Энергетическое обеспечение производства
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
?кисления горючих составляющих, в результате которых выделяется тепло. Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы объёма или массы топлива, называется теплотой сгорания или калорийностью топлива [кДж/м3, кДж/кг].
Для удобства сравнения расходов тепла, получающегося от сгорания различных топлив, введено понятие условного топлива (у. т.), то есть топлива, теплота сгорания которого равна 7 000 ккал/кг (29 310кДж/кг).
Температурой горения называется температура, которую приобретают продукты сгорания в результате выделившегося при реакции тепла. Температура горения газообразного и жидкого топлива достигает 2 100С.
В основе процессов горения лежат окислительные реакции горючих составляющих топлива с кислородом. От того, насколько хорошо перемешано топливо с окислителем, зависят скорость и качество нагрева или расплавления металла. Физически процессы горения подразделяют на гомогенное и гетерогенное.
Гомогенное горение характерно в основном для газообразного топлива, предварительно смешанного с воздухом, оно происходит между реагентами, имеющими одинаковое агрегатное состояние.
Гетерогенное горение характерно для твёрдого топлива, оно наблюдается в основном на его поверхности; при этом реагенты имеют разное агрегатное состояние.
Горение жидкого топлива осуществляется по боле сложной схеме. В процессе горения происходит разложение топлива на газовую и жидкую составляющие. Газ горит гомогенно, а жидкость (капли) - гетерогенно.
Процесс горения любого топлива разделяют на две стадии: воспламенение и непосредственное горение. Воспламенение - начальный период горения, во время которого происходит медленное окисление. В результате этого в системе происходит накапливание тепла и медленное повышение температуры. При достижении некоторого температурного предела реакция окисления принимает лавинообразный характер и процесс переходит в непосредственное горение. Эта температура называется температурой воспламенения.
Гетерогенное горение может быть разделено на следующие стадии: 1) просушка и прогрев топлива; 2) термическое разложение топлива выделяется СО, с дальнейшим использованием его в качестве горючего газа.
Наиболее распространённым естественным твёрдым топливом являются каменный и бурый уголь, древесина, сланцы, торф. Твёрдое топливо характеризуется следующими показателями: зольностью, содержанием влаги, содержанием летучих веществ и углерода, содержанием серы, теплотой сгорания.
Зольность характеризует негорючие составляющие твёрдого топлива (балласт). Поэтому, чем меньше зольность топлива, тем оно качественнее, так как возрастает процент горючих составляющих.
Летучие вещества выделяются из топлива при нагревании без доступа воздуха. Состав и количество летучих зависит от состава и свойств топлива. Чем выше содержание летучих, тем лучше горит топливо, так как они воспламеняются и поддерживают горение.
Влага - нежелательный компонент, так как требует большого количества тепла для испарения и нагрева до температуры продуктов сгорания.
Содержание серы в топливе крайне нежелательно. При сжигании топлива, содержащего серу, образуется сернистый газ SO2, являющийся причиной кислотных дождей. При выплавке чугуна, сера, содержащаяся в коксе, переходит в чугун, снижая его механические свойства. При переделе сернистого чугуна в сталь возникают дополнительные трудности по удалению серы. Примерный состав и теплота сгорания основных видов топлива приведены в таблице 2.1. Дрова в промышленности почти не применяют ввиду их низкой теплоты сгорания. В основном, из дров получали раньше древесный уголь, который применяли для производства высококачественного чугуна на уральских металлургических заводах. В настоящее время дрова используют как местное топливо.
Таблица 2.1 Состав и теплота сгорания твёрдых видов топлива
ТопливоСодержание, %Теплота сгоранияSСН2О2ккал/кгкДж/кгДонецкий каменный уголь2,762,43,84,3598025000Кузнецкий каменный уголь0,467,24,710,7630026400Бурый уголь2,051,72,711,6440018500Торф0,230,93,217,8256010700Дрова-30,33,625,1244010200
Торф, как и древесина, относятся к местным видам топлива. Низкая теплота сгорания и невысокая прочность ограничили применение торфа в промышленности. Значительным достоинством торфа является высокое содержание летучих, лёгкая воспламеняемость, низкое содержание серы, относительно низкая стоимость, большие запасы. Применяют торф, в основном, на местных тепловых электростанциях.
Бурый уголь занимает промежуточное положение между торфом и каменным углем. Как и торф, он относительно малокалориен, содержит много золы (35 - 40%) и влаги (до 40%); содержание серы колеблется от 1,5 до 3,0%. Недостатком бурых углей является их высокая склонность к самовоспламенению, требующая применения особых мер предосторожности. Как топливо бурые угли применяют на тепловых электростанциях.
2.1.3 Экологические проблемы использования теплоты
Продукты сгорания топлива оказывают определяющее влияние на энергетические и экологические показатели различных теплотехнических установок. Однако помимо этих продуктов при сгорании образуется и ряд других веществ, которые вследствие их малого количества не учитываются в энергетических расчетах, но определяют экологические показатели топок, печей, тепловых двигателей и других устройств современной теплотехники.
В первую очередь к числу экологически вредных продуктов сгорания следует отнести так называемые токсичные вещества, ока?/p>