с учетом теплоты конденсации водяных паров, образующихся при сгорании водорода Н_р и испарении влаги W_p;

q_н - низшая теплота сгорания – теплота сгорания топлива, при условии, что влага, образующаяся при сгорании водорода топлива 9Н_р и влага топлива W_p находятся в парообразном состоянии;

0,025 МДж/кг - теплота парообразования воды;

9Н_р – количество влаги, выделяющейся при полном сгорании рабочей массы водорода топлива;

W_р – количество влаги, которое содержится в горючем.

Самым калорийным горючим является - водород (Н₂).

q_н = 140 МДж/кг - для водорода;

q_н = 20-30 МДж/кг - для каменного угля;

q_н = 38 МДж/кг - для мазута.

Условное топливо - это такое эффективное, несуществующее в природе топливо, теплота сгорания которого

q_усл = 29,33 МДж/кг (7000 ккал/кг).

Условный эквивалент - это отношение низшей теплоты сгорания горючего к теплоте сгорания условного топлива:

В_усл = q_н/q_усл.

В России на гражданина приходится примерно около 2 тонн условного топлива в год. В развитых странах (США, Великобритания, Германия) на гражданина приходится примерно около 10 тонн условного топлива в год.