Топливо, его виды и характеристики

СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Отоплением называется искусственное поддержание температуры воздуха в помещении на уровне более высоком, чем температура наружного воздуха. Отопление помещений зданий и сооружений осуществляют для поддержания в них заданного уровня температур, определяемых условиями теплового комфорта или требованиями происходящих в них технологических процессов. Отопительная установка должна отдавать помещениям столько теплоты, сколько нужно для компенсации теплопотерь, обладая при этом необходимой теплоустойчивостью в соответствии с изменяющимися внешними и внутренними факторами.

Комплекс оборудования и устройств, реализующих отопление и поддерживающих температуру воздуха в помещениях зданий, называется системой отопления.

В топках котельных установок в основном сжигают твердые топлива-каменные и бурые угли, сланцы, торф (в порядке геологического возраста); жидкие-мазут; газообразные-природный, коксовый, доменный, сланцевый газы.

Состав твердого и жидкого топлив указывается в процентах по рабочей массе:

С + Н + S_л + О + N + А + W = 100%

где С-содсржание углерода; Н-водорода;.S_л.-летучей серы; О-кислорода; N-азота; А-золы; W-влаги.

Первые три элемента - горючая часть, остальные –балласт. Газовое топливо — экологически более чистое топливо, чем твердое и жидкое топлива. Использование его экономически очень выгодно, так как применение газа в отопительных агрегатах по­вышает их КПД, снижает затраты на эксплуатацию, позволяет автоматизировать процесс горения топлива и отпуск теплоты.

В то же время газовоздушные смеси взрывоопасны, сам газ, а особенно продукты его неполного сгорания, токсичны. Поэтому использование газа в системах отопления в качестве топлива предъявляет жесткие требования к грамотной и безопасной эксплуатации установок газового отопления.

Для сжигания в системах отопления состав газов, как любого вида топлива, складывается из горючих и балластных компонентов. Горючими компонентами газообразного топлива являются метан СН₄, водород Н₂, оксид углерода СО, а также предель­ные и непредельные углеводороды: этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бу­тан С₄Н₁₀, пентан С₅Н₂, этилен С₂Н₄, пропилен С₃Н₆ и бутилен С₄Н₈

Основным компонентом природных газов является метан СН₄, на долю которого приходится от 38 % до 98 % объема. В некото­рых природных газах процентное содержание тяжелых углево­дородов очень мало, а водород и СО₂ вообще отсутствуют.

Основными балластными компонентами газового топлива яв­ляются азот N₂ и диоксид углерода СО₂, на долю которых в неко­торых видах природных газов приходится до 15 % объема. Пол­ное отсутствие запаха у большинства или наличие слабого запа­ха у некоторых природных и искусственных горючих газов, ис­пользуемых в газовых системах отопления, создает сложности по обнаружению их в помещении, а также поиску мест утечки газа, если они не одоризированы. Одоризация горючих газов осуще­ствляется с помощью специальных жидкостей, обладающих рез­ким и неприятным запахом. Наибольшее применение для одо­ризации горючих газов получил этилмеркаптан (С₂Н₆SН).

Таблица 3

Пределы воспламеняемости газовоздушных смесей при температуре 20 ⁰С и давлении 10⁵ Па

Газ	Содержание газа в воздухе, %
Нижний предел	Верхний предел
Водород	4,0	75,0
Оксид углерода	12,5	74,0
Метан	5,0	15,0
Этан	3,0	12,5
Пропан	2,4	9,5
Бутан	1,9	8,4
Пентан	1,4	7,8
Ацетилен	2,5	80,0

Для того чтобы обеспечить нормальное горение газового топли­ва, необходимо создать горючую смесь газ—воздух. Содержание горючего газа в воздухе должно соответствовать пределам вос­пламеняемости, отображенным для некоторых газов в табл. 3.

При содержании газа в воздухе менее нижнего предела горение невозможно из-за отсутствия достаточного количества теплоты для воспламенения соседних слоев смеси, точнее для нагрева этих слоев до температуры воспламенения. При содержании газа в газовоздушной смеси более верхнего предела горение невозможно из-за недостатка кислорода воздуха, обеспечивающего получение теплоты для нагрева слоев до температуры воспламенения.

Горение газа в воздухе протекает при определенной темпера­туре. Различают теоретическую и действительную (расчетную) температуры сгорания. Теоретическая температура сгорание га­зового топлива при с учетом фактической начальной тем­пературы газа в воздуха называется калориметрической темпе­ратурой. Значение ее для различных углеводородных газов опре­деляется методом последовательных приближений и для метана, этана, бутана и пропана t_Т = 2065 + 2155 ⁰С.

Действительная температура сгорания всегда меньшетеоре­тической, так как в реальных условиях одновременно протекают несколько процессов передачи теплоты, обусловленных конструк­тивными особенностями отопи­тельного прибора.

Важнейшая характеристика топлива - теплота сгорания, т. е. количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м³ (при нормальных условиях) газообразного топлива. В большинстве практических случаев продукты сгорания топлива и содержащийся в них водяной пар уходят из установки с температурой, при которой пар не конденсируется и, следовательно, теплота его парообразования Q_W теряется. Поэтому в расчетах используется не высшая Q^P_B a низшая теплота сгорания топлива Q^P_H=Q^P_B-Q_W

Она определяется экспериментально-приближенно рассчитывается по формулам и приводится в справочниках.

Теплота сгорания каменных углей составляет 18—30, бурых углей 7—18, мазута 39—40 МДж/кг; природногогаза 33— 42 МДж/м³.

Для оценки расхода различных энергоресурсов вводится понятие «условное» N - топливо с теплотой сгорания Q^P_H=29_,3 МДж/кг.

Дата добавления: 2014-12-26