teplotekhnika (852911), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Далее приведено описание некоторых из них.Сжиженные нефтяные газы представляют собой смеси углеводородов,которые при атмосферных условиях являются газами, но при повышении давления и снижении температуры переходят в жидкое состояние.Они являются продуктами переработки нефти и содержат в своей основе пропан и бутан, а также их производные - пропилен и бутилен.
Сжи295женные газы находят широкое применение для бытовых нужд и в качестве топлива для автомобилей, так как дают при сгорании минимальноезагрязнение окружающей среды. Отпуск сжиженных газов обеспечивается в баллоны, автомобильные и железнодорожные цистерны под давлением І,2-І,6 МПа с заполнением емкостей до 90%.Кислородсодержащие соединения включают: низш ие и высшие спирты метанол, этанол, пропанол и др.; эфиры - метил-трет-бутиловый эфир(МТБЭ), диметилэфир (ДМ Е) и др.
К настоящему времени наибольшееприменение нашли низшие спирты, в частности метанол, который можно производить из угля, сланцев, древесины, биомассы и др. Спиртыимеют высокие октановые числа и их целесообразно применять в ДВС сискровым зажиганием. Однако они имеют целый ряд недостатков, такихкак низкая теплота сгорания, коррозионность, высокая теплота испарения, гигроскопичность, токсичность, которых можно избежать используя их производные - эфиры; наибольшее применение как компонентавтомобильных бензинов находит МТБЭ, и как перспективное дизельное топливо диметилэфир (ДМЭ) с высоким цетановым числом, практически не образующий при сгорании сажи.Гидротоплива или водотопливные эмульсии (ВТЭ) могут применяться вкачестве горючего в энергетических установках, что является одним изреальных путей повышения энергосбережения и экологической безопасности энергетики.
Под гидротопливом понимается новый вид топлива, одним из компонентов которого является диспергированная вода.Различают следующие виды гидротоплив:водомазутные эмульсии (ВМЭ);водоугольные суспензии (ВУС);водогазовые аэрозоли (ВГА);комбинированные гидротоплива (КГ).Особенность гидротоплив по сравнению с чистыми видами горючегозаключается в том, что вода принимает активное участие во всех газодинамических, диффузионно-тепловых, химико-кинетических и другихпроцессах, происходящих в зоне горения.При попадании эмульгированного топлива в топку давление расширяющихся водяных паров внутри частицы превышает уже ослабленныевследствие нагрева силы поверхностного натяжения пленки и происходитразрушение капли (микровзрыв).
Чем больше разница между температурами среды, топлива и воды, тем интенсивнее прогревается и разрываетсякапля эмульсии. Как следствие разрыва на более мелкие капли поверхность испарения и скорость превращения топливной эмульсии в парообразное состояние резко возрастают. Значительно усиливается перемешивание паров топлива с кислородом воздуха, что ускоряет процесс горенияи позволяет уменьшить коэффициент избытка воздуха до минимальнойвеличины.
На стадии догорания сажистых остатков сказывается катал ити296ческое положительное влияние водяных паров и свободных радикалов.Само горение эмульсии протекает более бурно и за меньший промежуток времени, чем горение безводных топлив.Время подогрева эмульгированного топлива меньше, чем неэмульгированного.Результаты исследования сжигания эмульсий показали, что эмульгированные жидкие топлива сгорают быстрее, чем обычные. Водотопливные эмульсии позволяют существенно снизить содержание сажи и оксидов азота в отработавших газах и повысить эффективность использованияутяжеленных дизельных топлив.
Водотопливные эмульсии можно разделить на два типа: «вода в топливе» и «топливо в воде». На практике обычно используют эмульсии типа «вода в топливе», когда вода, являющаясявнутренней фазой, составляет 10-40% по объему. Капли воды в такихэмульсиях представляют собой правильные сферы размером 2-5 мкм.Отличительными особенностями сгорания ВТЭ являются снижениетемпературы пламени и повышение полноты сгорания, в основе чего лежит улучшение смесеобразования топлива с воздухом при возникновении «микровзрывов» капель воды. Недостатками ВТЭ являются невозможность их использования при низких температурах, склонность к расслоению и низкие значения температуры точки росы продуктов сгорания, что приводит к увеличению скорости низкотемпературной коррозии при сжигании сернистых топлив.Синтетические жидкие топлива (СЖТ) применяют как в чистом виде,так и в качестве добавок к углеводородным топливам.Наиболее дешевыми источником их получения являются каменныйуголь и горючие сланцы.
К этим видам топлив относятся синтетическиебензины и дизельные топлива, метанол и др. Эти топлива близки по сво~им характеристикам к моторным нефтяным топливам. Однако они отличаются несколько меньшим (по отношению к дизельному) содержаниемводорода (9-12%), большим содержанием серы и соединений азота, повышенной температурой застывания, меньшей теплотой сгорания.Серьезной проблемой при использовании синтетических жидких топливявляется их несовместимость с некоторыми нефтетопливами.Газовые конденсаты характеризуются сравнительно малыми запасамии сырьевой ценностью, что ограничивает широкое их использование.Легкие конденсаты северных районов европейской части страны и тяже-лые Западной Сибири по показателям качества близки к моторным топливам, имеют высокие эксплуатационные качества.
Часто требуетсялишь незначительное улучшение тех или иных свойств. Поэтому газовыеконденсаты могут применяться ограниченно как в чистом виде, так и всмесях с нефтетопливами вблизи мест добычи.Газообразные топлива. Горючие газы являются удобным топливом какдля стационарных, так и транспортных тепловых установок и двигате297лей.
К достоинствам газов как топлива следует отнести высокую теплотусгорания большинства из них, отсутствие золы при сжигании, более экономичный, чем при твердом и жидком топливе, процесс горения, удобство его регулирования и возможность полной автоматизации, возможность транспортировки газов по трубопроводам на большие расстоянияи др. Недостатки газов (токсичность, взрывоопасность и др.) при правильной эксплуатации трубопроводов и газоиспользующих установок слихвой покрываются их преимуществами.Самым распространенным энергетическим и технологическим газообразным топливом является природный газ. Малое содержание конденсатов в очищенном природном газе позволяет передавать его на оченьбольшие расстояния.
На месте добычи от газа отделяют конденсат, являющийся высококачественным моторным топливом, механические примеси и влагу. При движении газа по трубопроводам его давление постепенно падает. Поэтому через определенные расстояния устанавливаютсягазоперекачиваюшие станции, повышающие давление газа.Большим преимуществом газа является то, что он не требует подготовки к сжиганию - достаточно лишь снизить его давление.Городские и промышленные системы газоснабжения подсоединяются кмагистральным газопроводам через газораспределительные станции.Потребители газа присоединяются к сетям через газорегуляторныепункты и газорегуляторные установки, которые последовательно снижают давление газа до значений, обусловленных характером потребителя.Так, для бытовых потребителей избыточное давление газа в сети должнобыть в пределах 1-5 кПа. В котельных коммунальных предприятий и вцехах предприятий допускается применение газа с избыточным давлением до 0,3-0,6 МПа.Газ является наиболее «чистым» топливом: его продукты сгоранияпрактически не загрязняют окружающей среды.
Поэтому в последнеевремя предпринимают успешные попытки перевода на сжатый природный газ автомобилей городского транспорта. Ведутся исследовательскиеработы в области применения сжатого природного газа как топлива длятепловозов.Серьезной проблемой при использовании газа в транспортных энергетических установках является их хранение - оно возможно в двух видах: компримированном (сжатом) до высокого давления (20 МПа) дляхранения в баллонах или сжиженном, что требует специальной криогенной техники.Водород обладает наивысшей теплотой сгорания, неограниченнымиресурсами, что позволяет отводить ему роль основы транспортной энергетики будущего. Водород является идеальным топливом в этом смысле,так как его добывают из воды и, сгорая, он образует воду.
Он хорошо смешивается с воздухом и легко воспламеняется. Проведенные испытания298показали принципиальную возможность его использования как в карбюраторных, так и в дизельных двигателях. Однако существует ряд проблем, возникающих при применении водорода в качестве моторного топлива, связанных с его получением, хранением и использованием, в особенности в условиях транспортных энергетических установок.Ядерное топливо. Данный вид топлива служит для получения энергиив ядерном реакторе. Эта энергия используется на атомных электрических станциях (АЭС) и судах с ядерными энергетическими установками,где она превращается в тепловую энергию водяного пара или горячей воды, служащих основным рабочим телом.Тепловая ценность ядерного топлива примерно в 2,5 млн раз выше,чем органического.Естественным делящимся материалом является изотоп урана с атомным весом 235 (ІІ-235).
Однако в природном уране его содержится всего0,796 по массе. Поэтому в качестве топлива в ядерных реакторах используют распространенный в природе [1-238, обогащенный [1-235.Технология получения и использования ядерного топлива предполагает замкнутый цикл. После добычи руды, разделения изотопов и обогащения урана-238 ураном-235 следует изготовление тепловыделяющихэлементов и сборок из них. Сборки транспортируются к местам их использования, устанавливаются в реакторах и после выгорания топливавновь возвращаются на завод для переработки. В настоящее время используются реакторы двух типов: на медленных и на быстрых нейтронах.Недостатком реакторов на медленных нейтронах является неполное выгорание топлива.В реакторах на быстрых нейтронах 0-238 и Тп-232 в результате нейтронной бомбардировки превращаются в искусственное ядерное горю-чее (плутоний-239, уран-233) при одновременном выделении тепловойэнергии, используемой в цикле ядерной энергетической установки.
Таким образом, реакторы на быстрых нейтронах воспроизводят ядерноегорючее, увеличивая использование существующих запасов урана.14.3. Основы горения топливГорение топлива как физико-химический процесс. Горение топлива представляет собой химический процесс быстрого соединения (окисления)горючих элементов топлива с кислородом воздуха, протекающий привысоких температурах и сопровождающийся интенсивным тепловыделением. Система, состоящая из окислителя и топлива, претерпеваетсложный путь химических превращений с образованием промежуточных продуктов, причем реакции могут быть экзотермическими и эндотермическими.299Окислителем в большинстве случаев является кислород воздуха: могут использоваться и искусственные окислители, например кислоты.Полная внутренняя энергия иполн веществ, вступающих в реакцию, равна сумме их внутренней тепловой энергии и и внутренней химическойэнергии І/х, кДж/кг,иПОЛН= и+ их.(14.16)Внутренняя химическая энергия вещества - это энергия его внутримолекулярных связей, которые в условиях реакции с другими веществами разрушаются, а вместо них устанавливаются новые, что приводит кобразованию продуктов реакции и выделению теплоты.Горение может быть гомогенным и гетерогенным.При гомогенном горении топливо и окислитель находятся в одинаковом(чаще всего газообразном) агрегатном состоянии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
