Ккал нм3 что это

Газообразное топливо

Горючие газы по своему происхождению делятся на природные и искусственные. Горючие газы, добываемые из недр земли (газы чисто газовых месторождений и попутные газы, получаемые при добыче нефти) называют «природным газом». Горючие газы, получаемые при переработке твердого, жидкого топлив или образующиеся как побочные продукты химических производств, называют «искусственным газом».

Количество горючих газов измеряется в кубических метрах при нормальных условиях (0 °С и 101,325 кПа) или при стандартных условиях (20 °С и 101,325 кПа). Содержание примесей дается в г/м 3 сухого газа при нормальных условиях.

Химические формулы, молярные массы и другие характеристики компонентов приведены в табл. 6.20.

Таблица 6.20. Физико-химические свойства компонентов горючих газов

Плотность ρ, кг/м 3Теплота сгорания, МДж/нм 3 (ккал/нм 3 )Высшая Q г _вНизшая Q г _н123456ВодородH₂O2,0160,08912,75810,790Окись углеродаCO28,0101,25012,62812,628МетанCH₄16,0430,71739,79235,832ЭтанC₂H₆30,0681,35669,71763,789ПропанC₃H₈44,0962,01199,21991,321БутанC₄H₁₀58,1232,708128,607118,680ЭтиленC₂H₄28,0541,26163,04759,058ПропиленC₃H₆42,0801,91391,96685,967БутиленC₄H₈56,1082,597121,485113,595Двуокись углеродаCO₂44,0111,977––КислородO₂32,0001,429––АзотN₂28,0131,250––Двуокись серыSO₂64,0662,926––СероводородH₂S34,0821,53625,42523,401АцетиленC₂H₂26,0381,17158,05256,083

Природные газы представляют собой смесь различных углеводородов с преимущественным содержанием метана (CH₄).

В табл. 6.21 приведены средние составы природных газов крупных месторождений СНГ.

Таблица 6.21. Составы и свойства природных газов

Искусственное газообразное топливо [ править ]

Генераторный газ – продукт газификации твердого топлива, при которой горючая составная часть топлива превращается в газообразные продукты сухой перегонки неполного горения. В табл. 6.22 приводится состав генераторного газа при газификации различных топлив.

Доменный газ (колошниковый газ) – побочный продукт в доменном процессе (уходящие газы доменной печи).

Коксовый газ – побочный продукт сухой перегонки, образующийся при коксовании углей.

Нефтяной газ – (нефтяной пиролизный газ) получают в процессе пирогенетического разложения нефти (сухой перегонки при температурах 670–750 °С).

Нефтяной крекинг-газ получают как побочный продукт при термохимическом разложении высокомолекулярных углеводородов при температуре 450–650 °С (крекинг – процесс получения моторного топлива из нефтяного сырья).

Газ подземной газификации получают путем превращения залежей ископаемых углей в газообразное топливо непосредственно под землей (идея принадлежит Д.И. Менделееву).

Сжиженный газ [ править ]

Сжиженный газ используется в тех случаях, когда подача газа к потребителям при помощи газопроводов экономически не оправдана. У потребителей сжиженный газ вновь переводится в газовую фазу. Сжижению подвергаются предпочтительно тяжелые углеводороды при сравнительно небольшом повышении давления без снижения температуры.

В табл. 6.23 приводятся характеристики основных составляющих сжиженных газов, а в табл. 6.24 приводятся пределы воспламеняемости и температуры воспламенения различных газов в воздухе.

Таблица 6.23. Характеристики основных составляющих сжиженных газов

Таблица 6.24. Пределы воспламеняемости и температуры воспламенения различных газов в воздухе

Источник

Калориметрическая температура горения

Калориметрической температурой горения называют температуру, которую будут иметь продукты полного сгорания в непосредственной близости от факела, если все тепло топлива (физическое и химическое) и воздуха (физическое) полностью пойдет на их нагревание.

В практических расчетах калориметрическую температуру горения определяют методом подбора с помощью таблиц энтальпий газов (см. Приложения) или с помощью i – t диаграмм, рис. 7.1. и 7.2. Для этого определяют общую энтальпию продуктов горения по формуле:

где i_хим = Q p _h /V_дг– тепло, полученное от химических процессов горения при полном тепловыделении, кДж/нм 3 или ккал/нм 3 дымовых газов.

i_m = С_m ⋅ t_m /V_дг– физическое тепло топлива, кДж/нм 3 или ккал/нм 3 дымовых газов.

i_в = С_в ⋅ t_в ⋅ V₀ /V_дг– физическое тепло воздуха, участвующего в процессе горения, кДж/нм 3 или ккал/нм 3 дымовых газов.

Затем по i – t диаграмме с учетом коэффициента избытка воздуха á находят калориметрическую температуру горения.

i – t диаграмма (рис. 7.1.–7.2.) рассчитана для продуктов горения природного газа. Для дымовых газов, образующихся при горении мазута, твердого пылевидного топлива, генераторного газа, приведенная i – t диаграмма дает погрешность не более 1,0%.

Рис. 7.1. i – t диаграмма для низких температур

Рис. 7.2. i – t диаграмма для высоких температур

На рис. 7.3.–7.8. приведены графические расчеты горения газообразного и жидкого топлив, разработанные институтом «Стальпроект». С помощью графических методов можно определить: калориметрическую температуру горения, теплосодержание продуктов горения, состав влажных и сухих продуктов горения, температуры продуктов горения при разбавлении их воздухом, количества тепла, выделившиеся при охлаждении продуктов горения, среднюю теплоемкость продуктов горения. Пояснения к пользованию графическими расчетами см. Приложение 5.

Рис. 7.3. Расчет горения смеси (доменного с коксовым) газов Q P _Н = 7536 кДж/нм3 (1800 ккал/нм3)

Рис. 7.4. Расчет горения природного газа Q P _Н = 33997 кДж/нм3 (8120 ккал/нм3)

Рис. 7.5. Расчет горения природного газа Q PН = 35588 кДж/нм3 (8500 ккал/нм3)

Рис. 7.6. Расчет горения природного газа Q PН = 36467 кДж/нм3 (8710 ккал/нм3)

Рис. 7.7. Расчет горения пропан-бутанового газа

Рис. 7.8. Расчет горения мазута (марки «80»). Распыление воздухом

Примеры аналитического расчета горения газообразного, жидкого и твердого топлива приведены в Приложениях 1, 2, 3.

Источник

Горение топлива и горение газа

Топливо и его горение

Основным источником энергии для металлургической промышленности является топливо.

Под топливом понимают вещество, горение которого сопровождается выделением значительного количества тепла и которое отвечает следующим требованиям:

запасы должны быть достаточными для того, чтобы их было экономически выгодно добывать и попользовать;

продукты сгорания должны легко удаляться из зоны горения;

продукты сгорания должны быть безвредны для окружающего мира и самих тепловых устройств;

процесс горения должен быть легко управляем.

Этим требованиям отвечают органические соединения, содержащие углерод С и водород Н и их соединения.

Все виды топлива подразделяют на естественное и искусственное, каждое из которых в свою очередь подразделяются на твердое, жидкое, газообразное.

Химический состав топлива.

Топливо состоят из горючей массы и балласта. К горючим компонентам относятся С, Н, S (сера органическая и колчеданная). В состав топлива входят азот N (не горит, теплоноситель), кислород О (окисляет горючие компоненты).

Кроме этого в топливе всегда присутствуют вода и зола. Вода, содержащаяся в топливе, подразделяется на гигроскопическую, химически связанную и внешнюю, которая механически удерживается в топливе и теряется при сушке.

Элементарный анализ топлива.

Состав рабочего топлива:

С Р + H Р + O Р + N Р + S Р + A Р + W Р = 100%

Пересчет состава топлива с любой массы на рабочее топливо выполняется по одному из следующих выражений:

Теплота сгорания топлива.

Количество выделившегося тепла при сжигании топлива связано с химическим составом топлива.

Количество тепла, которое выделяется при сжигании единицы топлива, называется теплотой сгорания топлива Q. Ее размерности: кДж/кг (ккал/кг), кДж/м 3 (ккал/м 3 ) или кДж/кмоль (ккал/кмоль).

В технике различают высшую Q в и низшую Q н теплоту сгорания топлива. Под низшей теплотой сгорания понимают то количество тепла, которое выделяется при сжигании единицы топлива до продуктов полного сжигания при условии, что вода, содержащаяся в продуктах сгорания, находится в виде пара, охлажденного до 20 о С.

Теплота сгорания топлива определяется по следующим формулам:

для твердого и жидкого топлива:

Условное топливо.

Для удобства планирования, учета и сравнения различных видов топлива введено понятие условного топлива, которое характеризуется низшей теплотой сгорания

Для перевода натурального топлива в условное находится эквивалент данного топлива:

для твердого и жидкого:

Перерасчет расхода натурального топлива Вр на условное Ву осуществляется по формуле:

Газообразное топливо.

Газообразное топливо по сравнению с твердым и жидким топливом обладает следующими преимуществами:

возможностью лучшего смешения газа с воздухом и, следовательно, сжиганием с меньшим избытком воздуха;

легкостью подогрева перед сжиганием;

транспортабельностью и удобством учета расхода газа;

простотой обслуживания горелочных устройств.

Недостатки: взрывоопасность, малая объемная масса (требуются большие емкости для хранения).

коксовый газ – продукт коксования углей;

горючие компоненты – Н 2 = 46-60%; СН 4 = 20-30%; МДж/м 3 ;

Жидкое топливо.

Естественное жидкое топливо – нефть. Как топливо ее используют редко.

Искусственное жидкое топливо – это продукты переработки нефти: бензин, лигроин, керосин, газойль и др. Остаток переработки – мазут. Мазут – топливо металлургической промышленности и энергетики. Перед сжиганием мазут нагревают до 70-80 о С с целью понижения его вязкости. Состав мазута – это соединения углеродов. С = 85-88%; Н 2 = 10%; МДж/кг.

Твердое топливо.

Это каменный и бурый угли, антрацит, горючие сланцы, торф.

Основной метод переработки угля – коксование, заключающийся в сухой перегонке топлива путем нагрева угля без доступа воздуха при температурах 900-1100 о С в коксовых печах. Получается спекшийся кокс, пористый, механически прочный, применяемый в металлургии, в основном для выплавки чугуна. Содержание С=75-85%; МДж/кг.

Горение топлива.

Горением называют химический процесс соединения топлива с окислителем, сопровождающийся интенсивным тепловыделением и быстрым подъемом температуры продуктов сгорания.

Объем движущихся газов, в котором совершаются процессы горения, называется пламенем.

В зависимости от величины коэффициента расхода n (отношение действительного расхода к теоретическому), условий смешения окислителя и топлива, горение топлива бывает полное или неполное.

Полное горение топлива получается при n ≥ 1 и полном смешении топлива с окислителем.

химический недожог получается при n ≤ 1;

механический недожог получается при n ≥ 1 из-за плохого смешения окислителя с топливом, кроме того, унос частиц с газом, провалом твердого топлива сквозь колосниковую решетку.

Следует помнить, что основную роль для обеспечения полного сжигания топлива при n ≥ 1 играет стадия смешения топлива с окислителем.

Горение газообразного топлива.

Процесс горения любого топлива разделяется на две стадии: воспламенение и непосредственное горение.

Полное сгорание основных горючих составляющих газообразных топлив происходит по следующим реакциям:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + 8580ккал/нм 3 ;

H 2 + ½O 2 = H 2 O + 2580ккал/нм 3 ;

Неполное горение метана:

Горение газообразного топлива бывает кинетическое и диффузорное:

под кинетическим горением понимают горение газовой смеси горючего и окислителя; в этом случае полное время процесса определяется только скоростью химической реакции;

при диффузорном горении процессы смешения и горения происходят в одном объеме; лимитирующим процессом является процесс смешения – физический процесс, протекающий с меньшей скоростью, чем собственно процесс горения.

Горение жидкого топлива.

В условиях промышленных печей жидкое топливо (обычно мазут) сжигают в распыленном состоянии. Кинетика горения: жидкое топливо, распыленное до мелких капель, попадая в пространство печи, нагретое выше температуры самовоспламенения, начинает испаряться, дальше смешивается с окислителем и горит.

Горение твердого топлива.

Процесс горения твердого топлива может быть разделен на следующие стадии:

подогрев и подсушка топлива;

процесс пирогенного разложения топлива с выделением летучих и образованием коксового остатка;

горение летучих, горение коксового остатка (углерод).

Полное горение углерода:

С + О 2 = СО 2 + 7980ккал/(кг о С);

Неполное горение углерода:

2С + О 2 = 2СО + 2340ккал/(кг о С).

Расчет горения топлива.

При расчете делают следующие допущения:

смешение окислителя с горючим идеальное, и горение идет до полного сгорания топлива (до СО 2 и Н 2 О);

в системе достигнуто термодинамическое равновесие;

диссоциация продуктов сгорания и горючих принимается равной нулю.

Состав топлива для расчета должен быть пересчитан на рабочую массу.

Целью расчета является определение:

количества необходимого для горения воздуха или дутья, обогащенного кислорода.

Количество воздуха, необходимого для горения горючих компонентов топлива, определяется по стехиометрическим соотношениям, называется теоретически (химически) необходимым воздухом.

Отношение называется коэффициентом расхода воздуха.

количества состава и плотности образующихся продуктов сгорания.

При определении количества и состава продуктов исходят из тех же уравнений горения.

Различают три температуры горения: действительную, теоретическую и калориметрическую.

действительная температура – это та температура, которую имеют продукты сгорания в конкретных условиях процесса сжигания топлива, она определяется по формуле:

где – пирометрический коэффициент (определяется экспериментально);

для топочных камер = 0,95;

для мартеновских печей = 0,85-0,9;

для садочных печей = 0,8-0,85;

для проходных и протяжных = 0,7-0,75;

t k – калориметрическая температура горения, о С.

теоретическая температура горения определяется с учетом диссоциации в продуктах сгорания:

где – теплота сгорания топлива, кДж/м 3 или кДж/кг;

q дисс – тепло, пошедшее на процесс диссоциации, кДж;

V П.Г. – объем продуктов сгорания, образующихся при сгорании единицы топлива, м 3 ;

С П.Г. – объемная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м 3 о С).

калориметрическая температура определяется из условия, что все выделившееся при горении тепло расходуется на повышении температуры продуктов сгорания (т.е. для адиабатных условий):

где – физическое тепло подогретого воздуха, кДж/м 3 или кДж/кг;

– физическое тепло подогретого топлива. кДж/м 3 или кДж/кг;

L д – объем воздуха на единицу топлива, м 3 /м 3 или м 3 /кг;

С В и С Г – средние теплоемкости воздуха и топлива, кДж/(м 3 о С).

Калориметрическую температуру находим методом последовательных приближений, используя понятие энтальпии.

Начальная энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:

Окончательное значение t k следует перевести в градусы Кельвина.

Расчет горения смеси природного и доменного газов.

Исходные данные для расчета

Состав сухого природного и доменного газов, %

Источник