Combustibilul pentru motor este ușor de definit – este combustibil pentru motoarele cu ardere internă. În mod tradițional, clasificarea principalelor tipuri de carburanți este legată de ceea ce sunt produși. Adică, combustibilul este considerat un produs al distilării uleiului. Conform acestui criteriu, produsele petroliere sunt împărțite în două grupe - distilate și reziduale. Primele includ toate tipurile de benzină, unele tipuri de motorină, kerosen și alte tipuri puțin cunoscute. De exemplu, motorina și nafta. Dar motorina și păcurul sunt tipuri reziduale. Fracțiile lor se obțin la temperaturi maxime de distilare.
Desigur, motorina Euro 4 se referă la produsele distilate, iar în numele său vedem un alt semn al clasificării combustibilului pentru motor - proprietățile de mediu. Dar nu este singurul. Principalele caracteristici pentru scopul propus, adică pentru utilizarea în motor, sunt, de asemenea, influențate de alți factori. Pentru toate tipurile de combustibil prezentate, de exemplu, pe site-ul http://oilresurs.ru/, cea mai importantă caracteristică este inflamabilitatea, adică capacitatea amestecului aer-combustibil de a arde eficient.
De asemenea, importante sunt volatilitatea și vâscozitatea combustibilului, de care depinde capacitatea de pompare prin sistemul de alimentare al motorului, precum și conținutul de substanțe rășinoase. Această caracteristică, precum și gradul de cocsificare și conținut de cenușă, afectează depozitele dăunătoare din motor. Combustibilul de înaltă calitate trebuie să aibă activitate chimică scăzută și să fie lipsit de impurități mecanice. Tocmai acești combustibili pentru motor din tipurile enumerate mai sus sunt oferiți de Oil Resource Group LLC.
Cu toate acestea, nu epuizează toate tipurile de combustibil pentru motoare. Doar produsele petroliere lichide au fost discutate mai sus, dar și gazele naturale sunt utilizate pe scară largă. Sunt utilizate două tipuri de el - comprimat și lichefiat. Un amestec lichefiat de propan și butan este al treilea cel mai răspândit tip de combustibil din lume. Avantaje: posibilitatea de utilizare pe motoarele convenționale pe benzină și diesel, respectarea mediului și uzura redusă a motorului. Desigur, și costuri mai mici.
Există și alte tipuri de combustibil pentru motor care sunt alternative la produsele petroliere. Motoarele tradiționale cu ardere internă folosesc, de asemenea, alcool ca combustibil. De regulă, acesta nu este etanol pur sau metanol, ci un amestec cu benzină într-o proporție sau alta. Alcoolul poate fi adăugat și ca aditiv în cantități mici pentru a îmbunătăți performanța, dar un astfel de amestec este considerat un combustibil alternativ dacă conține mai mult de 85% alcool. Combustibilul biodiesel este produs din materii prime vegetale și chiar din grăsimi animale, cu toate acestea, în general, astfel de tipuri de combustibil pentru motor nu s-au răspândit încă.
Combustibil– sunt substanțe inflamabile care, la ardere, eliberează o cantitate importantă de căldură, care este utilizată direct în procesele tehnologice sau transformată în alte tipuri de energie. Acestea includ minerale de origine organică - cărbune, gaze combustibile, șisturi bituminoase, petrol, turbă, precum și deșeuri de lemn și plante.
În energia nucleară se folosește conceptul de combustibil nuclear- o substanta ai carei nuclei se fisioneaza sub influenta neutronilor, eliberand energie in principal sub forma de energie cinetica a fragmentelor de fisiune nucleara si a neutronilor.
Combustibil chimic obișnuit, spre deosebire de nuclear, se numește organic și acesta este în prezent principala sursă de căldură.
Pentru a analiza caracteristicile termice ale combustibililor, a determina compoziția gazelor și a altor calcule, este necesar să se cunoască structura chimică a fiecărui tip de combustibil. Partea organică a combustibililor solizi și lichizi constă dintr-un număr mare de compuși chimici complecși, care includ în principal cinci elemente chimice: carbon CU, hidrogen N, oxigen DESPRE, sulf Sși azot N. În plus, combustibilul conține impurități minerale A si umezeala W, împreună reprezentând balastul extern de combustibil.
Compoziția chimică a combustibililor solizi, lichizi și gazoși este determinată nu de numărul de compuși, ci de masa totală a elementelor chimice (ca procent la 1 kg sau 1 metru cub de combustibil), adică. stabiliți compoziția elementară a combustibilului. Există trei compoziții principale de combustibil elementar:
1) masa de lucru a combustibilului C+H+O+N+S+A+W=100%;
2) masa uscată de combustibil C+H+O+N+A=100%;
3) masa combustibilă de combustibil C+ H+O+N=100%.
Masa de lucru este considerată a fi masa de combustibil în forma în care acesta ajunge la întreprindere.
Dacă combustibilul este încălzit la 102-105ºС, umiditatea se va evapora și apoi se va obține o masă uscată de combustibil. Denumirea masei combustibile este convențională; întrucât cei cuprinsi în ea azotul și oxigenul nu sunt elemente inflamabileși constituie balast intern de combustibil. Azotul și oxigenul contribuie la procesul de ardere a combustibilului.
Elementele combustibile combustibile sunt carbonul, hidrogenul și sulful. Carbonul este principalul element combustibil. Are o putere calorică mare (33600 kJ/kg) și reprezintă cea mai mare parte a masei de lucru a combustibilului (50-75% pentru combustibilii solizi și 80-85% pentru păcură). Hidrogenul are o putere calorică mare (aproximativ 130.000 kJ/kg), dar cantitatea sa în combustibili solizi este mică ( N= 2-6%) și puțin mai mult în lichide (aproximativ 10%). Acest lucru face ca căldura de ardere a combustibililor lichizi să fie mai mare decât cea a combustibililor solizi.
Sulful are o putere calorică scăzută (9000 kJ/kg). Conținutul său în combustibili este scăzut ( S=0,2-4%), prin urmare sulful ca component combustibil nu este evaluat.
Prezența oxizilor de sulf în produsele de ardere la anumite concentrații este periculoasă pentru organisme și plante și necesită anumite măsuri și mijloace pentru captarea sau dispersia acestuia în atmosferă.
În conformitate cu OST 5.4121-75, combustibilii petrolieri lichizi sunt împărțiți în 3 grupuri în funcție de nivelul de vâscozitate:
Combustibili cu vâscozitate scăzută (MVF) - până la 11,8 cSt., mm2/sec,
Combustibili cu vâscozitate medie (SVF) - de la 11,8 la 146 cSt.,
Combustibili cu vâscozitate mare (HVT) - peste 146 cSt.
Valoarea optimă de vâscozitate a combustibilului furnizat motorului este în intervalul 6,2 - 30 cSt (1,50 - 4,2°VU).
Combustibilul diesel nu necesită încălzire, grade grele până la 100 - 110°C. În acest caz, este necesar să se țină cont de densitatea combustibilului.
Când se utilizează combustibil cu un conținut ridicat de vanadiu, este necesar să se utilizeze aditivi speciali pentru a evita coroziunea vanadiului pe paletele turbinei și supapele de evacuare, precum și atunci când există sulf în combustibil.
Coroziunea se dezvoltă intens în special când există sodiu în combustibil și când temperatura gazului crește peste 650°C (vezi Tabelul 8.1).
Autoaprindere.
Afectează rigiditatea (moliciunea motorului cu ardere internă). Evaluarea - numărul de cetan, reprezintă conținutul procentual (în volum) de cetan (evaluarea sa este de 100 de unități (C 16 H 34) și alfa-metilnaftalenă (C 10 H 7 CH 3) - ratingul său este condiționat egal cu zero).
De exemplu: Dacă indicele cetanic al combustibilului este 45, atunci aceasta înseamnă că combustibilul de testat este echivalent cu autoaprinderea unui amestec format din 45% cetan și 55% alfa-metilnaftalină.
Căldura de ardere, Q p n - este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii a 1 kg de combustibil; Q r n = 42700 kJ/kg de combustibil.
Combustibil diesel
În combustibili pot fi utilizate patru grupuri de combustibili:
Vâscozitate scăzută (MVT),
Vâscozitate medie (SVT)
Vysrkrviscoe (VVT),
În general, în conformitate cu OST 81.8003 - 85, domeniul de aplicare al combustibililor de diferite vâscozități produși în țările CSI este limitat la următoarele cerințe:
MVT numai pentru motoarele cu ardere internă a portbagajului (n > 1000 min -1), motoarele principale de urgență (numai marca JI) și motoarele diesel ale bărcilor de salvare. Înlocuitori (mărci JI): SVT pentru ICE-uri de trunchi (n< 1000 мин -1 , Ne = 4000 кВт) до переоборудования топливных систем. (MGO - морской газойль - это международное топливо).
SVT - înlocuitori pentru VVT pentru motoarele diesel cu cruce și portbagaj (n< 500 мин -1 , Ne >4000 kW) înainte de reechiparea sistemelor de combustibil. SVT este combustibilul principal pentru motoarele cu ardere internă montate pe portbagaj. La n< 1000 мин -1 , Ne < 4000 кВт; ДТВС, ДТПС, Ф - 5, Ф - 12. Международное топливо: JF - 20, JF - 40.
VVT - (cu excepția păcurului 100) - combustibilul principal pentru toate motoarele cu combustie internă și portbagaj (p.< 500 мин -1 , Ne >4000 kW).
Păcură 40, păcură 100
Combustibil internațional: JF - 230.
Țările CSI produc următorii combustibili cu vâscozitate scăzută:
Combustibil diesel de clase L, 3 și A conform GOST 305 - 82,
Combustibil cu compoziție de frecare grea (TUFS) conform TU 38001355-86,
Combustibil marin cu vâscozitate scăzută (TMS) conform TU 38101567 - 87,
Combustibil pentru turbină cu gaz, clasa „A” GOST 10433 - 75,
Export de grade de combustibil diesel: DLEVKK, DLE, DZE, conform TU 38001162-73.
1. fracțiune de masă de sulf nu mai mult de 0,2% (cel mai mare și prima compoziție),
2. fracția de masă a sulfului nu mai mult de 0,5% (pentru gradul A nu mai mult de 0,4%)
MGO - motorină marin, combustibil internațional.
Exemple de simboluri
Combustibil diesel JI - 0,2 - 61 GOST 305 - 82, acesta este un combustibil cu un conținut de sulf de 0,2%, punct de aprindere 61°C;
Combustibil de iarnă cu o fracție de masă de sulf de până la 0,2% și un punct de curgere de minus 35 ° C, motorină 0,2 - minus 35 ° C, GOST 305 - 82;
Combustibil arctic cu o fracție de masă de sulf 0,4% - motorină generală A - 0,4 GOST 305 - 82.
Țările CSI produc următoarele tipuri de combustibili cu vâscozitate medie:
DTVS (combustibil diesel de înaltă calitate), GOST
DTPS (combustibil diesel de prima clasă), G 1667 - 68
- „B” conform GOST 10433 - 75,
F - 5, F-12 conform GOST 10585-75,
M - 2.0 conform TU 38001 164 - 78,
- „minus 5,10” - conform TU 38101 310 - 72,
CBJI conform TU 38101 1314 - 90, (lumină marină de înaltă vâscozitate).
Țările CSI produc următorii combustibili cu vâscozitate ridicată:
Clasele de păcură „cuptor 40” și „cuptor 100” conform GOST 10585 -
Păcură din ulei cu conținut scăzut de sulf conform TU 38101310 - 72,
Clasele SVT conform TU 38101 1314 - 90, (combustibil marin cu vâscozitate mare),
Păcură de calitate "M-1.0" conform TU 38001.164-78
JF - 230 - combustibil internațional.
În denumirea carburanților intermediari internaționali (Combustibil intermediar), denumirea digitală după simbolul JF indică vâscozitatea limită în mm2/s (cSt) la 56°C.
Echivalente străine ale combustibililor cei mai des utilizați produși în țările CSI
Tabelul 8.1
Combustibil produs în țările CSI | Combustibil străin | ||
Denumirea MDT | Marca | Internaţional | ISO/DIS 8217-87 |
combustibil | Intl. std. | ||
Combustibil cu vâscozitate scăzută | |||
GOST 305-82 | Diesel JI62 3 minus 35 Combustibil greu | MGO | DMH, DMA |
frecare | MGO | DMA | |
TU 38001 355-86 | compoziție (TUFS) | ||
Combustibilul are vâscozitate scăzută | MDO | DMV, VHI | |
TU 38101567-87 | unele combustibil marin (TMS) combustibil de gradul A | JF-10 | |
GOST 10433-75 | (turbină cu gaz) Combustibil cu vâscozitate medie | ||
GOST 10433 - 75 | Grad de combustibil „B” | JF-20 | " - |
GOST 1667-68 | Combustibil diesel de calitate premium | JF-20 | |
GOST 381011 314 - | Combustibil marin, | RMA-10, RMB-10, | |
plămân cu vâscozitate mare, CBJI | IF-40 | RMC-10 | |
GOST 1667-68 | Motorina de prima calitate | JF-40 | La fel |
GOST 10585-75 | Fl. păcură F - 5 | JF-40 | -//- |
GOST 10585-75 | Fl. păcură F-12, | JF-90 | YaMD 15 |
Continuarea tabelului 8.1
Combustibil pentru motor sunt produse petroliere utilizate ca sursă de energie pentru motoarele cu ardere internă. Reprezintă mai mult de 65% din produsele petroliere rafinate. Combustibilul de motor constă din diverse componente, inclusiv o piesă de bază și aditivi speciali (anti-detonare, anticoroziune etc.).
Clasificarea combustibilului pentru motor se desfășoară după o serie de criterii legate de utilizarea combustibililor, metoda de producție și caracteristicile de calitate.
1. Prin modalitatea de primire combustibilul pentru motor este:
Distilat.
Rezidual.
Distilatele includ toate tipurile de benzină, kerosen, motorină și tipuri ușoare de motorină. Aceste produse petroliere se obțin prin distilare - evaporarea fracțiilor ușoare de ulei și condensarea vaporilor acestuia.
Combustibilii reziduali includ motorina și păcurul. Sunt obținute prin distilarea fracțiilor grele de petrol la temperaturi foarte ridicate.
2. După principiul de funcționare al motorului Se disting următoarele tipuri de combustibil pentru motor:
Carburator.
Motorină.
Reactiv.
Fiecare tip de combustibil are propriii indicatori de calitate, reglementați GOST.
2.1. Combustibil pentru carburator.
Acestea sunt benzine - auto și aviație. Sunt utilizate în motoarele cu combustie internă cu carburator (ICE), unde aprinderea combustibilului are loc de la o scânteie.
Compoziția fracționată a benzinei este determinată de volatilitatea acestora în toate etapele de funcționare a motorului: pornire, încălzire, schimbarea modurilor. Benzina nu are un punct de fierbere clar, se evaporă la 32 - 200⁰C.
Deoarece vaporii de benzină se combină cu aerul pentru a forma amestecuri explozive, principala caracteristică a combustibilului pentru carburator devine rezistența la detonare - capacitatea combustibilului de a rezista la autoaprindere atunci când presiunea crește.
2.2. Combustibil diesel.
DF este utilizat ca sursă de energie pentru motoarele diesel în navele de transport terestru, maritim și fluvial. Densitatea motorinei este de 0,80 – 0,89 g/cm3. Motorina nu este forțată să se aprindă, ci se aprinde spontan sub influența presiunii și a temperaturii ridicate a aerului. Conținutul crescut de cenușă afectează formarea funinginei în motor, astfel încât conținutul acestuia în motorină este limitat la 0,01%.
După domeniul de aplicare Se disting următoarele DT-uri:
1) Combustibil marin cu vâscozitate scăzută (LMV).
2) DT pentru transport terestru greu (locomotive diesel, constructii, utilaje militare si agricole).
3) DT pentru autoturisme.
SMT este utilizat la motoarele vaselor maritime și fluviale. Producția sa este mai simplă și mai economică decât producția de motorină și, prin urmare, prețul este mai mic.
După conținutul de sulf motorina este împărțită în:
1) combustibil pentru motor cu conținut scăzut de sulf (marca TMML),
2) combustibil cu sulf.
TMML(interpretare: combustibil pentru motor cu o cantitate redusă de sulf) este o varietate de iarnă de SMT care prezintă performanțe mai bune la temperaturi scăzute.
TMML este mult mai popular decât omologul său care conține sulf datorită înăspririi constante a cerințelor de mediu. Emisiile de sulf provoacă daune ireparabile mediului înconjurător, motiv pentru care standardele internaționale înăsprește constant nivelurile de sulf din combustibil.
2.3. Combustibil de avion.
Combustibilul pentru reacție este utilizat în avioanele cu reacție și motoarele de rachetă. Ponderea sa în cantitatea de produse petroliere produse este de aproximativ 5%. Aceștia sunt combustibili monocomponent care ard complet fără fum sau funingine. Cerințele pentru combustibilul pentru avioane sunt dictate de parametrii de funcționare stricti ai motorului: nu conțin apă, hidrogen sulfurat, acizi, alcalii sau particule solide.
Introducere
Informații generale despre combustibil
Clasificarea combustibilului
Proprietățile combustibilului
Conceptul de combustibil convențional
Procese de ardere
Arderea combustibilului gazos
Arderea combustibilului solid
Arderea combustibilului lichid
Concluzie
Bibliografie
combustibil care arde volatil
Introducere
Rolul combustibilului în economia națională este mare și este în continuă creștere. Întreprinderile moderne de inginerie mecanică sunt cei mai mari consumatori de energie și resurse energetice, în special un tip de energie precum combustibilul. Combustibilul joacă un rol foarte important în viața umană, deoarece combustibilul satisface în mare măsură nevoile umane. De exemplu, gazul. Ne încălzim casele cu gaz și gătim alimente pe aragaz. Mulți șoferi trec de la benzină la benzină pentru că este mai ieftină. Combustibili solizi precum cărbunele și lemnul sunt, de asemenea, folosiți pentru încălzirea caselor, în principal cele rurale, și a băilor.
Principala sursă de combustibili lichizi este petrolul. Pentru o utilizare mai rațională, uleiul este distilat în componente separate (fracții). Pentru a face acest lucru, este încălzit la diferite temperaturi, iar vaporii rezultați în anumite limite de temperatură sunt răciți (condensați). În acest fel se produc diverse benzine, nafta, kerosen, motorină și păcură uzată, care sunt folosite în industrie.
Scopul acestui eseu este de a analiza esența combustibilului, varietățile acestuia, aplicarea acestuia și, de asemenea, să ia în considerare principalele procese de ardere a combustibililor lichizi, solizi și gazoși.
Informații generale despre combustibil
În prezent, principala sursă de energie de pe pământ este energia combustibilului chimic. Combustibilii fosili naturali reprezintă 70 până la 80% din toată energia consumată.
Combustibilul este o substanță care, atunci când este arsă, eliberează o cantitate semnificativă de căldură și este folosită ca sursă de energie. Combustibilul poate fi natural, găsit în natură, sau artificial, obținut prin prelucrarea combustibilului natural.
Combustibilul este format din părți inflamabile și neinflamabile. În combustibilul solid, partea combustibilă conține cinci elemente: carbon, hidrogen, sulf, oxigen și azot. Carbonul, hidrogenul și sulful combustibil participă la arderea combustibilului, iar azotul și oxigenul formează balastul părții combustibile (balast intern de combustibil). Partea incombustibilă (balast extern) include substanțe anorganice care se transformă în cenușă și umiditate după arderea combustibilului. Cenușa este un reziduu mineral obținut în timpul arderii complete a combustibilului. Compoziția sa include următorii oxizi: MgO, CaO, Na2O, K2O, FeO, Fe2O3 etc. Cenușa refractară (cu un punct de topire peste 1425 °C) este o masă în vrac ușor de îndepărtat, cenușă cu punct de topire scăzut (cu un punct de topire mai jos). 1200 °C) - reziduu solid (zgură) sub formă de masă lipicioasă continuă sau bucăți individuale. Umiditatea este împărțită în exterioară și internă. Umiditatea externă este rezultatul umidității din mediu care intră în combustibil. Umiditatea externă este îndepărtată prin uscarea combustibilului. Umiditatea internă este împărțită în higroscopică (fiind într-o stare adsorbită cu suprafața particulelor de combustibil) și hidratată (parte din moleculele anumitor compuși, adică legată chimic).
Combustibilii solizi și lichizi sunt un complex de compuși organici și minerali complecși și constau din părți combustibile și incombustibile.
Structura moleculară și chimică a părții combustibile nu a fost studiată suficient și până acum nu poate fi descifrată în detaliu. Ca urmare, compoziția chimică a părții combustibile este extrem de dificil de determinat. Structura și compușii chimici incluși în partea incombustibilă, dimpotrivă, au fost studiate suficient de detaliat.
Combustibilii organici solizi și lichizi se caracterizează prin compoziția lor elementară, care este reprezentată în mod convențional ca suma tuturor elementelor și compușilor chimici incluși în combustibil. Mai mult, conținutul lor este dat ca procent din masa a 1 kg de combustibil. Compoziția elementară nu oferă o idee despre structura moleculară și chimică a combustibilului. Pentru combustibilii solizi și lichizi, compoziția elementară poate fi scrisă după cum urmează:
C + H + Sл + O + N + A + W = 100%
Partea combustibilă a combustibilului include carbon, hidrogen și sulf (volatil). Sulful volatil Sl este sulf care face parte din compușii organici și din piritele de sulf FeS2.
Când se studiază proprietățile combustibililor solizi și lichizi, se disting masele lor de lucru, uscate, combustibile și organice. Compoziției fiecărei mase i se atribuie un indice corespunzător: de lucru - p, uscat - s, combustibil - g și organic - o.
Combustibilul în forma în care ajunge la consumator și este ars se numește lucru, iar masa și compoziția sa elementară se numesc masă de lucru și respectiv compoziție de lucru. Compoziția elementară a masei de lucru este scrisă după cum urmează:
Masa uscată de combustibil, spre deosebire de masa de lucru, nu conține umiditate și poate fi reprezentată prin egalitatea:
Conținutul de cenușă al combustibilului este întotdeauna verificat numai de greutatea uscată a combustibilului.
Compoziția combustibilă a combustibilului nu conține balast extern, adică umiditate și cenușă și poate fi scrisă după cum urmează:
Denumirea „masă combustibilă” este condiționată, deoarece singurele sale elemente cu adevărat combustibile sunt C, H și Sl. Compoziția masei combustibile a combustibilului fosil depinde de natura și condițiile de origine a combustibilului, precum și de vârsta sa geologică (adică, adâncimea transformărilor ireversibile care au avut loc în substanțele organice).
Conținutul de carbon din combustibilul solid crește odată cu vârsta geologică, iar conținutul de hidrogen scade De exemplu, conținutul de carbon din turbă este Cr = 50÷60%, în cărbune brun C = 60 ÷75%, în cărbune Sg = 75÷90%. Odată cu scăderea vârstei geologice, conținutul de reziduuri vegetale în combustibil crește.
În toate calculele de inginerie termică, compoziția combustibilului este luată în funcție de masa sa de lucru, care este cea mai completă caracteristică a stării combustibilului înainte de ardere.
Clasificarea combustibilului
În funcție de natura utilizării, combustibilul este împărțit în energie, tehnologic și complex. Recent, au recurs din ce în ce mai mult la utilizarea energetică integrată a combustibilului, a cărei esență este aceea că combustibilul este supus în prealabil unei prelucrări tehnologice pentru a izola substanțe valoroase din acesta, folosite ca materii prime pentru industria chimică. Produsul rezidual este utilizat ca combustibil energetic (în procesul de semi-cocsificare, prelucrare de șisturi bituminoase etc.)
În funcție de temperatura maximă obținută în timpul arderii complete, combustibilul poate avea o putere termică mare (mai mult de 2000 °C - gaze naturale, produse petroliere, cărbune) și o putere termică scăzută (sub 2000 °C - cărbune brun, turbă, lemn de foc) .
După starea lor de agregare, ele se împart în solide, lichide și gazoase. Combustibilul solid este format în principal din plante foarte organizate - lemn, frunze, ace de pin, etc. Părțile moarte ale plantelor foarte organizate sunt distruse de ciuperci cu acces liber la aer și se transformă în turbă - o masă liberă, vagă de humus, așa-numita acizi humici. Acumularea de turbă se transformă într-o masă maro, apoi în cărbune brun. Ulterior, sub influența presiunii înalte și a temperaturii ridicate, cărbunii bruni suferă transformări ulterioare, transformându-se în cărbuni tari și apoi în antracit. Combustibilii lichizi includ: produse petroliere produse prin distilarea țițeiului; creozotul, care este un produs al cocsării la temperatură joasă și al sublimării cărbunelui; uleiuri sintetice rezultate din lichefierea cărbunelui; alte tipuri de combustibil lichid, de exemplu, cele produse din plante (cartofi, rapiță etc.) Compoziția combustibilului gazos este exprimată prin conținutul de gaze individuale din acesta ca procent. Combustibilul gazos conține, de asemenea, atât partea sa combustibilă, cât și partea sa incombustibilă, care îi formează balastul.
Proprietățile combustibilului
1. Căldura de ardere
Cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a combustibilului solid, lichid sau gazos în condiții normale se numește putere calorică. Eliberarea de căldură în timpul arderii combustibilului se explică prin efectul termic al reacțiilor de ardere.
Nu toate componentele incluse în masa de lucru a combustibilului emit căldură în timpul arderii. Umiditatea din combustibil absoarbe căldură atunci când se transformă în abur; sulful, care face parte din sulfați, absoarbe și căldură în timpul disocierii lor. În mod convențional, se face distincția între limita cea mai înaltă a căldurii de ardere a combustibilului, dacă umiditatea din produsele de ardere este luată în considerare sub formă de lichid, și limita inferioară a căldurii de ardere, dacă umiditatea din produsele de ardere sunt luate în considerare ca abur.
Conținut de cenușă și umiditate
Cenușa și umiditatea reduc calitatea combustibilului și sunt impurități nedorite. Umiditatea reduce căldura de ardere și îngreunează aprinderea combustibilului; combustibilul umed este mai greu de transportat. Cenușa este o masă minerală. Poate fi conținut în substanța care a format combustibilul sau poate intra în el atunci când apare în intestinele pământului ca impuritate accidentală. De exemplu, cărbunii cu o structură poroasă, cum ar fi cărbunii bruni, conțin săruri cristalizate din apele subterane în porii lor. Cenușa previne arderea completă a combustibilului, formând un strat etanș pe suprafața bucăților de combustibil care arde. Dacă cenușa se topește, atunci bucățile sale sinterizate formează zgură, care împiedică arderea cocsului chiar mai mult decât reziduul de cenușă sfărâmicios.
Conținut de sulf
Sulful este o impuritate nedorită în combustibil, în ciuda faptului că, sub formă de pirite de sulf, îi crește căldura de ardere. Când sulful arde, se formează dioxid de sulf toxic, a cărui prezență în zona de lucru, chiar și în cantități mici, înrăutățește condițiile de lucru. Prezența dioxidului de sulf în mediu în timpul tratamentului termic înrăutățește calitatea produsului finit. Într-un mediu umed la temperaturi scăzute, dioxidul de sulf formează vapori de acid sulfuric, care provoacă coroziunea pieselor metalice ale instalațiilor termice.
Substanțe inflamabile volatile și reziduuri de cocs
Din combustibilul solid încălzit la o temperatură de 870-1070K fără acces la un oxidant, se eliberează substanțe gazoase-vapori, care se numesc volatile. Substanțele volatile sunt produsele de descompunere a substanțelor organice complexe conținute în masa organică a combustibilului. Compoziția substanțelor volatile include azot molecular N2, oxigen O2, hidrogen H2, monoxid de carbon CO, gaze de hidrocarburi CH4, C2H4 etc., precum și vapori de apă formați din umiditatea conținută în combustibil.
Compoziția chimică a substanțelor volatile depinde de condițiile procesului de încălzire a combustibilului. Suma substanțelor volatile este desemnată V și se referă numai la masa combustibilă.
Reziduul solid care se obține după încălzirea combustibilului (fără acces la oxidant) și eliberarea de substanțe volatile se numește cocs. Cocs conține carbon rezidual și cenușă. În funcție de condițiile de încălzire, pe lângă cenușă, reziduul solid poate conține unele dintre elementele (C, N, Bl, N) care fac parte din compuși organici complecși, a căror descompunere termică necesită o temperatură mai mare. În acest caz, reziduul solid se numește char.
După proprietățile sale mecanice, reziduul solid (cocs) poate fi pulbere, ușor copt sau aglomerat. Proprietatea unor cărbuni (cocsificare) de a produce cocs sinterizat, rezistent din punct de vedere mecanic, este folosită pentru a produce cocs metalurgic utilizat în procesul de furnal.
Conceptul de combustibil convențional
Combustibilul convențional este un concept introdus pentru o comparație mai convenabilă a tipurilor individuale de combustibil, însumându-le și stabilind înlocuirea cantitativă a unui tip de combustibil cu altul.
Ca unitate de combustibil standard, se ia 1 kg de combustibil cu o putere calorică de 7000 kcal/kg (29,3 MJ/kg). Relația dintre combustibilul convențional și combustibilul natural este exprimată prin formula:
unde By este masa cantității echivalente de combustibil standard, kg;
Vn - masa combustibilului natural, kg (combustibil solid și lichid) sau m3 (gazos);
Puterea calorică mai mică a unui combustibil natural dat, kcal/kg sau kcal/m3;
Echivalent caloric.
Conversia cantității de combustibil de un anumit tip într-unul standard se realizează folosind un coeficient egal cu raportul dintre conținutul de căldură al 1 kg de combustibil de un anumit tip și conținutul de căldură al 1 kg de combustibil standard.
Valoarea E se ia astfel: pentru ulei 1,4; cocs 0,93; turbă 0,4; gaze naturale 1.2.
Utilizarea combustibilului de referință este deosebit de convenabilă pentru compararea eficienței diferitelor centrale termice. De exemplu, în sectorul energetic este utilizată următoarea caracteristică - cantitatea de combustibil echivalent cheltuită pentru generarea unei unități de energie electrică. Această valoare de g, exprimată în g de combustibil standard la 1 kW × h de energie electrică este legată de randamentul instalației prin raportul:
Reducerea tuturor tipurilor de combustibil la echivalentul convențional sau la petrol face posibilă compararea indicatorilor tehnici și economici ai funcționării instalațiilor consumatoare de combustibil care utilizează diferite tipuri de combustibil. În plus, acest lucru face posibilă compararea rezervelor și a producției de diferite tipuri de combustibil, ținând cont de valoarea lor energetică. De asemenea, folosind combustibil standard, puteți crea un bilanț de combustibil sau balanța energetică totală a unei industrii, a unei țări și a lumii în ansamblu.
Procese de ardere
Procesul de ardere a combustibilului constă în arderea produselor intermediare ai descompunerii acestuia: substanțe combustibile volatile și un reziduu solid - cocs. Mai întâi ard volatilele, apoi coca-cola. Arderea substanțelor volatile este precedată de descompunerea lor atunci când sunt încălzite în substanțe și mai simple, care ard cu o flacără în camera de ardere deasupra stratului de combustibil atunci când interacționează cu oxigenul din aer. O creștere a concentrației de oxigen în aer, o bună amestecare a substanțelor volatile cu acesta, îndepărtarea în timp util a produselor de combustie - toate acestea ajută la accelerarea procesului de ardere a substanțelor volatile.
Arderea combustibilului este o reacție chimică a combinației de elemente combustibile combustibile cu un oxidant la temperatură ridicată, însoțită de degajare intensă de căldură. Oxigenul este folosit ca agent oxidant. Se știe că la temperaturi scăzute prezența combustibilului și a oxidantului nu asigură combinația lor chimică, numită ardere. Arderea începe numai după ce particulele s-au încălzit la o temperatură care le oferă o energie de activare E suficientă pentru a intra într-o reacție.
Arderea este în principal un proces chimic, deoarece... ca urmare a aparitiei sale apar modificari calitative in compozitia maselor de reactie. Dar, în același timp, reacția chimică de combustie este însoțită de diverse fenomene fizice: transfer de căldură, transfer de difuzie al maselor reacționale etc. Timpul de ardere a combustibilului constă din timpul de combustie fizică ( ) și procese chimice ():
= .
Timpul necesar pentru ca procesele fizice să aibă loc constă în timpul necesar amestecării combustibilului cu oxidantul ( ) și timpul în care amestecul combustibil-aer este încălzit la temperatura de aprindere (tn):
tPHYS = tSM + tH
Timpul de ardere (tGOR) este determinat de viteza celui mai lent proces.
Arderea combustibilului gazos
Procesul de ardere al combustibilului gazos este omogen, adică atât combustibilul, cât și oxidantul sunt în aceeași stare de agregare și nu există o limită de fază. Pentru ca arderea să înceapă, gazul trebuie să intre în contact cu oxidant. În prezența unui oxidant, trebuie create anumite condiții pentru ca arderea să înceapă. Oxidarea componentelor inflamabile este posibilă și la temperaturi relativ scăzute. În aceste condiții, vitezele reacțiilor chimice sunt nesemnificative. Pe măsură ce temperatura crește, viteza reacțiilor crește. Când se atinge o anumită temperatură, amestecul gaz-aer se aprinde, vitezele de reacție cresc brusc și cantitatea de căldură devine suficientă pentru a menține spontan arderea. Temperatura minimă la care amestecul se aprinde se numește temperatură de aprindere. Valoarea acestei temperaturi pentru diferite gaze nu este aceeași și depinde de proprietățile termofizice ale gazelor combustibile, conținutul de combustibil din amestec, condițiile de aprindere, condițiile de îndepărtare a căldurii în fiecare dispozitiv specific etc. De exemplu, temperatura de aprindere a hidrogenul este în intervalul 820-870 K, iar monoxidul de carbon și metanul - 870-930 și, respectiv, 1020-1070 K.
Gazul combustibil amestecat cu oxidant arde într-o torță. O torță este un anumit volum de gaze în mișcare în care au loc procesele de ardere. În conformitate cu principiile generale ale teoriei arderii, se disting două metode fundamental diferite de ardere a gazului într-o torță: cinetică și difuzie. Arderea cinetică se caracterizează prin amestecarea preliminară (înainte de ardere) a gazului cu oxidant. Gazul și oxidantul sunt mai întâi furnizate dispozitivului de amestecare a arzătorului. Amestecul este ars în afara mixerului. În acest caz, viteza procesului va fi limitată de viteza reacțiilor de combustie chimică.
Arderea prin difuzie are loc în timpul procesului de amestecare a gazului combustibil cu aer. Gazul intră în volumul de lucru separat de aer. Viteza procesului în acest caz va fi limitată de viteza de amestecare a gazului cu aerul.
Un tip de ardere prin difuzie este arderea mixtă (difuziune-cinetică). Gazul este preamestecat cu puțin aer. Acest aer se numește primar. Amestecul rezultat este introdus în volumul de lucru. Restul aerului (aerul secundar) intră acolo separat de acesta.
În cuptoarele unităților de cazane, principiile cinetice și mixte ale arderii combustibilului sunt mai des utilizate. Metoda difuziei este utilizată cel mai adesea în cuptoarele industriale tehnologice.
Arderea gazelor are loc într-o zonă îngustă numită front de ardere. Gazul, preamestecat cu oxidant, arde într-un front de ardere, care se numește cinetic. Acest front reprezintă interfața dintre amestecul de gaz proaspăt-aer și produsele de ardere. Suprafața frontului de ardere cinetică este determinată de viteza reacțiilor chimice.
În cazul arderii prin difuzie a gazului, se formează un front de ardere prin difuzie, care este interfața dintre produsele de ardere și un amestec de gaz cu produșii de ardere care se difuzează spre fluxul de gaz. Suprafața acestui front este determinată de viteza de amestecare a gazului cu oxidant.
Cea mai importantă caracteristică a arderii combustibilului gazos este viteza de propagare normală a flăcării - viteza cu care frontul de ardere se mișcă normal pe suprafața sa în direcția amestecului gaz-aer care se apropie. Principalii factori de care depinde viteza normală de propagare a flăcării sunt reactivitatea gazului, concentrația acestuia în amestec și temperatura de preîncălzire a amestecului.
O altă caracteristică importantă a arderii amestecurilor gaz-aer este prezența limitelor de concentrație. Există limite de inflamabilitate a concentrației inferioare (LEL) și superioare (UEL). Arderea gazului se oprește dacă concentrația acestuia în amestec este mai mică decât concentrația la LEL sau mai mare decât concentrația la ERV. Acest lucru se datorează faptului că la concentrații scăzute de gaz, căldura devine în mod clar insuficientă pentru a menține reacția. La concentrații mari de gaz, există o lipsă de oxidant, ceea ce duce și la o scădere a cantității de căldură și la o scădere a temperaturii în frontul de ardere sub temperatura de aprindere.
Arderea combustibilului solid
Procesul de ardere constă din următoarele etape:
Uscarea combustibilului și încălzirea acestuia la temperatura la care încep să se elibereze substanțele volatile;
Aprinderea substanțelor volatile și arderea acestora;
Încălzirea cocsului până se aprinde;
Arderea substanțelor inflamabile din cocs.
Dintre toate aceste etape, cea decisivă este etapa de ardere a reziduului de cocs, adică etapa de ardere a carbonului, a cărei intensitate determină intensitatea arderii combustibilului și gazeificarea în ansamblu. Rolul decisiv al arderii carbonului este explicat astfel.
În primul rând, carbonul solid conținut în combustibil este principala componentă combustibilă a aproape tuturor combustibililor solizi naturali. De exemplu, căldura de ardere a reziduului de cocs antracit este de 95% din căldura de ardere a masei combustibile. Odată cu creșterea randamentului de substanțe volatile, ponderea căldurii de ardere a reziduului de cocs scade și în cazul turbei se ridică la 40,5% din căldura de ardere a masei combustibile.
În al doilea rând, etapa de ardere a reziduului de cocs se dovedește a fi cea mai lungă dintre toate etapele și poate dura până la 90% din timpul total necesar arderii.
Și în al treilea rând, procesul de ardere a cocsului este crucial în crearea condițiilor termice pentru apariția altor etape. În consecință, baza construirii corecte a unei metode tehnologice de ardere a combustibililor solizi este crearea condițiilor optime pentru procesul de ardere a carbonului.
Arderea combustibilului lichid
Fiecare combustibil lichid, la fel ca orice substanță lichidă, la o anumită temperatură are o anumită presiune a vaporilor deasupra suprafeței sale, care crește odată cu creșterea temperaturii.
Metoda de ardere a combustibilului lichid în stare atomizată are cea mai mare aplicație practică. Atomizarea combustibilului face posibilă accelerarea semnificativă a arderii acestuia și obținerea unor solicitări termice mari în volumele camerei de ardere datorită creșterii suprafeței de contact dintre combustibil și oxidant.
Punctul de fierbere al combustibililor lichizi este întotdeauna mai mic decât temperatura lor de autoaprindere, adică temperatura minimă a mediului din care combustibilul se aprinde și apoi arde fără o sursă de căldură externă. Această temperatură este mai mare decât temperatura de aprindere, la care combustibilul arde numai în prezența unei surse externe de aprindere (scânteie, bobină fierbinte etc.). Ca urmare, în prezența unui oxidant, arderea combustibililor lichizi este posibilă numai în stare de vapori. Această împrejurare este esențială pentru înțelegerea mecanismului procesului de ardere a combustibilului lichid. Acest proces poate fi împărțit în următoarele etape:
Încălzirea și evaporarea combustibilului;
Formarea unui amestec inflamabil (amestecarea vaporilor de combustibil cu un oxidant);
Aprinderea unui amestec inflamabil;
Arderea amestecului.
O picătură de combustibil lichid care intră într-un volum încălzit, a cărui temperatură este peste temperatura de autoaprindere, începe să se evapore parțial. Vaporii de combustibil se amestecă cu aerul pentru a forma un amestec abur-aer. Aprinderea are loc în momentul în care concentrația vaporilor din amestec atinge o valoare care depășește valoarea acesteia la limita inferioară a concentrației de aprindere. Arderea este apoi menținută spontan de căldura primită de picătură de la arderea amestecului combustibil. Începând din momentul aprinderii, viteza procesului de evaporare crește, deoarece temperatura de ardere a amestecului combustibil abur-aer depășește semnificativ temperatura inițială a volumului în care este introdus combustibilul atomizat.
Când un combustibil lichid cu suprafața liberă este aprins, vaporii acestuia conținuti în spațiul de deasupra suprafeței se aprind, formând o torță aprinsă. Datorită căldurii emise de torță, evaporarea crește brusc. Într-o stare constantă de schimb de căldură între torță și oglinda lichidă, cantitatea de combustibil care se evaporă și, prin urmare, arde, atinge valoarea maximă și apoi rămâne constantă în timp.
Temperatura unui combustibil lichid la care vaporii deasupra suprafeței sale formează un amestec cu aerul care se poate aprinde atunci când se aplică o sursă de aprindere se numește punct de aprindere.
Deoarece combustibilii lichizi ard în faza de vapori, în stare de echilibru viteza de ardere este determinată de viteza de evaporare a lichidului din oglinda acestuia.
Procesul de ardere a combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă are loc după cum urmează. Într-un mod de ardere în stare staționară, combustibilul lichid se evaporă din cauza căldurii emise de lanternă. Aerul din spațiul înconjurător pătrunde în fluxul ascendent de combustibil, care se află în faza de vapori, prin difuzie. Amestecul astfel obținut formează o torță aprinsă sub formă de con, distanțată la 0,5-1 mm de oglinda de evaporare. Arderea constantă are loc pe suprafața unde amestecul atinge o proporție corespunzătoare raportului stoechiometric dintre combustibil și aer. Această ipoteză rezultă din aceleași considerații ca și în cazul arderii gazelor de difuzie. Reacția chimică are loc într-un strat foarte subțire al frontului de flăcări, a cărui grosime nu depășește câteva fracțiuni de milimetru. Volumul ocupat de torță și zona de ardere este împărțit în două părți: în interiorul pistoletului există vapori de lichid inflamabil și produse de ardere, iar în afara zonei de ardere există un amestec de produse de ardere cu aer.
Arderea vaporilor de combustibil lichid care se ridică în interiorul pistoletului poate fi reprezentată ca fiind formată din două etape: alimentarea prin difuzie a oxigenului în zona de ardere și reacția chimică însăși care are loc în frontul de flăcări. Vitezele acestor două etape nu sunt aceleași: reacția chimică la temperaturi ridicate are loc foarte rapid, în timp ce furnizarea de oxigen prin difuzie este un proces lent, limitând viteza totală de ardere. În consecință, în acest caz, arderea are loc în regiunea de difuzie, iar viteza de ardere este determinată de viteza de difuzie a oxigenului în zona de ardere. Deoarece condițiile pentru furnizarea de oxigen în zona de ardere în timpul arderii diferiților combustibili lichizi de pe suprafața liberă sunt aproximativ aceleași, ar trebui de așteptat ca viteza de ardere a acestora în raport cu frontul flăcării, adică la suprafața laterală. de torță, ar trebui să fie, de asemenea, la fel. Cu cât rata de evaporare este mai mare, cu atât lungimea pistoletului este mai mare.
O caracteristică specifică a arderii combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă este o subardere chimică mare. Arderea chimică insuficientă este în primul rând o consecință a lipsei generale sau locale de aer în zona de ardere. Fiecare combustibil, care este un compus de carbon atunci când este ars de pe o suprafață liberă, are propria sa valoare chimică de subcombustie, care este, %:
pentru alcool......... 5.3
pentru kerosen........ 17.7
pentru benzină........ 12.7
pentru benzen......... 18,5.
Tabloul apariției subcombustiei chimice poate fi prezentat astfel: hidrocarburile vaporoase, atunci când se deplasează în interiorul unei torțe în formă de con spre frontul de flăcări, în timp ce se află în zona temperaturilor ridicate în absența oxigenului, suferă descompunere termică până la formarea carbon și hidrogen liber.
Strălucirea flăcării este cauzată de prezența particulelor de carbon libere în ea. Acestea din urmă, încălzite din cauza căldurii generate în timpul arderii, emit lumină mai mult sau mai puțin strălucitoare. O parte din carbonul liber nu are timp să ardă și este transportat sub formă de funingine de către produsele de ardere, formând o torță fumurie. În plus, prezența carbonului determină formarea de CO. Temperatura ridicată și presiunea parțială scăzută a CO și CO2 în produsele de ardere favorizează formarea CO. Cantitățile de carbon și CO prezente în produsele de ardere determină cantitatea de subcombustie chimică. Cu cât este mai mare conținutul de carbon în combustibilul lichid și cu cât acesta este mai puțin saturat cu hidrogen, cu atât este mai mare formarea de carbon pur, cu atât mai strălucitoare este pistoletul, cu atât este mai mare arderea chimică.
Astfel, studiile privind arderea combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă au arătat că:
Arderea combustibililor lichizi are loc după evaporarea lor în faza de vapori. Viteza de ardere a combustibililor lichizi de pe suprafața liberă este determinată de viteza de evaporare a acestora datorită căldurii emise de zona de ardere, în stare constantă de schimb de căldură între torță și oglinda de evaporare;
Viteza de ardere a combustibililor lichizi de pe suprafața liberă crește odată cu creșterea temperaturii de încălzire a acestora, odată cu trecerea la combustibili cu o intensitate mai mare de radiație a zonei de ardere, căldură de vaporizare și capacitate termică mai scăzută și nu depinde de dimensiunea și forma. a oglinzii de evaporare;
Intensitatea radiației din zona de ardere pe oglinda de evaporare care arde de pe suprafața liberă a combustibilului lichid depinde numai de proprietățile fizico-chimice ale acestuia și este o constantă caracteristică pentru fiecare combustibil lichid;
Stresul termic al frontului de difuzie deasupra suprafeței de evaporare a combustibilului lichid practic nu depinde de diametrul creuzetului și de tipul de combustibil;
Arderea combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă se caracterizează printr-o subcombustie chimică crescută, a cărei amploare este caracteristică fiecărui combustibil.
Tinand cont de faptul ca arderea combustibililor lichizi are loc in faza de vapori, procesul de ardere a unei picaturi de combustibil lichid poate fi reprezentat astfel. O picătură de combustibil lichid este înconjurată de o atmosferă saturată cu vapori ai acestui combustibil. O zonă de ardere este stabilită în apropierea picăturii de-a lungul suprafeței sferice. Reacția chimică a amestecului de vapori de combustibil lichid cu oxidantul are loc foarte rapid, astfel încât zona de ardere este foarte subțire. Viteza de ardere este determinată de cea mai lentă etapă - viteza de evaporare a combustibilului. În spațiul dintre picătură și zona de ardere există vapori de combustibil lichid și produse de ardere. În spațiul din afara zonei de ardere există aer și produse de ardere. Vaporii de combustibil difuzează în zona de ardere din interior, iar oxigenul difuzează din exterior. Aici aceste componente ale amestecului intră într-o reacție chimică, care este însoțită de eliberarea de căldură. Din zona de ardere, căldura este transferată spre exterior și către picătură, iar produsele de ardere difuzează în spațiul înconjurător și în spațiul dintre zona de ardere și picătură. Cu toate acestea, mecanismul transferului de căldură nu pare încă clar.
O serie de cercetători cred că evaporarea unei picături arzătoare are loc datorită transferului molecular de căldură printr-o peliculă limită stagnantă la suprafața picăturii.
Pe măsură ce picătura se arde din cauza scăderii suprafeței, evaporarea totală scade, zona de ardere se îngustează și dispare când picătura este complet arsă.
Așa are loc procesul de ardere a unei picături de combustibil lichid complet evaporat, fiind în repaus în mediu sau deplasându-se cu acesta cu aceeași viteză.
Cantitatea de oxigen care se difuzează pe suprafața sferică, celelalte lucruri fiind egale, este proporțională cu pătratul diametrului său, prin urmare, stabilirea unei zone de ardere la o anumită distanță de picătură determină o viteză mai mare a arderii acesteia comparativ cu aceeași particulă de solid. combustibil, în timpul arderii căruia reacția chimică are loc practic pe suprafața însăși.
Viteza de ardere a unei picături de combustibil lichid este determinată de rata de evaporare, iar timpul de ardere al acesteia poate fi calculat pe baza ecuației de echilibru termic pentru evaporarea sa datorită căldurii primite din zona de ardere.
Astfel, procesul de ardere a combustibilului lichid poate fi împărțit în următoarele faze:
pulverizare de combustibil lichid;
evaporarea și formarea unui amestec gaz-aer;
aprinderea amestecului inflamabil și arderea acestuia din urmă.
Temperatura și concentrația amestecului gaz-aer variază pe secțiunea transversală a jetului. Pe măsură ce vă apropiați de limita exterioară a jetului, temperatura crește și concentrația componentelor amestecului combustibil scade. Viteza de propagare a flăcării într-un amestec abur-aer depinde de compoziție, concentrație și temperatură și atinge valoarea maximă în straturile exterioare ale jetului, unde temperatura este apropiată de temperatura gazelor de ardere din jur, în ciuda faptului că aici amestecul combustibil este puternic diluat cu produse de ardere. Prin urmare, aprinderea într-o flacără de ulei începe la rădăcină de la periferie și apoi se răspândește adânc în jet pe toată secțiunea transversală, ajungând pe axa acesteia la o distanță semnificativă de duză, egală cu mișcarea jetului central în timp. de propagare a flăcării de la periferie spre axă. Zona de aprindere ia forma unui con alungit, a cărui bază este situată la mică distanță de secțiunea de ieșire a ambazurei arzătorului.
Poziția zonei de aprindere depinde de viteza amestecului; zona ocupa o pozitie in care in toate punctele sale se stabileste un echilibru intre viteza de propagare a flacarii si viteza de miscare. Jeturile centrale, care au cea mai mare viteză, se atenuează pe măsură ce se deplasează prin spațiul de ardere, determinând lungimea zonei de aprindere de locul în care viteza scade la valoarea absolută a vitezei de propagare a flăcării.
Arderea părții principale a hidrocarburilor vaporoase are loc în zona de aprindere, care ocupă stratul exterior al pistolului de grosime mică. Arderea hidrocarburilor cu greutate moleculară mare, funingine, carbon liber și picături de combustibil lichid neevaporat continuă dincolo de zona de aprindere și necesită un anumit spațiu, determinând lungimea totală a pistoletului.
Zona de aprindere împarte spațiul ocupat de lanternă în două zone: interioară și externă. În regiunea internă are loc procesul de evaporare și formare a unui amestec inflamabil.
În regiunea internă, hidrocarburile vaporoase sunt supuse încălzirii, care este însoțită de oxidare și scindare. Procesul de oxidare începe la temperaturi relativ scăzute - aproximativ 200-300°C. La temperaturi de 350-400°C și peste, are loc procesul de scindare termică.
Procesul de oxidare a hidrocarburilor favorizează procesul de ardere ulterior, deoarece aceasta eliberează o anumită cantitate de căldură și crește temperatura, iar prezența oxigenului în compoziția hidrocarburilor favorizează oxidarea ulterioară a acestora. Dimpotrivă, procesul de descompunere termică este nedorit, deoarece hidrocarburile cu greutate moleculară mare formate în acest proces sunt greu de ardat.
Dintre combustibilii petrolieri, numai păcura este folosită în sectorul energetic. Pacura este un reziduu din distilarea uleiului la o temperatura de aproximativ 300°C, dar datorita faptului ca procesul de distilare nu are loc complet, pacura la temperaturi sub 300°C elibereaza totusi o anumita cantitate de vapori mai usori. Prin urmare, atunci când un jet de păcură pulverizat intră în cuptor și este încălzit treptat, o parte din acesta se transformă în vapori, iar unele pot fi încă în stare lichidă chiar și la o temperatură de aproximativ 400°C.
Prin urmare, atunci când ardeți păcură, este necesar să se promoveze apariția reacțiilor oxidative și să se prevină în orice mod posibil descompunerea termică la temperaturi ridicate. Pentru a face acest lucru, tot aerul necesar arderii ar trebui să fie furnizat la rădăcina torței. În acest caz, prezența unei cantități mari de oxigen în regiunea internă va favoriza, pe de o parte, procesele oxidative, iar pe de altă parte, va scădea temperatura, ceea ce va determina scindarea moleculelor de hidrocarburi mai simetric, fără formarea de o cantitate semnificativă de hidrocarburi cu greutate moleculară mare greu de ars.
Amestecul rezultat din arderea păcurului conține abur și hidrocarburi gazoase, precum și compuși solizi formați ca urmare a defalcării hidrocarburilor (adică, toate cele trei faze - gazoasă, lichidă și solidă). Vaporii și hidrocarburile gazoase, atunci când sunt amestecate cu aer, formează un amestec inflamabil, a cărui combustie poate avea loc prin toate metodele posibile de ardere a gazelor. CO format în timpul arderii picăturilor de lichid și a cocsului arde în mod similar.
Într-o torță, picăturile sunt aprinse din cauza încălzirii convective; În jurul fiecărei picături se stabilește o zonă de ardere. Arderea unei picături este însoțită de subardere chimică sub formă de funingine și CO. Picăturile de hidrocarburi cu molecul mare, atunci când sunt arse, produc un reziduu solid - cocs.
Compușii solizi formați în torță - funingine și cocs - ard în același mod în care are loc arderea eterogenă a particulelor de combustibil solid. Prezența particulelor de funingine încălzite face ca lanterna să strălucească.
Hidrocarburile libere și funinginea într-un mediu cu temperatură ridicată pot arde dacă există suficient aer. În cazul unei lipse locale de aer sau a unei temperaturi insuficient de ridicate, acestea nu ard complet cu o anumită incompletitudine chimică a arderii, înnegrind produsele de ardere - o torță fumurie.
Subarderea chimică, caracteristică arderii combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă la arderea lor într-o torță, poate și trebuie redusă la aproape zero prin măsuri de regim adecvate.
Astfel, pentru a intensifica arderea păcurului, este necesară o bună atomizare. Preîncălzirea aerului și a păcurului promovează gazeificarea păcurului, prin urmare va favoriza aprinderea și arderea. Tot aerul necesar arderii ar trebui să fie furnizat la rădăcina pistoletului. Temperatura din flacara trebuie mentinuta la un nivel suficient de ridicat si, pentru a asigura finalizarea intensiva a procesului de ardere la sfarsitul flacarii, aceasta nu trebuie sa fie mai mica de 1000-1050°C.
Concluzie
Pe baza celor de mai sus se pot trage următoarele concluzii. Combustibilul este o substanță care, atunci când este arsă, eliberează căldură din care se poate obține energie. Combustibilul poate fi în trei stări fizice: solid, lichid și gazos, fiecare putând avea propria sa compoziție moleculară. Procesul de ardere pentru aceste tipuri de combustibil are loc diferit. Astfel, la combustibilii solizi, procesul de ardere trece prin următoarele etape: uscarea combustibilului și încălzirea la temperatura la care încep să apară substanțele volatile; aprinderea substanțelor volatile și arderea acestora; încălzirea cocsului până se aprinde; arderea substanțelor inflamabile din cocs. Ultima etapă este cea principală, deoarece determină intensitatea arderii combustibilului și a gazeificării în ansamblu.
Combustibilul lichid este de obicei ars în stare atomizată. Atomizarea combustibilului face posibilă accelerarea semnificativă a arderii acestuia și obținerea unor solicitări termice mari în volumele camerei de ardere datorită creșterii suprafeței de contact dintre combustibil și oxidant. Arderea combustibililor lichizi are loc după evaporarea lor în faza de vapori. Viteza de ardere a combustibililor lichizi de pe suprafața liberă crește odată cu creșterea temperaturii de încălzire a acestora.
Arderea gazelor se realizează în camera de ardere, unde amestecul combustibil este alimentat prin arzătoare. În spațiul de ardere, ca urmare a unor procese fizice și chimice complexe, se formează un flux de gaz care arde, numit torță. În funcție de metoda de alimentare a aerului necesar arderii, sunt posibile următoarele tipuri de ardere a gazelor: arderea unui amestec omogen de gaze, atunci când se arde un amestec de gaze combustibile prepreparat; arderea prin difuzie a gazelor, atunci când gazul și aerul sunt furnizate separat; arderea unui amestec de gaze cu o cantitate insuficientă de aer, atunci când gazul este furnizat amestecat cu aer, dar cantitatea acestuia din urmă nu este suficientă pentru arderea completă.
Arderea tuturor tipurilor de combustibili produce energie termică, care poate fi utilă în toate industriile, dar duce și la consecințe negative, deoarece în timpul arderii sunt eliberate substanțe nocive în atmosferă.
De asemenea, merită remarcat combustibilul de referință, care vă permite să comparați valoarea termică a diferitelor tipuri de combustibili fosili.
Bibliografie
1. Optimizarea aprovizionării cu gaze urbane (Lyaukonis A. Yu.) Referent: Doctor în Inginerie. științe, prof. A. Yu. Garlyauskas L.: Nedra, 1989
Echipament termic, Tsypkov V.Sh. Fokin K.F.; Moscova „Stroyizdat”, 1973
Resursa de internet: www.knowhouse.ru
Resursa de internet: www.belenergetics.ru
Resursa de internet: www.xumuk.ru/teplotehnika/051
Resursa de internet: www.bibliotekar.ru/spravochnik-4/27
Îndrumare
Ai nevoie de ajutor pentru a studia un subiect?
Specialiștii noștri vă vor consilia sau vă vor oferi servicii de îndrumare pe teme care vă interesează.
Trimiteți cererea dvs indicând subiectul chiar acum pentru a afla despre posibilitatea de a obține o consultație.