Что такое горючее топливо

Топливо. Виды и классификация топлив

1. Виды топлив, их свойства и горение

По определению Д.И. Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты».

Повышение мировых цен на традиционные источники энергии, политическая и экономическая нестабильность в странах, являющихся основными поставщиками нефти и газа на мировые рынки, заставляют ведущие страны искать другие виды источников энергии.

Эволюция конструкции двигателя внутреннего сгорания должна подчиняться современным требованиям норм охраны окружающей среды. Эти требования касаются как самих двигателей, так и применяемых в них топлив. Развитие топлив идет по следующим направлениям: совершенствование технологии переработки нефти; поиск новых добавок к топливам; применение альтернативных топлив.

Топливо должно отвечать следующим основным требованиям: при сгорании выделять возможно большее количество теплоты, сравнительно легко загораться, быть широко распространенным в природе, доступным для разработки, дешевым при использовании, сохранять свои свойства во время хранения. Очень важно, чтобы в процессе сгорания топлива не выделялись вещества, представляющие опасность для окружающей среды. Этим требованиям наиболее полно отвечают вещества органического происхождения: нефть, природные газы, ископаемые угли, дрова, горючие сланцы, торф (табл. 1).

Таблица 1. Общая классификация топлив

Топливо состоит из горючей и негорючей частей. Горючая часть топлива представляет собой совокупность различных органических соединений, в которые входят углерод, водород, кислород, азот, сера. Негорючая часть (балласт) состоит из минеральных примесей, включающих золу и влагу.

Углерод С — основная горючая часть топлива, с увеличением его содержания тепловая ценность топлива повышается. Для различных топлив содержание углерода составляет от 50 до 97 %.

Водород Н является второй по значимости горючей составляющей топлива. Содержание водорода в топливе достигает 25 %. Однако при сгорании водорода выделяется в 4 раза больше теплоты, чем при сгорании углерода.

Кислород О, входящий в состав топлива, не горит и не выделяет теплоты, поэтому является внутренним балластом топлива. Его содержание в зависимости от вида топлива колеблется в широких пределах: от 0,5 до 43 %.

Азот N не горит и так же, как кислород, является внутренним балластом топлива. Содержание его в жидком и твердом видах топлива невелико и составляет 0,5…1,5 %.

Сера S, при сгорании которой выделяется определенное количество теплоты, является весьма нежелательной составной частью топлива, так как продукты ее сгорания — сернистый SO₂ и серный SО₃ ангидриды — вызывают сильную газовую или жидкостную коррозию металлических поверхностей. Содержание серы в твердом топливе достигает 8 %, в нефти — от 0,1 до 4 %.

Зола А представляет собой негорючий твердый компонент, количество которого определяют после полного сгорания топлива. Она является нежелательной и даже вредной примесью, так как в ее присутствии усиливаются абразивные износы, усложняется эксплуатация котельных установок и т.д. Топливо с высоким содержанием золы имеет низкую теплоту сгорания и воспламенения.

Влага W является весьма нежелательной примесью, так как, отбирая часть теплоты на испарение, снижает теплоту и температуру сгорания топлива, усложняет эксплуатацию установок (особенно в зимнее время), способствует коррозии и т.д.

Примеси (золу и влагу) принято подразделять на внешние и внутренние. Первые попадают в топливо из окружающей среды при его добыче, транспортировке или хранении, а вторые входят в его химический состав.

Топливо, которое поступает к потребителю в естественном состоянии и содержит, кроме горючей части, золу и влагу, называется рабочим. Для определения сухой массы топлива его высушивают при температуре 105 °С для удаления влаги.

Для газообразных топлив применяется объемная теплота сгорания — количество теплоты, выделяемой при полном сгорании единицы объема (кДж/м3). Газообразное топливо оценивают также по молярной теплоте сгорания, т.е. по количеству теплоты, выделяемой при полном сгорании одного моля газа (кДж/моль).

Теплоту сгорания жидкого и твердого топлива вычисляют по формуле Д.И. Менделеева. Высшее удельное количество теплоты сгорания определяют по формуле

Низшее (рабочее) удельное количество теплоты сгорания топлива определяют по формуле

(2)

В формулах (1) и (2) содержание химических элементов выражается в процентах.

Низшая, или рабочая, теплота сгорания Q_н — это теплота сгорания, получаемая в практических условиях. Вычитаемое 25(9H + W) в формуле (2) представляет собой удельное количество теплоты, которое затрачивается на превращение в пар влаги, выделяющейся при сгорании топлива. Пар уносится с продуктами сгорания в атмосферу (9Н — число массовых частей воды, образующихся при сгорании одной массовой части водорода; Н, W — содержание в топливе соответственно водорода и воды, %).

В выражении (2) принято, что дымовые газы охлаждаются до +20 °С, оставаясь в газо- и парообразном состояниях. Значит, 1 кг пара при выносе в атмосферу будет забирать 2671 – (100 – 20) × 2,0096 = 2512 кДж/кг, где 2671 кДж/кг — количество теплоты, затрачиваемой на испарение 1 кг воды, (100 – 20) — условный перепад температуры паров воды, °С; 2,0096 кДж/(кг · град) — теплоемкость паров воды.

В автотрактротных двигателях продукты сгорания отводят из цилиндров при температурах, значительно более высоких, чем температура конденсации паров воды. Поэтому рабочей теплотой сгорания бензинов и других жидких топлив считают величину Q_н. Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива, зависит от химического состава, а следовательно, от содержания в нем углерода и водорода.

Наибольшая массовая теплота сгорания водорода составляет 121 100 кДж/кг, углерода — 34 100 кДж/кг, поэтому парафиновые углеводороды с большим содержанием водорода имеют большую массовую теплоту сгорания по сравнению с ароматическими, содержащими меньше водорода. Объемная же теплота сгорания меньше у парафиновых углеводородов и больше у нафтеновых и ароматических, так как у них выше плотность.

Теплоту сгорания нефтепродуктов (кДж/кг) с достаточной степенью точности можно определить по формуле

(3)

где К — коэффициент, зависящий от плотности нефтепродукта при 20 °С и определяемый по справочной таблице; 20 — относительная плотность нефтепродукта при 20 °С.

Высшее объемное количество теплоты сгорания газообразного топлива в расчете на сухую массу может быть определено по формуле

(4)

а ее низшее объемное количество —

(5)

Объемное количество теплоты сгорания рабочей массы газообразного топлива, содержащего водяные пары, вычисляют по формулам

(6)

(7)

где 0,805 — масса 1 м3 водяного пара, кг; W — содержание влаги в 1 м3 газа, кг.

Теплоту сгорания определяют также опытным путем, сжигая определенное количество топлива в специальных приборах (калориметрах). Теплоту сгорания оценивают по повышению температуры воды в калориметре.

Для сравнения топлив введено понятие «условное топливо». За единицу такого топлива принято топливо, которое при полном сгорании 1 кг или 1 м3 выделяет 29307,6 кДж. Чтобы перевести любое топливо в условное и потом сравнить его с другими, нужно теплоту сгорания данного топлива разделить на теплоту сгорания условного топлива. Полученное число представляет собой калорийный эквивалент данного топлива и показывает, во сколько раз реальное топливо выделяет больше или меньше теплоты по сравнению с условным (табл. 1).

Теплота сгорания и калорийные эквиваленты различных видов топлива

2. Классификация топлив и их краткая характеристика

Жидкое топливо производится преимущественно двумя способами: физическим и химическим. Первый протекает без нарушения структуры углеводородов, второй — с изменением ее. Физический способ, или прямая перегонка нефти, представляет собой процесс разделения ее на отдельные фракции, отличающиеся температурой кипения. Для этого нефть нагревают в нефтеперегонных установках до температуры 300…380 °С, а образовавшиеся пары отбирают и конденсируют по частям в колоннах. В результате перегонки получают топливные дистилляты и остаток, называемый мазутом, который может быть использован для химической переработки или получения смазочных масел. Легкокипящие фракции в паровой фазе достигают верха колонны и вместе с испарившимся оросителем отводятся из колонны в конденсатор — газоотделитель. Более тяжелые топливные фракции отводят из колонны через холодильники и отбирают дистилляты: бензиновый (40…200 °С), керосиновый (140…300 °С), газойлевый (230…330 °С), соляровый (280…380 °С) и в остатке — мазут.

Жидкие топлива подразделяются на:

Карбюраторные топлива состоят из низко- и среднекипящих фракций нефти (фракции, выкипающие при температурах 35…200 °С) и легких продуктов вторичной переработки. В качестве топлив для карбюраторных двигателей используются также сжиженные углеводородные газы.

Топлива для авиационных карбюраторных двигателей представляют собой смесь бензиновых фракций каталитического крекинга и риформинга (фракции, выкипающие при температурах 40…180 °С), алкилата и других высокооктановых компонентов с добавкой антидетонационных и антиокислительных присадок. Выпускаются авиационные бензины марок Б-100/130, Б-95/130, Б-91/115 (в числителе — октановое число, в знаменателе — сортность на богатой смеси). Октановое число определяется по моторному методу. Сортность — это тоже октановое число, оно оценивает прирост мощности по сравнению с чистым изооктаном.

Реактивные топлива (авиационные керосины) получают, как правило, прямой перегонкой нефти (фракции, выкипающие при температурах 200…300 °С). Выпускаются топлива для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью полета (Т-1, Т-2, ТС-1) и для сверхзвуковых самолетов (Т-6, Т-8).

В реактивном двигателе процесс сгорания топлива происходит иначе, чем в двигателях внутреннего сгорания. В реактивном двигателе топливо подается непрерывно, сгорание происходит в потоке воздуха, двигающегося со скоростью 135 м/с. Поэтому главными факторами для нормальной работы являются скорость и полнота сгорания топлива.

Дизельные топлива, применяемые в двигателях с воспламенением от сжатия, подразделяются на три группы:

Дизельные топлива состоят из средних фракций нефти, перегоняющихся в пределах 180…350 °С, легких газойлей каталитического и термического крекинга и гидрокрекинга.

Источник

Топливо

В промышленной энергетике и коммунально-бытовом секторе для получения тепла используется, как правило, химическая энергия, содержащаяся в органической массе ископаемого топлива. Исключением являются электронагревательные приборы, солнечные коллекторы и геотермальные установки, использующие электроэнергию, энергию солнца и тепло земных недр. Преобразование химической энергии в тепловую происходит в результате процесса горения. А сейчас рассмотрим, какие виды топлива применяются обычно в теплоэнергетике.

Для определения теплоты сгорания отдельного вида топлива используется калориметр.

Полученная теплота сгорания называется высшей теплотой сгорания (Q_s r ) этого вида топлива и выражается в ккал/кг для твердых и жидких видов топлива, или в ккал/м 3 для газообразного топлива.

Только в последние годы появились водогрейные котлы, в которых применение коррозионностойких и нержавеющих сталей позволило конденсировать водяные пары. В таких котлах удается использовать скрытую теплоту парообразования, в результате чего экономичность котлов при расчете КПД по низшей теплоте сгорания иногда оказывается выше 100%.

Содержание

Газообразное топливо

Газ некоторых месторождений, кроме углеводородов содержит и другие горючие компоненты: водород Н₂ и оксид углерода СО. Из негорючих компонентов в состав газа входят азот N₂ и диоксид углерода СО₂.

В табл 1 приведены технические характеристики природного газа из нескольких месторождений Российской Федерации.

Таблица 1. Состав и плотность газов основных газовых месторождений.

При добыче нефти, как правило, приходится иметь дело с попутными газами, в которых значительно меньше СН₄, но зато количество тяжелых углеводородов составляет уже десятки процентов. Количество и качество попутного газа зависят от состава сырой нефти и ее стабилизации на месте добычи (только стабилизированная нефть считается подготовленной для дальнейшей транспортировки по трубопроводам или в танкерах).

Кроме природных и попутных газов, в промышленности иногда используются различные искусственные газы. На предприятиях металлургической промышленности (доменное производство и коксовые печи) образуется большое количество низкокалорийного доменного газа (Q r _i = 4,0-5,0 МДж/м 3 ) и среднекалорийного коксового газа (Q r _i = 17-19 МДж/м 3 ), содержащего Н₂, СН₄, СО и другие горючие газообразные компоненты.

Однако в условиях российской действительности, при сравнительно низких ценах на природный газ, все виды генераторного газа оказываются неконкурентоспособными по сравнению с природным. Тем не менее в некоторых случаях (при отсутствии вблизи объекта газовых магистралей или необходимости утилизировать содержащие органические вещества отходы производства) практикуют установку газификаторов с воздушным или паровоздушным дутьем для получения газовой смеси, содержащей H₂ СО и небольшое количество углеводородов, что позволяет обеспечить газообразным топливом отопительные котлы с и высоким КПД.

Сжиженный газ

Таблица 2. Состав и плотность промышленных газов.

В табл. 3 приведены основные характеристики пропан-бутановой смеси и еще нескольких видов газообразного топлива, на которые обычно рассчитывают свои горелки европейские поставщики водогрейных котлов на российский рынок.

Таблица 3. Характеристики некоторых видов газообразного топлива, используемых в Европе.

Горение газообразного топлива

Жидкое топливо

Горение жидкого топлива

На процесс сжигания жидкого топлива влияют и другие характеристики: зольность, содержание влаги и, особенно, содержание серы. Важное значение имеют также температура вспышки и температура застывания. Теплота сгорания различных марок жидкого топлива составляет, как правило, 39,8-41,9 МДж/кг (9500-10000 ккал/кг).

Топочные мазуты, в отличие от флотских, являются тяжелыми крекинг-остатками или их смесями с мазутами прямой перегонки. Помимо высокой вязкости и плюсовой температуры застывания, в топочных мазутах допускается более высокое содержание механических примесей, серы и воды. Все это создает существенные трудности при хранении и сжигании топочных мазутов в водогрейных котлах малой мощности.

В табл. 4 приведены основные характеристики жидких топлив, на которые рассчитаны горелки и котлы поставщиков оборудования из Европы.

Таблица 4. Характеристики различных видов топлива.

Твердое топливо

Качество твердого топлива, поставляемого для коммунально-бытовых нужд, регламентируется специальными ГОСТами. Как правило, запрещается использовать для этой цели рядовой, не сортированный уголь. Так, например в отношении углей Кузнецкого бассейна ГОСТ предусматривает, что для коммунально-бытовых нужд должны поставляться неиспользуемые для коксования угли марок Д (длинно-пламенный), Г (газовый), Ж (жирный), К (коксовый), СС (слабо спекающийся) и Т (тощий). Угли должны поставляться грохоченными классов 50-100, 25-50 и 13-25 мм. Для большинства угольных бассейнов ограничивается максимальная зольность угля, которым можно снабжать отопительные котлы систем автономного теплоснабжения. Теплота сгорания и другие характеристики угля меняются в широком диапазоне даже для одного и того же угольного бассейна.

В последние годы проблему отопления в некоторых районах все чаще решают за счет отходов лесопереработки. В дело идут сырая и влажная щепа, низкосортная древесина, опилки и другие виды древесного топлива.

Использование каждого из видов топлива требует специальной организации топочного процесса. Уголь, как правило, сжигается в виде кусков определенного размера подаваемых на неподвижную или механическую решетку. Через отверстия в решетке в слой поступает воздух, содержащий необходимый для горения кислород.

К твердому топливу, подаваемому на решетку, предъявляются специфические требования оно не должно иметь слишком крупных кусков и слишком мелких фракций (последние будут проваливаться через решетку или уноситься с продуктами горения). Поэтому для водогрейных котлов (особенно небольших, используемых в автономных системах теплоснабжения) поставляются сортированный уголь или специальные виды обработанного твердого топлива: брикеты, гранулы или пеллеты, приготовленные из древесных отходов.

Горение твердого топлива

Если продукты сгорания покидают котел в виде дымовых газов при температуре, превышающей температуру точки росы, то КПД котла, разумеется, всегда будет меньше 100 %. Но если обеспечить конденсацию Н₂О в дымовых газах (например, при снижении температуры газов за счет уменьшения температуры воды на входе в котел) можно дополнительно использовать скрытую теплоту парообразования.

Раньше создатели водогрейных котлов сознательно добивались того, чтобы пары воды не конденсировались, а покидали котел в газообразном виде. Дело в том, что конденсат водяных паров для обычных котлов отнюдь не безвреден за счет растворения в нем диоксида углерода СО, образуется агрессивная среда, вызывающая интенсивную межкристаллитную коррозию стали, из которой изготавливали поверхности нагрева. Особенно возрастает опасность коррозии в случае использования серосодержащих топлив, когда в продуктах сгорания содержатся оксиды серы.

Литература

Беликов С.Е. Водозабор // Теоретические основы = Бытовые отопительные котлы / Под ред. Беликов С.Е. — М.: Аква-Терм, 2008. — С. 6-9. — 352 с. — ISBN 5-902561-07-8 (978-5-902561-07-1)

Источник

ГОРЮЧЕЕ

топливо, материал, выделяющий при своем сгорании большое количество тепла. Г. встречается в естественном виде (нефть, каменный уголь, газ) или получается искусственным путем (бензин, газолин, керосин, лигроин и др.). Г. состоит из разнообразных соединений углерода, водорода и кислорода с незначительной примесью негорючих веществ (вода, зола). Различают твердое, жидкое и газообразное Г. Для автотракторных двигателей внутреннего сгорания применяется только жидкое Г. (бензин, керосин, лигроин и газолин) и газы. Для автомобилей применяются также смеси бензина с бензолом и бензина со спиртом. Состав смеси зависит от системы двигателя и его конструктивных особенностей. Основные требования к качеству Г. для автотракторного парка следующие: летучесть, наиболее полное сгорание и большая теплотворная способность, отсутствие воды, кислот, песка и грязи. Этим требованиям удовлетворяют легкие и средние Г.; тяжелые Г. (масла, нефтяные остатки) применяются только в дизель-моторах, а твердое Г. используется автотракторным двигателем лишь после превращения его в газ, в газогенераторах. В настоящее время проблема применения автотракторным парком твердого Г. прорабатывается нашими научно-исследовательскими институтами. При использовании Г. необходимо соблюдать строжайшую экономию, проверять, насколько затрата Г. соответствует проделанной работе, предупреждать потери Г. при хранении и заправке машин (разлив Г.), устанавливать премию за экономный расход Г. при хорошем качестве самой работы и строгую ответственность за растрату Г. Нормы расхода Г. для тракторов СТЗ и ХТЗ установлены и утверждены СНК СССР 11 янв. 1934 г.

Смотреть что такое «ГОРЮЧЕЕ» в других словарях:

ГОРЮЧЕЕ — (Fuel) см. Топливо. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 Горючее общее название различных веществ, служащих источником энергии при … Морской словарь

горючее — горючка, топливо, горячительное, спиртное, алкоголь, хворост Словарь русских синонимов. горючее см. алкоголь Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова … Словарь синонимов

Горючее — компонент топлива, подвергающийся окислению в процессе сгорания в камере воздушно реактивного двигателя или жидкостного ракетного двигателя. Эффективность Г. определяется теплопроизводительностью Г. и физическими свойствами продуктов сгорания… … Энциклопедия техники

горючее — ГОРЮЧЕЕ, его, с. Спиртное. горючего полный бак спиртного много … Словарь русского арго

горючее — заправлять топливом — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы заправлять топливом EN fuel … Справочник технического переводчика

горючее — Это название топлива для двигателей возникло на основе причастия от глагола горъти в конце ХIХ – начале XX в., когда, собственно, и появилось само это понятие. Вначале, видимо, использовалось в сочетании горючее топливо, затем существительное… … Этимологический словарь русского языка Крылова

горючее — degalai statusas T sritis chemija apibrėžtis Bendras varikliams skirto skystojo ir suskystinto dujinio kuro pavadinimas. atitikmenys: angl. engine fuel; fuel; motor fuel rus. горючее; жидкое топливо; моторное топливо … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

горючее — degalai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. fuel vok. Brennmaterial, n; Brennstoff, m rus. горючее, n pranc. carburant, m; combustible, m … Fizikos terminų žodynas

горючее — degalai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Skystos degančios medžiagos vidaus degimo varikliams (benzinas, ligroinas, dyzelinas, žibalas, alkoholiai, suskystintos degiosios dujos). atitikmenys: angl. fuel vok. Brennstoff, m rus … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

горючее — degalai statusas T sritis Energetika apibrėžtis Dujinė arba skystoji vidaus degimo variklių degioji medžiaga. atitikmenys: angl. fuel vok. Brennstoff, m rus. горючее, n pranc. combustible, m … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Горючее — ср. Топливо для двигателей (бензин, керосин и т.п.), ядерных реакторов (уран, плутоний). Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Источник