Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 37
Текст из файла (страница 37)
В начале 80-х годов глубина переработки нефти возросла примерно до 60 ою а к концу века выход мазута уменьшится до 20 Я сырой нефти, Поскольку мазут служит и предметом экспорта, его потребление в качестве топлива уменьшается Мазут, как и моторные топлива, представляет собой сложную смесь углеводородов, в состав которых входят в основном углерод (С'= = 84 †: 86 о4,') и водород (Н'= 10 †: 12 ",4). Мазуты, получаемые иэ нефти рида месторождений, могут содержать много серы (до 4,3 оо), что резко усложняет защиту оборудования и окружающей среды при их сжигании.
Зольность мазута не должна превы. шать 0,14 оо, а содержание воды должно быть не более 1,5 ою В состав золы входят соединения ванадия, никеля, железа и других металлов, поэтому ее часто используют в качестве сырья лля получения, например, ванадия В последнее время все более актуальным становится получение жидкого топлива из угля, однако в условиях СССР искусственное жидкое топливо пока еще экономически неконкуректоспособно по отношению к природному. 15.3.
СОСТАВ И ОСНОВН616 ХА РА КТЕ РИ ОТ И КИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА К газообразным топливам относится прежде всего п р и р од н ы й г а з,) огромными запасами которого располагает СССР. Основным его компонентом является метан СНь кроме того, в газе разных месторождений содержатся неболь- шие количества азота Чо, высших углеводородов С,Н, диоксида углерода СОо.
В процессе добычи природного газа его очищают от сернистых соеднненой, но часть их (в основном сероводород) может оставаться. Кроме того, в бьтоаой газ для обнаружения утечек доба оляют так называемые одоризаторы, придающие газу специфический запах; оно тоже содержат соединения серы. Принято считать, что концентрация водяного пара в природном газе соответствует состоянию насьпцения прн температуре газа в трубопроводе. При добыче нефти выделяется так называемый п о п у т н ы й г а з,:одержащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов и поэтому выделяющий при сгорании больше теплоты.'Проблема полного его и польо зования сейчас весьма актуальна.
Так, в СССР на попутном газе работает Сургутскаи ГРЭС мощностью 2,5 ГВт, в том же районе сооружаются аналогичные ГРЭС. Естественно, если близко есть газопровод природного газа, попутный газ проще всего закачивать в него. В промышленности и особенно з быту находит широкое распространение с ж и. ж е н н ы й г а з, получаемый пр» первичной переработке нефти и попутных нефтяных газов ) По ГОСТ 2~)448— 80 с изменениями от 01.03.84 г.
и 01.07.86 г. выпускают тех нический пропан (не менее 93 оп СоНо+ СоНо), технический бутан (не менее 93 36 С4Нм+СоНо) н их смеси. Температура конденсации пропана при атмосферном давлении равна — 44,5 'С, а бутана +5 'С; соответственно при 20 'С давление паров пропана составлязт около 0,8, а бутана — около 0,2 МПа. Поэтому эти газы транспортируют в жидком виде в баллонах под небохьшим давлением (менее 2 МПа). В зависимости от назначения и условий использования смеси содержание в ней пропановой и бутановой фракций должно быть разным.
Например, в районах с суровым климатом цистерны без подогрева, размещаемые на улице, должны зимой заполняться пропаном, ибо бутан при отрицательных температурах испаряться не будет. Наоборот, неболь- 121 шие баллоны, устанавливаемые в помещении, и любые баллоны в районах с теплым климатом, заполняют смесью, состоишей примерно поровну из пропана и бутана, в результате чего давление в баллоне обычно не превышает 0,6 МПа. На металлургических заводах в качестве попутных продуктов получают , к о к с о в ы й и д о м е н и ы й газы.~ И тот и другой используются здесь же йа заводах для отопления печей и техноло.
гических аппаратов. Коксовый газ иногда (после очистки от сернистых соединений) применяют для бытового газоснабжения прилегающих жилых массивов. Из-за большого содержания СО (5— 10 «6) он значительно токсичнее природного. Избытки доменного газа обычно сжигают в топках заводских электростанций. В районе расположения угольных шахт своеобразным «топливом» может служить метан, выделяющийся из пластов прн их вентиляции. Концентрация его в смеси с воздухом может составлять от '2,5 до 40 «г«и вьпне Поскольку метана-воздушная смесь взрывоопасна при концентрации метана в ней более 5, но менее 15 Я и может загореться (взорваться) в подводящих трубопроводах, для сжигания используют лишь смеси с концентрацией, лежащей за этими пределамн Газы, получаемые путем газификации (генераторные) или путем сухой перегонки (иагрева без доступа воздуха) твердых топлив, в большинстве стран практически полностью вытеснены природным, однако сейчас снова возрождается интерес к их производству и использованию.
В последнее время в ряде мест все большее применение находит (б и ог а з ~- продукт анаэробной ферментации (сбраживания) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора, сточных вод и т. д.). По данным академика И. В. Петрянова-Соколова в Китае на самых разных отбросах работают уже свыше миллиона фабрик биогаза (по данным Юнеско — до 7 млн). В Японии источниками биогаза служат свалки предварительно отсортированно- 122 го бытового мусора.
«Фабрика» производительностью до 20 ° 10' м' газа в сутки отапливает небольшую электростанцию мощностью 716 кВт. В СССР первые установки для получения биогаза были построены в Латвийском совхозе «Огре». Конструкция небольшого фермента- тора для индивидуального потребители предельно проста: тепло- и гидроизолированная яма с гидрозатвором, заполненная разжиженным сырьем (влажность 88 — 94 «в) с плавающим в ией колоколом-аккумулятором для вывода газа. Производительность ферментатора составляет грубо около 1 м' газа в сутки с 1 м' его обьема при температуре в нем 30 — 40 'С.Ферментатора размерами 2Х Х 2Х 1,5 и вполне достаточно для работы двух бытовых газовых горелок.
Сырье загружается порциями по крайней мере 1 раз в сутки. Получающийся газ состоит в основном из метана и диоксида углерода с небольшими количествами сероводорода, азота и водорода. Его сжигание (учитывая более высокую эффективность) дает не меньше энергии, чем непосредственное сжигание кизяка. Г!олучаюшиеся в процессах ферментации жидкие отходы используются в качестве высококачественного удобрения, содержащего вдвое больше связанного азота, чем исходное сырье.
Анаэробное сбраживание отходов крупных животноводческих комплексов позволяет решить чрезвычайно острую проблему загрязнения окружающей среды жидкими отходами путем превращения их в биогаз (примерно 1 м' в сутки на единицу крупного рогатого скота) и высококачественные удобрения. !Згк ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА Под теплотой сгорания лонимиегсл количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы топлива. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива обычно относят к 1 кг, а газообразного — к 1 и' (в нормальных условиях) иа рабочее, сухое или сухое беззольиое состояние. По ГОСТ 147 — 74 с изменениями от О!.01.1981 г.
и 01.01.!985 г. она определи. ется в калориметре. О,' = 0,34 С' + 1,03 Н'— — О,! 1 (О' — Б,') — 0,025 У'. + 912,5СзНэ + 590,6Сэ Нч + +1190С,Ни, + !26,4СО+ +! 08Нх+ 234Нх5. (15.2) л и и а !5 ! Состав (% аа.) н теплота сгорания горючих газов (ориентировочно) 123 Продукты сгорания пробы топлива охлаждаются в калориметре до комнатной температуры. При этом вода, образующаяся при сгорании водорода и содержащаяся во влажном топливе, оказывается в жидком виде Если в результате сгорания вода получается в виде исидкасти, теплота сгорания называется н ыс ш е й — О„. В технических устройствах вода обычно выбрасывается вместе с продуктами сгорания в виде пара.
Если в результате сгорания вода получается в виде пара, теплота с~орания называется н и з ш е й — О,. Она меньше, чем ()„на количество затрат теплоты на испарение. В СССР и ряде других стран обычна оперируют низшей теплотой сгорания на рабочее состояние О,'. В США и Великобритании теплотехнические расчеты выполняют на основе высшей теплоты сгорания. Поскольку 1 кг водорода дает при сгорании 9 кг воды, а конденсация 1 кг пара при 20 *С вЂ” окало 2,5 МДж теплоты (см.
(4.64)), то приближенно О,' = (;1,'+ 25 (9Н'+ (Р"). (15.1) Значения Н' и Ф" подставляются в эту формулу в %, Я вЂ” в КДж/кг. (Точнее, Я;, = (11+ 24,42 ( Ф'+ 8,94Н')) . Максимальная теплота сгорания твердых топлив доходит до О)= =28 МДж/кг (тощие угли и антрациты), минимальная может в зависимости от содержания балласта опускаться до 10 МДж/кг и ниже. Теплота сгорания обезвоженных мазутов Я,'=41,5 —:39 МДж/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 ат их элементного состава (%) хорошо иллюстрирует формула Д. И. Менделеева: Калориметр позволяет определить тепло. ту сгорания с большей точностью, чем эта и аналогичные ей формулы, поэтому ана используется как иллюстративная и иногда — для проверки точности элементного анализа. Теплоту сгорания газообразного топлива обычно относят к 1 м' сухого газа (так называемая низшая теплота сгорании сухого газа Ц~) в нормальных условиях и рассчитывают через теплоты сгорания составляющих его компонентов (кДж/мх), являющиеся коэффициентами в формуле (15.2), умноженными на 100; 9~=358,2СН4+637,5С Нч+- Здесь СНо СхНч и т.
д.— содержание соответствующих компонентов в газе, % по обьему. С другой стороны, теплоту сгорания нетрудно определить экспериментально в калориметре. Значения Я~ для основных газообразных топлив приведены в табл. 15.1. !5.5. УСЛОВНОЕ ТОПЛИВО. ПРИВЕДЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 'экономические расчеты, сравнение показателей топливоиспользующих устройс~в друг с другом и планирование необходимо осуществлять на единой базе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
