Mis on maagaasi kütteväärtus. Gaaside kütteväärtus

Iga päev mõtlevad vähesed inimesed pliidi põletit sisse lülitades, kui kaua nad hakkasid gaasi tootma. Meie riigis algas selle väljatöötamine kahekümnendal sajandil. Enne seda leiti see lihtsalt naftasaaduste kaevandamisel. Maagaasi kütteväärtus on nii kõrge, et tänapäeval on see tooraine lihtsalt asendamatu ja selle kvaliteetseid analooge pole veel välja töötatud.

Kütteväärtuse tabel aitab teil valida küttematerjali kodu kütmiseks

Fossiilkütuste omadus

Maagaas on oluline fossiilkütus, mis on paljude riikide kütuse- ja energiabilansis liidripositsioonil. Kütuse tarnimiseks tarbivad linnad ja kõikvõimalikud tehnikaettevõtted mitmesuguseid põlevaid gaase, kuna maagaasi peetakse ohtlikuks.

Ökoloogid usuvad, et gaas on puhtaim kütus, põletades eraldab see palju vähem mürgiseid aineid kui puit, kivisüsi ja nafta. Seda kütust kasutavad inimesed igapäevaselt ja see sisaldab sellist lisandit nagu lõhnaaine, seda lisatakse varustatud seadmetes vahekorras 16 milligrammi 1000 kuupmeetri gaasi kohta.

Aine oluliseks komponendiks on metaan (umbes 88-96%), ülejäänu on muud kemikaalid:

butaan;
vesiniksulfiid;
propaan;
lämmastik;
hapnikku.

Selles videos käsitleme kivisöe rolli:

Metaani hulk looduslikus kütuses sõltub otseselt selle väljast.

Kirjeldatud kütusetüüp koosneb süsivesinikest ja mittesüsivesinikest. Looduslik fossiilkütus on peamiselt metaan, mis sisaldab butaani ja propaani. Lisaks süsivesinikkomponentidele on kirjeldatud fossiilkütuses lämmastik, väävel, heelium ja argoon. Vedelikke aure leidub ka, kuid ainult gaasi- ja naftaväljadel.

Hoiuste liigid

Märgitakse mitut tüüpi gaasimaardlaid. Need on jagatud järgmisteks tüüpideks:

gaas;
õli.

Nende eripäraks on süsivesinike sisaldus. Gaasimaardlad sisaldavad ligikaudu 85–90% esitatud ainest, naftamaardlad ei sisalda rohkem kui 50%. Ülejäänud protsendid hõivavad sellised ained nagu butaan, propaan ja õli.

Õli tootmise tohutuks puuduseks on selle loputamine mitmesugustest lisanditest. Väävlit kui lisandit kasutatakse tehnikaettevõtetes.

Maagaasi tarbimine

Butaani tarbitakse kütusena autode tanklates ja orgaanilist ainet nimega "propaan" kasutatakse tulemasinate kütusena. Atsetüleen on väga tuleohtlik ja seda kasutatakse metalli keevitamisel ja lõikamisel.

Fossiilkütust kasutatakse igapäevaelus:

veerud;
gaasipliit;

Seda tüüpi kütust peetakse kõige eelarvelisemaks ja kahjutumaks, ainsaks puuduseks on süsinikdioksiidi eraldumine põlemisel atmosfääri. Teadlased üle kogu planeedi otsivad soojusenergiale asendust.

Kütteväärtus

Maagaasi kütteväärtus on soojushulk, mis tekib kütuseühiku piisava läbipõlemisel. Põlemisel eralduv soojushulk on arvestatud ühe kuupmeetriga looduslikes tingimustes.

Maagaasi soojusmahtuvust mõõdetakse järgmistel tingimustel:

kcal / nm 3;
kcal / m3.

Seal on kõrge ja madal kütteväärtus:

Kõrge. Arvestab veeauru soojust, mis tekib kütuse põlemisel.
Madal. See ei võta arvesse veeaurus sisalduvat soojust, kuna sellised aurud ei kondenseeru, vaid lahkuvad koos põlemisproduktidega. Veeauru kogunemise tõttu moodustab see soojushulga, mis on võrdne 540 kcal / kg. Lisaks eraldub kondensaadi jahtumisel soojust 80 kuni sada kcal / kg. Üldiselt moodustub veeauru kogunemise tõttu üle 600 kcal / kg, mis eristab kõrget ja madalat soojusvõimsust.

Enamiku linna kütusejaotussüsteemis tarbitavate gaaside puhul võrdub erinevus 10%. Linnade gaasiga varustamiseks peab selle kütteväärtus olema üle 3500 kcal/Nm 3 . Seda seletatakse asjaoluga, et tarnimine toimub torujuhtme kaudu pikkade vahemaade tagant. Kui kütteväärtus on madal, suureneb selle pakkumine.

Kui maagaasi kütteväärtus on alla 3500 kcal / Nm 3, kasutatakse seda sagedamini tööstuses. Seda ei ole vaja pikki vahemaid transportida ja seda on palju lihtsam põletada. Tõsised muutused gaasi kütteväärtuses nõuavad sagedast reguleerimist ja mõnikord ka suure hulga kodumajapidamises kasutatavate andurite standardiseeritud põletite väljavahetamist, mis põhjustab raskusi.

See olukord toob kaasa gaasijuhtme läbimõõdu suurenemise, samuti metalli, võrkude paigaldamise ja töö maksumuse suurenemise. Madala kalorsusega fossiilkütuste suureks miinuseks on tohutu vingugaasi sisaldus, millega seoses tõuseb ohutase kütuse töötamisel ja torustiku hoolduse käigus omakorda ning seadmete hooldamisel.

Põlemisel eralduvat soojust, mis ei ületa 3500 kcal/nm 3, kasutatakse kõige sagedamini tööstuslikus tootmises, kus ei ole vaja seda pika vahemaa tagant üle kanda ja kergesti tekitada põlemist.

Gaaskütus jaguneb looduslikuks ja tehislikuks ning on põlevate ja mittesüttivate gaaside segu, mis sisaldab teatud koguses veeauru ning mõnikord ka tolmu ja tõrva. Gaaskütuse kogust väljendatakse kuupmeetrites tavatingimustes (760 mm Hg ja 0 ° C) ning koostist väljendatakse mahuprotsendina. Kütuse koostise all mõistame selle kuiva gaasilise osa koostist.

maagaasi kütus

Kõige levinum gaasikütus on maagaas, millel on kõrge kütteväärtus. Maagaasi aluseks on metaan, mille sisaldus on 76,7-98%. Teised gaasilised süsivesinike ühendid on osa maagaasist 0,1–4,5%.

Veeldatud gaas on nafta rafineerimise saadus – see koosneb peamiselt propaani ja butaani segust.

Maagaas (CNG, NG): metaan CH4 üle 90%, etaan C2 H5 alla 4%, propaan C3 H8 alla 1%

Veeldatud gaas (LPG): propaan C3 H8 üle 65%, butaan C4 H10 alla 35%

Põlevgaaside hulka kuuluvad: vesinik H 2, metaan CH 4, muud süsivesinike ühendid C m H n, vesiniksulfiid H 2 S ja mittesüttivad gaasid, süsinikdioksiid CO2, hapnik O 2, lämmastik N 2 ja väike kogus veeauru H 2 O. Indeksid m ja P C ja H juures iseloomustavad erinevate süsivesinike ühendeid, näiteks metaani CH4 jaoks t = 1 ja n= 4, etaani jaoks С 2 Н b t = 2 ja n= b jne.

Kuiva gaaskütuse koostis (mahuprotsentides):

CO + H2 + 2 C m H n + H 2S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100%.

Kuiva gaasilise kütuse mittesüttivaks osaks - ballastiks - on lämmastik N ja süsinikdioksiid CO 2 .

Märggaaskütuse koostist väljendatakse järgmiselt:

CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.

Põlemissoojus kJ / m (kcal / m 3), 1 m 3 puhta kuiva gaasi normaaltingimustes määratakse järgmiselt:

Q n s \u003d 0,01,

kus Qco, Q n 2, Q koos m n n Q n 2 s. - segu moodustavate üksikute gaaside põlemissoojus, kJ / m 3 (kcal / m 3); CO, H 2, Cm H n, H2S - gaasisegu moodustavad komponendid, mahuprotsentides.

Kuiva maagaasi 1 m3 kütteväärtus tavatingimustes enamikel kodumaistel põldudel on 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3). Gaaskütuse omadused on toodud tabelis 1.

Näide. Määrake järgmise koostisega maagaasi alumine kütteväärtus (normaalsetes tingimustes):

H2S = 1%; CH4 = 76,7%; C2H6 = 4,5%; C3H8 = 1,7%; C4H10 = 0,8%; C5H12 = 0,6%.

Asendades valemiga (26) tabelis 1 toodud gaaside omadused, saame:

Q ns \u003d 0,01 \u003d 33981 kJ / m 3 või

Q ns \u003d 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) \u003d 8109 kcal.

Tabel 1. Gaaskütuse omadused

Gaas	Määramine	Põlemissoojus Q n s
Gaas	Määramine	KJ/m3	kcal/m3
Vesinik	H,	10820	2579
vingugaas	NII	12640	3018
vesiniksulfiid	H2S	23450	5585
metaan	CH 4	35850	8555
Etaan	C2H6	63 850	15226
Propaan	C3H8	91300	21795
butaan	C4H10	118700	22338
Pentaan	C5H12	146200	34890
Etüleen	C2H4	59200	14107
Propüleen	C3H6	85980	20541
Butüleen	C4H8	113 400	27111
Benseen	C6H6	140400	33528

DE tüüpi katlad tarbivad ühe tonni auru tootmiseks 71–75 m3 maagaasi. Gaasi maksumus Venemaal 2008. aasta septembris on 2,44 rubla kuupmeetri kohta. Järelikult maksab tonn auru 71 × 2,44 = 173 rubla 24 kopikat. Auru tonni tegelik maksumus tehastes on DE-katelde puhul vähemalt 189 rubla tonni auru kohta.

DKVR tüüpi katlad tarbivad ühe tonni auru tootmiseks 103–118 m3 maagaasi. Nende katelde minimaalne hinnanguline tonni auru maksumus on 103 × 2,44 = 251 rubla 32 kopikat. Taimede auru tegelik maksumus on vähemalt 290 rubla tonni kohta.

Kuidas arvutada aurukatla DE-25 maksimaalset maagaasi tarbimist? See on katla spetsifikatsioon. 1840 kuupi tunnis. Aga arvutada saab ka. 25 tonni (25 tuhat kg) tuleb korrutada auru ja vee entalpiate vahega (666,9-105) ning see kõik jagada katla kasuteguri 92,8% ja gaasi põlemissoojuse vahel. 8300. ja kõik

Tehisgaaskütus

Kunstlikud põlevad gaasid on kohalikud kütused, kuna neil on palju madalam kütteväärtus. Nende peamised põlevad elemendid on süsinikmonooksiid CO ja vesinik H2. Neid gaase kasutatakse tootmise piires, kus neid saadakse kütusena tehnoloogilistesse ja elektrijaamadesse.

Kõik looduslikud ja tehislikud põlevad gaasid on plahvatusohtlikud, võivad süttida lahtise leegi või sädeme mõjul. Gaasil on alumine ja ülemine plahvatuspiir, s.o. kõrgeim ja madalaim protsentuaalne kontsentratsioon õhus. Maagaaside alumine plahvatuspiir jääb vahemikku 3–6%, ülempiir aga 12–16%. Kõik põlevad gaasid võivad põhjustada inimkeha mürgistust. Põlevgaaside peamised mürgised ained on: süsinikoksiid CO, vesiniksulfiid H2S, ammoniaak NH3.

Looduslikud põlevgaasid, aga ka tehislikud gaasid, on värvitud (nähtamatud), lõhnatud, mis muudab need gaasitoruliitmike lekete kaudu katlaruumi sisemusse tungides ohtlikuks. Mürgistuse vältimiseks tuleks põlevaid gaase töödelda lõhnaainega – ebameeldiva lõhnaga ainega.

Süsinikmonooksiidi CO saamine tööstuses tahke kütuse gaasistamise teel

Tööstuslikel eesmärkidel saadakse süsinikmonooksiid tahke kütuse gaasistamisel, st selle muundamisel gaaskütuseks. Seega saad vingugaasi kätte mis tahes tahkekütusest – fossiilsest kivisöest, turbast, küttepuudest jne.

Tahke kütuse gaasistamise protsess on näidatud laboratoorses katses (joonis 1). Olles täitnud tulekindla toru söetükkidega, soojendame seda tugevalt ja laseme hapnikul läbi gaasimeetri. Laske torust väljuvatel gaasidel läbida lubjavesipesurit ja seejärel süüdake see põlema. Lubjavesi muutub häguseks, gaas põleb sinaka leegiga. See näitab CO2 dioksiidi ja süsinikmonooksiidi CO olemasolu reaktsiooniproduktides.

Nende ainete teket saab seletada asjaoluga, et hapniku kokkupuutel kuuma kivisöega oksüdeerub viimane esmalt süsinikdioksiidiks: C + O 2 \u003d CO 2

Seejärel, läbides kuuma kivisütt, redutseeritakse süsinikdioksiid osaliselt süsinikmonooksiidiks: CO 2 + C \u003d 2CO

Riis. 1. Vingugaasi saamine (laborikogemus).

Tööstuslikes tingimustes toimub tahkekütuste gaasistamine ahjudes, mida nimetatakse gaasigeneraatoriteks.

Saadud gaaside segu nimetatakse tootjagaasiks.

Gaasigeneraatori seade on näidatud joonisel. See on terassilinder, mille kõrgus on umbes 5 m ja läbimõõt umbes 3,5 m, seest vooderdatud tulekindlate tellistega. Ülevalt laaditakse gaasigeneraator kütusega; Altpoolt toidab õhku või veeauru läbi resti ventilaator.

Õhus olev hapnik reageerib kütuse süsinikuga, moodustades süsihappegaasi, mis läbi kuuma kütusekihi üles tõustes taandub süsiniku toimel süsinikmonooksiidiks.

Kui generaatorisse puhutakse ainult õhku, saadakse gaas, mis sisaldab oma koostises õhu süsinikmonooksiidi ja lämmastikku (samuti teatud kogus CO 2 ja muid lisandeid). Seda generaatorigaasi nimetatakse õhugaasiks.

Kui aga kuuma kivisöega puhutakse generaatorisse veeauru, tekib reaktsiooni tulemusena süsinikmonooksiid ja vesinik: C + H 2 O \u003d CO + H 2

Seda gaaside segu nimetatakse vesigaasiks. Vesigaasil on kõrgem kütteväärtus kui õhugaasil, kuna selle koostis sisaldab koos süsinikmonooksiidiga ka teist põlevat gaasi - vesinikku. Vesigaas (sünteesgaas), üks kütuste gaasistamise saadusi. Vesigaas koosneb peamiselt CO-st (40%) ja H2-st (50%). Vesigaas on kütus (kütteväärtus 10 500 kJ/m3 ehk 2730 kcal/mg) ja samas metanooli sünteesi tooraine. Vesigaasi ei saa aga pikka aega kätte, kuna selle moodustumise reaktsioon on endotermiline (soojuse neeldumisega) ja seetõttu jahtub generaatoris olev kütus. Söe kuumana hoidmiseks vaheldub veeauru süstimine generaatorisse õhu sissepritsega, mille hapnik teatavasti reageerib kütusega soojuse eraldamiseks.

Viimasel ajal on kütuse gaasistamiseks laialdaselt kasutatud auru-hapniku puhumist. Veeauru ja hapniku samaaegne puhumine läbi kütusekihi võimaldab protsessi pidevalt läbi viia, tõsta oluliselt generaatori tootlikkust ning saada suure vesiniku ja süsinikmonooksiidi sisaldusega gaasi.

Kaasaegsed gaasigeneraatorid on võimsad pideva toimega seadmed.

Et kütust gaasigeneraatorisse tarnides ei tungiks põlevad ja mürgised gaasid atmosfääri, muudetakse laadimistrummel kahekordseks. Kui kütus siseneb trumli ühte kambrisse, valatakse kütus teisest kambrist välja generaatorisse; kui trummel pöörleb, korduvad need protsessid, samas kui generaator jääb kogu aeg atmosfäärist eraldatuks. Kütuse ühtlane jaotus generaatoris toimub koonuse abil, mida saab paigaldada erinevatele kõrgustele. Selle langetamisel asub kivisüsi generaatori keskpunktile lähemal, koonuse tõstmisel visatakse süsi generaatori seintele lähemale.

Gaasigeneraatorist tuha eemaldamine on mehhaniseeritud. Koonusekujulist resti pöörab aeglaselt elektrimootor. Sel juhul nihutatakse tuhk generaatori seintele ja visatakse spetsiaalsete seadmetega tuhakasti, kust see perioodiliselt eemaldatakse.

Esimesed gaasilambid süttisid Peterburis Aptekarski saarel 1819. aastal. Kasutatud gaas saadi kivisöe gaasistamise teel. Seda nimetati kergeks gaasiks.

Suur vene teadlane D. I. Mendelejev (1834-1907) oli esimene, kes väljendas ideed, et kivisöe gaasistamist saab läbi viia otse maa all, ilma seda välja tõstmata. Tsaarivalitsus ei hinnanud Mendelejevi ettepanekut.

Maa-aluse gaasistamise ideed toetas soojalt V. I. Lenin. Ta nimetas seda "tehnoloogia üheks suureks võidukäiguks". Nõukogude riik viis maa-aluse gaasistamise esimest korda läbi. Juba enne Suurt Isamaasõda töötasid Nõukogude Liidus Donetski ja Moskva oblasti söebasseinides maa-alused generaatorid.

Ühest maa-aluse gaasistamise meetodist annab aimu joonisel 3. Söeõmblusse on paigaldatud kaks kaevu, mis on põhjas ühendatud kanaliga. Sellises kanalis ühe kaevu lähedal süüdatakse kivisüsi ja sinna juhitakse lõhka. Kanalit mööda liikuvad põlemissaadused interakteeruvad kuuma kivisöega, mille tulemuseks on põlevgaasi moodustumine, nagu tavalises generaatoris. Gaas tuleb maapinnale läbi teise kaevu.

Generaatorigaasi kasutatakse laialdaselt tööstuslike ahjude kütmiseks – metallurgia-, koksi- ja kütusena autodes (joon. 4).

Riis. 3. Söe maa-aluse gaasistamise skeem.

Vesigaasi vesinikust ja süsinikmonooksiidist sünteesitakse mitmeid orgaanilisi tooteid, näiteks vedelkütuseid. Sünteetiline vedelkütus - kütus (peamiselt bensiin), mis saadakse süsinikmonooksiidi ja vesiniku sünteesil temperatuuril 150-170 kraadi Celsiuse järgi ja rõhul 0,7-20 MN / m2 (200 kgf / cm2) katalüsaatori (nikkel, raud, koobalt). Esimene sünteetiliste vedelkütuste tootmine korraldati Saksamaal 2. maailmasõja ajal nafta nappuse tõttu. Sünteetilised vedelkütused ei ole nende kõrge hinna tõttu laialt levinud. Vesigaasi kasutatakse vesiniku tootmiseks. Selleks kuumutatakse veeauruga segus olevat vesigaasi katalüsaatori juuresolekul ja selle tulemusena saadakse lisaks juba vesigaasis olevale vesinikule: CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2

5. PÕLEMISE TERMILINE TASAKAAL

Kaaluge meetodeid gaasiliste, vedelate ja tahkete kütuste põlemisprotsessi soojusbilansi arvutamiseks. Arvutamine on taandatud järgmiste ülesannete lahendamisele.

· Kütuse põlemissoojuse (kütteväärtuse) määramine.

· Teoreetilise põlemistemperatuuri määramine.

5.1. PÕLEMISKUUMUS

Keemiliste reaktsioonidega kaasneb soojuse eraldumine või neeldumine. Soojuse vabanemisel nimetatakse reaktsiooni eksotermiliseks ja kui see neeldub, siis endotermiliseks. Kõik põlemisreaktsioonid on eksotermilised ja põlemissaadused on eksotermilised ühendid.

Keemilise reaktsiooni käigus vabanevat (või neelduvat) soojust nimetatakse reaktsioonisoojuseks. Eksotermilistes reaktsioonides on see positiivne, endotermilistes reaktsioonides negatiivne. Põlemisreaktsiooniga kaasneb alati soojuse eraldumine. Põlemissoojus Q g(J / mol) on soojushulk, mis vabaneb ühe mooli aine täielikul põlemisel ja põleva aine muundamisel täieliku põlemisproduktideks. Mool on aine koguse SI põhiühik. Üks mool on selline kogus ainet, mis sisaldab nii palju osakesi (aatomeid, molekule jne), kui on aatomeid 12 g süsinik-12 isotoobis. Aine koguse mass, mis on võrdne 1 mooliga (molekul- või molaarmass), langeb arvuliselt kokku antud aine suhtelise molekulmassiga.

Näiteks hapniku (O 2 ) suhteline molekulmass on 32, süsinikdioksiid (CO 2 ) on 44 ja vastavad molekulmassid oleksid M=32 g/mol ja M=44 g/mol. Seega sisaldab üks mool hapnikku 32 grammi seda ainet ja üks mool CO 2 sisaldab 44 grammi süsinikdioksiidi.

Tehnilistes arvutustes ei kasutata sageli mitte põlemissoojust Q g ja kütuse kütteväärtus K(J / kg või J / m3). Aine kütteväärtus on soojushulk, mis eraldub 1 kg ehk 1 m 3 aine täielikul põlemisel. Vedelate ja tahkete ainete puhul tehakse arvutus 1 kg kohta ja gaasiliste ainete puhul 1 m 3 kohta.

Põlemissoojuse ja kütuse kütteväärtuse tundmine on vajalik põlemis- või plahvatustemperatuuri, plahvatusrõhu, leegi levimiskiiruse ja muude omaduste arvutamiseks. Kütuse kütteväärtus määratakse kas katseliselt või arvutuslikult. Kütteväärtuse katselisel määramisel põletatakse kalorimeetrilises pommis etteantud mass tahket või vedelat kütust, gaaskütuse puhul aga gaasikalorimeetris. Need seadmed mõõdavad kogu soojust K 0, mis vabaneb kütuse kaalumise proovi põletamisel m. Kütteväärtus Q g leitakse valemi järgi

Seos põlemissoojuse ja
kütuse kütteväärtus

Põlemissoojuse ja aine kütteväärtuse vahelise seose tuvastamiseks on vaja üles kirjutada põlemiskeemilise reaktsiooni võrrand.

Süsiniku täieliku põlemise saadus on süsinikdioksiid:

C + O 2 → CO 2.

Vesiniku täieliku põlemise saadus on vesi:

2H2 + O2 → 2H2O.

Väävli täieliku põlemise saadus on vääveldioksiid:

S + O 2 → SO 2.

Samal ajal eraldub vabal kujul lämmastik, halogeniidid ja muud mittesüttivad elemendid.

põlev gaas

Näitena arvutame metaani CH 4 kütteväärtuse, mille põlemissoojus on võrdne Q g=882.6 .

Määrake metaani molekulmass vastavalt selle keemilisele valemile (CH 4):

М=1∙12+4∙1=16 g/mol.

Määrake 1 kg metaani kütteväärtus:

Leiame 1 kg metaani ruumala, teades selle tihedust ρ=0,717 kg/m 3 normaaltingimustes:

Määrake 1 m 3 metaani kütteväärtus:

Kõigi põlevate gaaside kütteväärtus määratakse sarnaselt. Paljude tavaliste ainete kütteväärtusi ja kütteväärtusi on mõõdetud suure täpsusega ning need on toodud vastavas teatmekirjanduses. Anname mõne gaasilise aine kütteväärtuse väärtuste tabeli (tabel 5.1). Väärtus K selles tabelis on see antud MJ / m 3 ja kcal / m 3, kuna soojusühikuna kasutatakse sageli 1 kcal = 4,1868 kJ.

Tabel 5.1

Gaaskütuste kütteväärtus

Aine			Atsetüleen
K
K

Põlev aine - vedel või tahke

Näitena arvutame etüülalkoholi C 2 H 5 OH kütteväärtuse, mille põlemissoojus Q g= 1373,3 kJ/mol.

Määrake etüülalkoholi molekulmass selle keemilise valemi (C 2 H 5 OH) järgi:

М = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1,1 = 46 g/mol.

Määrake 1 kg etüülalkoholi kütteväärtus:

Kõigi vedelate ja tahkete põlevainete kütteväärtus määratakse sarnaselt. Tabelis. 5.2 ja 5.3 näitavad kütteväärtusi K(MJ/kg ja kcal/kg) mõnede vedelate ja tahkete ainete puhul.

Tabel 5.2

Vedelkütuste kütteväärtus

Aine	Metüülalkohol	Etanool	Kütteõli, õli
K
K

Tabel 5.3

Tahkekütuste kütteväärtus

Aine	puit värske	puit kuiv	Pruun kivisüsi	Turvas kuiv	Antratsiit, koks
K
K

Mendelejevi valem

Kui kütuse kütteväärtus pole teada, saab selle arvutada D.I. pakutud empiirilise valemi abil. Mendelejev. Selleks peate teadma kütuse elementaarset koostist (kütuse samaväärne valem), see tähendab järgmiste elementide protsenti selles:

hapnik (O);

Vesinik (H);

Süsinik (C);

Väävel (S);

tuhk (A);

Vesi (W).

Kütuste põlemissaadused sisaldavad alati veeauru, mis tekib nii kütuses sisalduva niiskuse tõttu kui ka vesiniku põlemisel. Põlemisjäätmed väljuvad tööstusettevõttest kastepunkti temperatuurist kõrgemal temperatuuril. Seetõttu ei saa veeauru kondenseerumisel eralduvat soojust otstarbekalt kasutada ja seda ei tohiks soojusarvutustes arvesse võtta.

Arvutamiseks kasutatakse tavaliselt madalat kütteväärtust. Q n kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelkütuste puhul väärtus Q n(MJ / kg) määratakse ligikaudu Mendelejevi valemiga:

Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

kus sulgudes on märgitud vastavate elementide protsentuaalne (massi%) sisaldus kütuse koostises.

See valem võtab arvesse süsiniku, vesiniku ja väävli eksotermiliste põlemisreaktsioonide soojust (plussmärgiga). Kütuse osaks olev hapnik asendab osaliselt õhus olevat hapnikku, mistõttu valemis (5.1) võetakse vastav termin miinusmärgiga. Niiskuse aurustumisel kulub soojust, seega võetakse miinusmärgiga ka vastav W-d sisaldav termin.

Erinevate kütuste (puit, turvas, kivisüsi, õli) kütteväärtuse arvutuslike ja katseandmete võrdlus näitas, et Mendelejevi valemi (5.1) järgi tehtud arvutus annab vea, mis ei ületa 10%.

Puhas kütteväärtus Q n Kuivade põlevate gaaside (MJ / m 3) saab piisava täpsusega arvutada üksikute komponentide kütteväärtuse ja nende protsendi 1 m 3 gaaskütuse korrutiste summana.

Q n= 0,108 [Н 2 ] + 0,126 [СО] + 0,358 [CH 4 ] + 0,5 [С 2 Н 2 ] + 0,234 [Н 2 S ]…, (5,2)

kus sulgudes on märgitud vastavate gaaside sisaldus (mahu%) segus.

Maagaasi keskmine kütteväärtus on ligikaudu 53,6 MJ/m 3 . Kunstlikult toodetud põlevates gaasides on CH 4 metaani sisaldus tühine. Peamised põlevad komponendid on vesinik H2 ja süsinikmonooksiid CO. Näiteks koksiahju gaasis ulatub H 2 sisaldus (55 ÷ 60)%ni ja sellise gaasi alakütteväärtus 17,6 MJ/m 3 . Generaatorigaasis on CO sisaldus ~ 30% ja H 2 ~ 15%, samas kui generaatorgaasi alumine kütteväärtus Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. Kõrgahjugaasis on CO ja H 2 sisaldus väiksem; suurusjärk Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.

Mõelge ainete kütteväärtuse arvutamise näidetele Mendelejevi valemi abil.

Määrame söe kütteväärtuse, mille elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.4.

Tabel 5.4

Söe elementaarne koostis

Asendame vahekaardil antud. 5.4 andmed Mendelejevi valemis (5.1) (lämmastik N ja tuhk A ei sisaldu selles valemis, kuna need on inertsed ained ega osale põlemisreaktsioonis):

Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Määrakem küttepuude kogus, mis on vajalik 50 liitri vee soojendamiseks 10 ° C kuni 100 ° C, kui 5% põlemisel eralduvast soojusest kulub küttele, ja vee soojusmahtuvus Koos\u003d 1 kcal / (kg ∙ kraadi) või 4,1868 kJ / (kg ∙ kraadi). Küttepuude elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.5:

Tabel 5.5

Küttepuude elementaarne koostis

Leiame küttepuude kütteväärtuse Mendelejevi valemi (5.1) järgi:

Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg.

Määrake 1 kg küttepuude põletamisel vee soojendamiseks kuluv soojushulk (võttes arvesse asjaolu, et 5% põlemisel eralduvast soojusest (a = 0,05) kulub selle soojendamisele):

K 2=a Q n=0,05 17,12 = 0,86 MJ/kg.

Määrake küttepuude kogus, mis on vajalik 50 liitri vee soojendamiseks 10°C kuni 100°C:

kg.

Seega kulub vee soojendamiseks umbes 22 kg küttepuid.

Põlevgaaside klassifikatsioon

Linnade ja tööstusettevõtete gaasivarustuseks kasutatakse erinevaid põlevaid gaase, mis erinevad päritolu, keemilise koostise ja füüsikaliste omaduste poolest.

Päritolu järgi jagunevad põlevad gaasid looduslikeks ehk looduslikeks ja tehislikeks, mis on toodetud tahketest ja vedelkütustest.

Maagaasi ammutatakse puhtalt gaasiväljade või naftaväljade kaevudest koos naftaga. Naftaväljade gaase nimetatakse seotud gaasideks.

Puhaste gaasiväljade gaasid koosnevad peamiselt metaanist, milles on vähe raskeid süsivesinikke. Neid iseloomustab koostise ja kütteväärtuse püsivus.

Seotud gaasid koos metaaniga sisaldavad märkimisväärses koguses raskeid süsivesinikke (propaan ja butaan). Nende gaaside koostis ja kütteväärtus on väga erinevad.

Tehisgaase toodetakse spetsiaalsetes gaasitehastes või saadakse kõrvalsaadusena söe põletamisel metallurgiatehastes, aga ka naftatöötlemistehastes.

Kivisöest toodetud gaase kasutatakse meie riigis linnade gaasivarustuseks väga piiratud koguses ning nende erikaal väheneb pidevalt. Samal ajal kasvab nafta rafineerimise käigus gaasibensiinitehastes ja naftatöötlemistehastes seostatud naftagaasidest saadavate veeldatud süsivesinikgaaside tootmine ja tarbimine. Linna gaasivarustuseks kasutatavad vedelad süsivesinikgaasid koosnevad peamiselt propaanist ja butaanist.

Gaaside koostis

Gaasi tüüp ja koostis määravad suuresti ette gaasi ulatuse, gaasivõrgu skeemi ja läbimõõdud, gaasipõletite ja üksikute gaasitorude sõlmede projektlahendused.

Gaasi tarbimine sõltub kütteväärtusest ja seega ka gaasitorude läbimõõtudest ja gaasi põlemise tingimustest. Gaasi kasutamisel tööstusrajatistes on suur tähtsus põlemistemperatuuril ja leegi leviku kiirusel ning gaaskütuse koostise püsivusel Gaaside koostis, aga ka füüsikalis-keemilised omadused sõltuvad eelkõige tüübist ja saamisviisist. gaasid.

Põlevgaasid on erinevate gaaside mehaanilised segud<как горючих, так и негорючих.

Gaaskütuse põlev osa sisaldab: vesinikku (H 2) - värvi, maitse ja lõhnata gaas, selle madalam kütteväärtus on 2579 kcal / nm 3 \ metaan (CH 4) - värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas, on maagaaside peamine põlev osa, selle madalam kütteväärtus on 8555 kcal / nm 3; süsinikmonooksiid (CO) - värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas, mis saadakse mis tahes kütuse mittetäielikul põlemisel, väga mürgine, madalam kütteväärtus 3018 kcal / nm 3; rasked süsivesinikud (C p N t), Selle nimega<и формулой обозначается целый ряд углеводородов (этан - С2Н 6 , пропан - С 3 Нв, бутан- С4Н 10 и др.), низшая теплотворная способность этих газов колеблется от 15226 до 34890 kcal/nm*.

Gaaskütuse mittesüttiv osa sisaldab: süsihappegaasi (CO 2), hapnikku (O 2) ja lämmastikku (N 2).

Gaaside mittesüttivat osa nimetatakse ballastiks. Maagaase iseloomustab kõrge kütteväärtus ja süsinikmonooksiidi täielik puudumine. Samal ajal sisaldavad mitmed maardlad, peamiselt gaas ja nafta, väga mürgist (ja söövitavat gaasi) - vesiniksulfiidi (H 2 S). Enamik tehissöegaase sisaldab märkimisväärses koguses väga mürgist gaasi - süsinikmonooksiidi (CO). Gaasi süsiniku ja muude mürgiste ainete sisaldus on väga ebasoovitav, kuna need raskendavad operatiivset tööd ja suurendavad gaasi kasutamise ohtu. Lisaks põhikomponentidele sisaldab gaaside koostis mitmesuguseid lisandeid, mille konkreetne väärtus on protsentides tühine.Arvestades aga, et tuhandeid ja isegi miljoneid kuupmeetreid gaasi, saavutab lisandite koguhulk märkimisväärse väärtuse.Paljud lisandid langevad gaasitorudesse, mis lõppkokkuvõttes viib nende gaaside vähenemiseni. läbilaskevõimet ja mõnikord ka gaasivoolu täielikku peatamist. Seetõttu tuleb gaasis leiduvate lisandite olemasolu arvestada nii gaasijuhtmete projekteerimisel, samuti töötamise ajal.

Lisandite hulk ja koostis sõltuvad gaasi tootmis- või ekstraheerimismeetodist ja selle puhastusastmest. Kõige kahjulikumad lisandid on tolm, tõrv, naftaleen, niiskus ja väävliühendid.

Tolm ilmub gaasi tootmisel (väljavõttel) või gaasi transportimisel torustike kaudu. Vaik on kütuse termilise lagunemise produkt ja saadab paljusid tehisgaase. Tolmu olemasolul gaasis aitab vaik kaasa tõrva-mudakorkide ja gaasitorustike ummistuste tekkele.

Naftaleeni leidub tavaliselt tehissöegaasides. Madalatel temperatuuridel sadestub naftaleen torudesse ja vähendab koos muude tahkete ja vedelate lisanditega gaasitorustike vooluala.

Niiskus aurude kujul sisaldub peaaegu kõigis looduslikes ja tehisgaasides. See satub maagaasidesse gaasiväljas endas gaaside kokkupuutel veepinnaga ja tehisgaasid küllastuvad tootmisprotsessi käigus veega. Niiskuse olemasolu gaasis märkimisväärses koguses on ebasoovitav, kuna see vähendab kütteväärtust. Lisaks on sellel kõrge aurustumissoojusvõime, niiskus kannab gaasi põlemisel koos põlemisproduktidega atmosfääri märkimisväärse koguse soojust. Gaasi suur niiskusesisaldus on samuti ebasoovitav, kuna gaasil tekib kondenseerumine. gaas jahutatakse "torude kaudu liikumise koormuse all, võib see gaasitorustikus (alumistes punktides) tekitada veekorke, mis tuleb kustutada. See eeldab spetsiaalsete kondensaadikollektorite paigaldamist ja nende väljapumpamist.

Väävliühendid, nagu juba märgitud, hõlmavad vesiniksulfiidi, aga ka süsinikdisulfiidi, merkaptaani jne. Need ühendid ei kahjusta mitte ainult inimeste tervist, vaid põhjustavad ka torude märkimisväärset korrosiooni.

Teiste kahjulike lisandite hulka kuuluvad ammoniaak ja tsüaniidühendid, mida leidub peamiselt kivisöegaasides. Ammoniaagi ja tsüaniidi ühendite olemasolu põhjustab torude metalli suurenenud korrosiooni.

Süsinikdioksiidi ja lämmastiku esinemine põlevates gaasides on samuti ebasoovitav. Need gaasid ei osale põlemisprotsessis, olles ballastiks, mis vähendab kütteväärtust, mis toob kaasa gaasijuhtmete läbimõõdu suurenemise ja gaaskütuse kasutamise majandusliku efektiivsuse vähenemise.

Linna gaasivarustuseks kasutatavate gaaside koostis peab vastama GOST 6542-50 nõuetele (tabel 1).

Tabel 1

Riigi kuulsaimate väljade maagaaside koostise keskmised väärtused on toodud tabelis. 2.

Gaasiväljadelt (kuiv)

Lääne-Ukraina. . .	81,2	7,5	4,5	3,7	2,5	- .	0,1	0,5	0,735
Šebelinskoje ..............................	92,9	4,5	0,8	0,6	0,6	____ .	0,1	0,5	0,603
Stavropoli piirkond. .	98,6	0,4	0,14	0,06		-	0,1	0,7	0,561
Krasnodari piirkond. .	92,9		0,5	-	0,5	_	0,01	0,09	0,595
Saratov ...................................	93,4	2,1	0,8	0,4	0,3	Jäljed	0,3	2,7	0,576
Gazli, Buhhaara piirkond	96,7		0,35	0,4"			0,1	0,45	0,575
Nafta- ja gaasiväljadelt (seotud)
Romashkino ...............................			18,5	6,2	4,7		0,1	11,5	1,07
				7,4	4,6	____	Jäljed		1,112	__ .
Tuymazy ...............................			18,4	6,8	4,6	____	0,1	7,1	1,062	-
Ashy......		23,5		9,3	3,5	____	0,2	4,5	1,132	-
Julge.......... ............................. .				2,5		. ___ .		1,5	0,721	-
Syzran-nafta ...............................	31,9	23,9 -	5,9	2,7	0,8	1,7	1,6	31,5	0,932	-
Ishimbay ...................................	42,4		20,5	7,2	3,1	2,8			1,040	_
Andižan. ................................	66,5	16,6	9,4	3,1	3,1	0,03	0,2	4,17	0,801 ;

Gaaside kütteväärtus

Ühiku kütusekoguse täielikul põlemisel eralduvat soojushulka nimetatakse kütteväärtuseks (Q) või, nagu mõnikord nimetatakse, kütteväärtuseks ehk kütteväärtuseks, mis on kütuse üks põhiomadusi.

Gaaside kütteväärtust nimetatakse tavaliselt 1-ks m 3, võetud tavatingimustes.

Tehnilistes arvutustes mõistetakse normaaltingimuste all gaasi olekut temperatuuril 0 °C ja rõhul 760 °C. mmHg Art. Gaasi maht nendes tingimustes on tähistatud nm 3(tavaline kuupmeeter).

Tööstusliku gaasi mõõtmiseks vastavalt standardile GOST 2923-45 võetakse tavatingimustena temperatuur 20 ° C ja rõhk 760 mmHg Art. Gaasi maht viitas nendele tingimustele, erinevalt nm 3 me helistame m 3 (kuupmeeter).

Gaaside kütteväärtus (Q)) keeles väljendatud kcal/nm e või sisse kcal / m3.

Veeldatud gaaside puhul on kütteväärtus 1 kg.

On kõrgem (Q in) ja madalam (Q n) kütteväärtus. Kõrge kütteväärtus võtab arvesse kütuse põlemisel tekkiva veeauru kondenseerumissoojust. Alakütteväärtus ei võta arvesse põlemisproduktide veeaurus sisalduvat soojust, kuna veeaur ei kondenseeru, vaid kantakse koos põlemisproduktidega minema.

Mõisted Q in ja Q n kehtivad ainult nende gaaside kohta, mille põlemisel eraldub veeauru (need mõisted ei kehti vingugaasi kohta, mis ei anna põlemisel veeauru).

Veeauru kondenseerumisel eraldub soojust 539 kcal/kg. Lisaks eraldub kondensaadi jahutamisel temperatuurini 0°С (.või 20°С) soojust vastavalt 100 või 80 kcal/kg.

Kokku eraldub veeauru kondenseerumise tõttu soojust üle 600 kcal/kg, mis on gaasi bruto- ja alakütteväärtuse vahe. Enamiku linna gaasivarustuses kasutatavate gaaside puhul on see erinevus 8-10%.

Mõnede gaaside kütteväärtused on toodud tabelis. 3.

Linna gaasivarustuseks kasutatakse praegu gaase, mille kütteväärtus on reeglina vähemalt 3500 kcal / nm 3. Seda seletatakse asjaoluga, et linnatingimustes tarnitakse gaasi torude kaudu märkimisväärsete vahemaade tagant. Madala kütteväärtuse korral on vaja tarnida suur kogus. See toob paratamatult kaasa gaasitrasside läbimõõtude suurenemise ja sellest tulenevalt metalliinvesteeringute ja gaasivõrkude ehitamiseks vajalike vahendite suurenemise ning sellest tulenevalt ka tegevuskulude suurenemise. Madala kalorsusega gaaside oluline puudus on see, et enamikul juhtudel sisaldavad need märkimisväärses koguses süsinikmonooksiidi, mis suurendab ohtu nii gaasi kasutamisel kui ka võrkude ja paigaldiste teenindamisel.