Основные характеристики твердого топлива

Основные технические характеристики газа

Основные технические характеристики мазута

Основные технические характеристики топлив

Вязкость. Кактехническая характеристика вязкость является важнейшим показателем качества мазута и положена в основу маркировки мазута. В соответствии с ГОСТ мазуты разделяются на легкие, средние и тяжелые топлива. К легким относятся флотские мазуты (Ф5 и Ф12), а средние и тяжелые мазуты являются топочными. Топочные мазуты в зависимости от их вязкости и других характеристик разделяются на марки: с государственным Знаком качества 40 В и 100 В и топочные 40 и 100. Мазуты марок 100 В и 100 являются тяжелыми.

Вязкость мазутов выражают в единицах кинематической вязкости (в сантистоксах – сСт) или в градусах условной вязкости (°ВУ), которая определяется как отношение времени истечения из вискозиметра Энглера типа ВУ 200 мл испытуемого нефтяного топлива (мазута) при стандартной температуре (для тяжелых мазутов – 80 °С) ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 °С.

Значение этого отношения выражают числом условных градусов.

Для нормального транспорта по трубопроводам и тонкого распыливания мазута в механических форсунках необходимо поддерживать его вязкость на уровне 2-3,5 °ВУ.

Вязкость мазута сильно зависит от температуры. Изменение вязкости мазутов с температурой определяется присутствием в них углеводородов парафинового ряда. Для транспорта мазута по трубопроводам и нормальной работы мазутных насосов его температура должна поддерживаться около 60-70 °С.

Реологические свойства. При невысокой температуре (10 – 25 °С) сильно вязкий мазут обладает свойством налипать на стенки емкостей, труб, аппаратуры и прочно удерживаться на них тем большим слоем, чем ниже температура. Это явление определяется реологическим свойством мазута, т.е. способностью перестройки структуры углеводородных молекул с температурой. При нагреве мазута до 70 °С и выше он не налипает на стенки.

Плотность. Обычно пользуются относительной плотностью мазутов (плотностью по отношению к плотности воды при температуре 20 °С). Она составляет ₂₀ = 0,99 ÷ 1,06. С повышением температуры относительная плотность мазутов уменьшается и может быть определена по формуле:

,

где _t, ₂₀ – относительная плотность мазута при определяемой температуре и температуре 20 °С. -коэффициент объемного расширения топлива при нагреве на 1 °С; для мазута = (5,1 ÷ 5,3) 10^-4.

Зольность. При переработке нефти содержащиеся в ней минеральные примеси концентрируются в основном в тяжелых фракциях, главным образом в мазуте. Золовой остаток после сжигания мазута невелик и составляет на сухую массу не более 0,1 %. Особенностью золы мазута является наличие в ней ванадия, содержание которого может достигать 50 % и более.

Влажность. Содержание воды в мазуте не превосходит норм, предусмотренных ГОСТ, и обычно составляет 1 – 3 %. Значительное его обводнение (до 10 – 15 %) может происходить в процессе разогрева мазута перед сливом из цистерн за счет конденсации пара низкого давления. Влага в небольшом количестве способствует распылу мазута и улучшает характеристики воспламенения. При повышенном содержании влаги растет опасность коррозионных процессов в конвективных поверхностях нагрева и увеличиваются потери теплоты с продуктами сгорания.

Сернистость. Нефть и твердое топливо содержат серу в виде сложных серосодержащих соединений. При переработке нефти подавляющая часть сернистых соединений (70 – 90 %) концентрируется в высококипящих фракциях, составляющих основную часть мазута. В процессе сжигания мазута и твердого топлива сера окисляется до SO₂ и небольшая ее часть при избытке кислорода в зоне горения образует полный окисел SO₃, создающий коррозионную среду для низкотемпературных поверхностей нагрева. Количество серы в мазуте (S^P = 0,5 ÷ 3,5 %) находится на уровне твердого топлива, но коррозионная опасность газовой среды после сжигания мазута в несколько раз выше. Это определяется тем, что твердое топливо содержит в золе компоненты, обладающие способностью нейтрализации кислых сред.

Мазут всех марок по содержанию серы делят: на малосернистый – содержание серы не более 0,5 %; сернистый – 0,6 ÷ 1,0 %; высокосернистый – 1,1 ÷ 3,5 %.

Температура застывания. Согласно ГОСТ за температуру застывания принимают температуру нефтепродукта, при которой он загустевает настолько, что в пробирке при ее наклоне под углом 45 °С остается неподвижным в течение 1 мин. Высокой температурой застывания (25-35 °С) характеризуются высокосернистые мазуты с большим содержанием парафинов (марок М-100 и М-100 В). Температура застывания оказывает непосредственное влияние на выбор технологической схемы хранения мазута и его транспорта.

Температура вспышки. За температуру вспышки принимают температуру, при которой пары мазута в смеси с воздухом вспыхивают при контакте с открытым пламенем. Мазут, сжигаемый на электрических станциях, имеет температуру вспышки 90 – 140 °С, у парафинистых мазутов она может снизиться до 60 °С, у сырой нефти составляет 20-40 °С. Во избежание пожара температура подогрева мазута в открытых системах должна быть ниже температуры вспышки и не выше 95 °С во избежание вскипания влаги, находящейся в толще мазута.

Основными техническими характеристиками природного газа является плотность, взрываемость и токсичность.

Плотность. Почти все виды газового топлива легче воздуха, поэтому при утечке газ скапливается под перекрытиями. В целях безопасности перед пуском парового котла обязательно проверяют отсутствие газа в наиболее вероятных местах его скопления. Для сопоставления различных газов между собой также используют понятие относительной плотности газа, представляющее собой отношение плотности газа при нормальных условиях (0 °С, 1015 Па) к аналогичной плотности воздуха:

,

где , - плотность газа и воздуха при нормальных условиях, кг/м³.

Взрываемость. Смесь горючего газа с воздухом в определенной пропорции при наличии огня или даже искры может взорваться, т.е. происходит процесс его воспламенения и сгорания со скоростью, близкой к скорости распространения звука. Взрывоопасные концентрации горючего газа в воздухе зависят от химического состава и свойства газа. При концентрациях меньше нижнего предела воспламенения газовоздушная смесь не горит. При концентрациях газа в воздухе, превышающих верхний предел, газ горит без взрыва.

Токсичность. Под токсичностью понимают способность газа вызывать отравление живых организмов. Наиболее опасными в этом отношении компонентами газа являются окись углерода СО и сероводород Н₂S.

Поскольку в природном газе все его компоненты перемешены равномерно, то концентрацию в воздухе вредных газов можно определить по присутствию метана, процентное содержание которого устанавливают прибором – метаномером. Одновременно определяется и вероятность взрывоопасной ситуации. Почти все природные газы совсем не имеют запаха. До поступления в магистральные газопроводы газ проходит переработку на газовых заводах, где проводят очистку от сероводорода и диоксида углерода, извлекают высшие углеводороды, сушат и одорируют, т. е. вводят в газ небольшое количество резко пахнущих веществ для придания запаха, позволяющего обнаружить присутствие газа воздухе.

Угли даже одного месторождения сильно различаются друг от друга по своим свойствам; от этих свойств зависит конструкция топки котла, в которой происходит сжигание топлива и конструкция всего котла.

Для того, чтобы оценить свойства топлива, нужно знать его элементарный состав.

Топливо, которое поступает в топку котла для сжигания, называют рабочим топливом. Рабочее топливо состоит из следующих элементов:

С ^Р + Н ^Р + N ^P + O ^P + S ^P + A ^P + W ^P = 100 %

С ^Р – углерод, Н ^Р – водород, N ^P – азот, O ^P – кислород, S ^P – сера, A ^P – зола, W ^P – влага.

С ^Р + Н ^Р + N ^P + O ^P­­ ­­– образуют основную, то есть органическую массу топлива.

S ^P, A ^P, W ^P – нежелательные примеси.

Горючими элементами в топливе являются С, Н и отчасти S. От содержания С и Н, главным образом, и зависит количество тепла, выделяющегося при сгорании 1 кг. топлива.

W ^P – определяет общую влажность топлива; она делится на устойчивую (гигроскопическую) и неустойчивую. Неустойчивая влажность – это влажность, которая теряется топливом при естественной сушке на воздухе; остающаяся при этом в топливе вода определяет его устойчивую влажность. Общая влажность в топливе достигает иногда 60 %. Для рационального сжигания топлива с большой влажностью применяют топки специальных конструкций.

Количество влаги в топливе зависит в сильной степени от условий хранения; поэтому часто состав «сухой массы» топлива также задают в процентах. В этом случае около названия каждого элемента ставят букву «с».

С ^С + Н ^С + N ^С + O ^С + S ^С + A ^С = 100 %

Если известен рабочий состав, то нетрудно определить и состав сухой массы топлива для каждого элемента. Например, для углерода

Минеральные негорючие примеси в топливе (глинозем, известь и др.) образуют при горении золу, причем спекшиеся куски ее называют шлаком. Свойство золы плавиться, то есть переходить в жидкое состояние при той или иной температуре, составляет важнейшую характеристику топлива, и с этим свойством считаются при проектировании топок котлов. В зависимости от температуры плавления золы определяют и тепловой режим в топке при горении топлива.

Часто задают состав топлива без учета золы и влаги. Условно этот состав называют горючей массой, хотя входящие в этот состав О и N не являются горючими элементами. Состав горючей массы топлива можно записать так:

.

Влага и зола нежелательны в топливе и составляют его балласт, к балласту относят также серу; большая часть серы топлива не участвует в горении. Образующийся при горении остальной части серы сернистый газ SO ₂ вреден для здоровья людей, для металла котла и зеленых насаждений.

Содержание углерода на горючую массу составляет в различных твердых топливах 50 – 95 %, водорода 1 – 6 %, серы 0 – 8 %.

Если нагревать топливо без доступа воздуха, то из него выделяются газы и пары; они называются летучими составными частями топлива; после их выделения остается твердое вещество – кокс. Количество летучих определяют (без водяного пара) в процентах от веса на горючую массу и обозначают . Количество летучих имеет существенное значение при проектировании топочных устройств, и служит поэтому важной характеристикой топлива.

Если топливо дает плотный спекающийся кокс, оно называется коксующимся топливом. Кокс требуется для выплавки чугуна, и потому это топливо предоставляется только коксовым заводам для получения из них кокса. Электростанциям для сжигания в котлах выделяется топливо, которое в других предприятиях или технологических процессах не может быть использовано. Такое топливо называется энергетическим топливом. В большом числе это низкосортное топливо.

Важнейшей характеристикой топлива служит его теплота сгорания или теплотворная способность топлива, под которой понимают количество тепла, которое выделяет один килограмм топлива при полном сгорании, то есть при таком сгорании, при котором в продуктах сгорания не остается горючих элементов. Это тепло усваивается продуктами сгорания и в дальнейшем используется при их охлаждении.

При сгорании топлива содержащаяся в нем вода переходит в водяной пар, на что тратится часть тепла, выделившегося при горении топлива. В зависимости от того, в каком состоянии – жидком или газообразном находится вода в продуктах сгорания после их охлаждения, различают теплоту сгорания высшую и низшую. Если продукты сгорания охлаждены до столь низкой температуры, что водяной пар превращается в жидкость и при этом освобождает скрытую теплоту парообразования, то выделившееся в результате горения количество тепла составляет высшую теплоту сгорания топлива. Если же продукты горения топлива после охлаждения имеют в своем составе водяной пар и вследствие этого его скрытая теплота парообразования оказалась не использованной, то выделившееся в результате горения тепло называют низшей теплотой сгорания топлива.

В котельных установках газы покидают котел при таких температурах, при которых водяной пар, находящийся в них, не конденсируется, а потому с ним уходит тепло, пошедшее на образование пара; таким образом, при горении топлива в котельных установках мы можем использовать лишь его низшую теплоту сгорания. Для рабочего топлива его обозначают .

Работу отдельных агрегатов или тепловых станций часто оценивают расходом топлива на единицу продукции агрегата или станции, например, для характеристики котла указывают расход топлива на производство 1т пара, для работы станции – расход топлива на 1 кВт · ч – г / (кВт · ч). Однако такие показатели не могут быть использованы для сравнения между собой работы агрегатов и станций, если теплота сгорания потребляемых ими топлив разная. Для возможности такого сравнения вводится понятие условного топлива, под которым понимают топливо с теплотой сгорания 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг), и все показатели выражают расходом такого условного топлива на единицу продукции.

Расход условного топлива по известному расходу действительного топлива и его теплоте сгорания можно получить по формуле

,

где - расход действительного топлива.

Дата добавления: 2014-12-26