Виды органических топлив, их состав и теплота сгорания

Основная часть энергетических потребностей человечества обеспечивается в настоящее время за счет использования органических топлив. Органические топлива – это вещества, основу которых составляют органические соединения, то есть в их состав входят главным образом такие элементы, как С и Н. Средний элементный состав основных горючих ископаемых представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Усредненный состав основных видов органических топлив

Наименование	Состав, % масс
С	H	S, N, O	C/H
Каменный уголь
Бурый уголь
Торф				9,2
Сапропелитовые угли				8,5
Сланцы				9,6
Нефть				6,5
Газ (природный)

Теплота сгорания топлив и состав продуктов сгорания напрямую зависят от элементного состава. Чем ниже соотношение С/Н, тем больше тепла выделяется при сгорании 1 кг топлива. Чем выше содержание O, тем теплота сгорания ниже. Зная элементный состав топлива можно определить его теплоту сгорания по формуле Менделеева:

(1)

где:

– низшая удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг

– содержание в топливе соответствующих элементов, % масс.

Низшая удельная теплота сгорания топлива – это то количество тепла, которое выделяется при полном сгорании единицы массы топлива и охлаждении продуктов сгорания до температуры исходного топлива. Эту теплоту сгорания называют также рабочей. Высшая удельная теплота сгорания топлива дополнительно включает в себя количество тепла, которое выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах. Максимальный энергетический эффект достигается при этом в случае сжигания природного газа – до 10%, в случае жидких топлив – уже не более 5%.

Для удобства сопоставления различных видов энергоресурсов и возможности проведения ряда расчетов расход всех видов топлива сравнивается с расходом так называемого условного топлива. За условное топливо принято такое топливо, при сгорании 1 кг которого выделяется 29300 кДж/кг энергии. Использование перевода энергозатрат в расход условного топлива позволяет сравнить эффективность энергопотребления на различных предприятиях и выявить пути снижения энергозатрат, сравнить предлагаемые технологии, виды оборудования и т.д. Средняя теплота сгорания различных видов топлив представлена в таблице 3.

Таблица 3 – Теплота сгорания различных видов топлив

Наименование	Удельная энергоемкость (теплота сгорания)	Коэффициент перевода
в условное топливо	в нефтяной эквивалент
Каменный уголь	23000 – 33000 кДж/кг	0,78 – 1,13	0,55 – 0,79
Бурый уголь	11500 – 27000 кДж/кг	0,39 – 0,92	0,27 – 0,64
Торф	9000 – 22000 кДж/кг	0,31 – 0,75	0,21 – 0,52
Сухая древесина	10000 – 19000 кДж/кг	0,34 – 0,65	0,24 – 0,45
Сланцевая смола	40000 кДж/кг	1,37	0,95
Нефть	41900 кДж/кг	1,43
Природный газ	48600 кДж/кг	1,66	1,16
Водород	120600 кДж/кг	4,12	2,88
Условное топливо	29300 кДж/кг (7000 кКал/кг)		0,70

Также по элементному составу топлива можно определить состав продуктов сгорания. Углерод, входящий в состав топлив, окисляется до углекислого газа, водород – до воды, сера и азот – до оксидов серы и азота. Оксиды азота и серы, выбрасываемые при сжигании топлив в атмосферу, оказывают вредное влияние на здоровье людей, а затем, оседая в составе кислых дождей, загрязняют гидросферу и почву. Чем выше соотношение С/Н, тем больше доля диоксида углерода в дымовых газах. Явление «парникового» эффекта обусловлено, главным образом, повышением концентрации этого вещества в атмосфере. На основе данных таблицы 3 можно сделать вывод, что наиболее экологически чистым органическим топливом является природный газ, так как он практически не содержит S и N, а также характеризуется наиболее низкой величиной показателя С/Н.

Весьма серьезным недостатком твердых оргтоплив является высокая зольность. При их использовании появляется проблема выгрузки золы из камеры сжигания. Помимо этого мелкие частицы золы выбрасываются в атмосферу с дымовыми газами. Это также является одной из причин того, что эти виды топлив недостаточно широко применяются в энергетике.

Дата добавления: 2015-06-27