Презентация на тему "Топливо и его использование"

Содержание

• 
  Слайд 1
  
• 
  Слайд 2
  

  Состав твердого топлива Рабочая масса топлива – это его состав при подаче в топочное устройство для сжигания. Технический состав рабочей массы топлива –информация о содержании влагиWp,зольности (минеральной части)Ар,а также летучих веществ Vp, и связанного (твёрдого) углеродаCсвp, на которые распадается горючая часть топлива при нагревании Wр+Aр+Vр+Cсвр= 100масс. % Элементарный состав рабочей массы топлива Wр+Aр+Cр+Hр+Oр+Sр+Nр=100масс. %; Состав соединений, входящих в минеральную часть (зольность) топлива, который определяет ее плавкость и влияет на надежность работы топочного устройства, изменяется в процессе сжигания и превращается в золу

• 
  Слайд 3
  

  Рабочая массасостоит из горючей массы и балласта. Горючая массавключает горючие элементы (углерод С, водород Н и летучуюсеруSл = = Sор+к, часть Sоркоторой входит в состав органических веществ, а часть Sк – минеральных) негорючие(органический балласт – кислородO и азотN). Балласт – ВлагаWри зольностьAр Технический состав топлива

• 
  Слайд 4
  
• 
  Слайд 5
  

  Основу органической части (массы) топлива составляют углерод С, водород Н и кислород О Кроме того, органическая масса топлива в небольших количествах содержит органическую серу Sори азот N В минеральную часть топлива входит колчеданная сера Sк (в составе железного колчедана или пирита FeS2), которая также принимает участие в процессе горения. Вещества С, Н, О, Sор+к, Nсоставляют горючую массу топлива. Различие между органической и горючей частями большинства топлив обычно мало (Sк ). Суммарное количество органической и колчеданной серы иногда называется летучей серой: Sл = Sор+к. Органическая игорючая части топлива

• 
  Слайд 6

  Горючая масса  Органическая масса

  Горючая масса содержит часть минеральной массы –колчеданную серу,входящую внеорганическоесоединениежелезный колчедан (пирит) FeS2

• 
  Слайд 7
  

  Основным элементом горючей части всех топлив является углерод С, горение которого обусловливает выделение основного количества тепла (в древесине Сг 50 масс.%). Однако чем больше углерода в топливе, тем труднее оно воспламеняется (ниже реакционная способность); антрацит – самый калорийный, но и самый низкореакционный уголь. Содержание водорода Н в горючей массе твердых и жидких топлив колеблется от 2 до 10 % масс. Больше – в мазуте и горючих сланцах, особенно много в природном газе, меньше всего в антраците. При сгорании водород выделяет на единицу веса примерно в 4,4 раза больше тепла, чем углерод.

• 
  Слайд 8

  Рабочая, сухая и горючая массы топлива

  Рабочая масса (as fired, as delivered) Cр+Hр+Oр+Nр+Sор+кр+Aр+Wр=100% Сухая масса(dry basis, d.b.) Cс+Hс+Oс+Nс+Sор+кс+ Aс =100% Горючая масса(dry ash-free basis,d.a.f.) Cг+Hг+Oг+Nг+Sор+кг =100% Органическая масса ( горючей массе) Cо+Hо+Oо+Nо+Sоро =100%

• 
  Слайд 9

  Летучие вещества и связанный углерод (коксовый остаток)

  Одной из основных особенностей поведения твердых топлив при нагревании является термическое разложение их органической массы на газообразные летучиевещества и твердый коксовый остаток(связанный углерод Ссв, зола, следы О и Н). Летучие продукты состоят из неконденсирующихсягазов (СО, Н2, СН4, СО2, включая пиролитическую влагу Н2О) и конденсирующихся высокомолекулярных смол(СxНyОz) Чем меньше степень углефикации топлива, тем больше оно содержит термически неустойчивых соединений и тем больше выделяет летучих: биомасса>гор.сланцы>торф >б.угли >к.угли> антрацит Выше выход летучих – выше реакционная способность, ниже теплотворная способность.

• 
  Слайд 10

  Стадии термохимической конверсии частицы твердого топлива

  Нагревание и сушка Выход летучих Горение кокса (пиролиз) Тепло Тепло Тепло Газификация кокса Тепло

• 
  Слайд 11

  Состав горючей массы твердых топлив – диаграмма ван Кревелена

  Целлюлоза: (С6Н10О5)n Н:С = 10/6  1.7 О:С = 5/6  0.8

• 
  Слайд 12
  

  Состав и продукты термического разложения топлива

• 
  Слайд 13

  Выход летучих веществ

  Температура начала выхода летучих

• 
  Слайд 14

  Органический балласт топлива

  Кислород О и азот Nв топливе являются органическимбалластом:наличие их в топливе уменьшает содержание горючих элементов - углерода и водорода. Особенно велико содержание кислородав древесине (Ог = 42%) и торфе. Топливный азот Nявляется основным источником токсичныхоксидов NOxпри сжигании биомассы и низкотемпературном сжигании ископаемого топлива, т.е. он может частично или полностью окисляться и в принципе должен относиться горючим элементом. При оценке экологических аспектов процесса горения образование NOx является одной из основных задач. Однако при расчетах теплового и материального балансов котла горением азота пренебрегают в связи с его малым содержанием, а также малыми объёмами NOx.

• 
  Слайд 15

  Сера

  В твердых топливахобычно немного, но в некоторых бурых и каменных углях доходит до 7-8% на горючую массу топлива. В нефти входит в состав органических соединений; при переработке большая часть переходит в мазут (0,3-3,5%). В природных газахпрактически отсутствует, в попутных газахнекоторых нефтяных месторождений содержится немного серы в виде сероводорода H2S и сернистого газа SO2. При горении серы тепла выделяется примерно в 3.5 раза меньше, чем при горении углерода. Коррозия низкотемпературных поверхностей нагрева из-за серного ангидрида SO3, который сильно повышает температуру конденсации водяных паров (точку росы) в продуктах сгорания топлива. Присутствие сернистого газа SO2 в продуктах сгорания топлива, выбрасываемых в атмосферу через дымовую трубу, приводит к загрязнению окружающего воздуха (яд; кислотные дожди).

• 
  Слайд 16

  ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ РЕАКЦИИ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

  С + О2 = СО2полное сгорание углерода 2С + О2 = 2СО неполное сгорание углерода 2Н2 + О2 = 2Н2О горение водорода S + O2 = SO2горение органической серы 2FeS2 +5.5 O2 = Fe2O3 + 4 SO2горение колчеданной серы

• 
  Слайд 17

  Элементарный состав горючей массы гумолитовпо стадиям углефикации

• 
  Слайд 18

  Элементарный состав некоторых углей

• 
  Слайд 19

  Маркировка каменных углей

• 
  Слайд 20

  Состав альтернативных местных топлив

• 
  Слайд 21

  Влажность твердых топлив

  Влажность Wр – масса влаги, отнесеннаяк рабочей (влажной) массе топлива: Влагосодержание M – масса влаги, отнесенная к сухой массе топлива:

• 
  Слайд 22
  

  Внешняя (поверхностная и капиллярная) влага удаляется путем сушки топлива при комнатной температуре. Внутренняя (гигроскопическая или коллоидная и гидратная)влага удаляется сушкой при 102-105 оС.

• 
  Слайд 23

  Внешняя и внутренняя влага

• 
  Слайд 24

  Пересчет состава топлива на другую массу

  При проектировании и эксплуатации котельных установок часто приходится производить пересчеты состава топлива. Причина: влажность Wр и зольность Aр могут колебаться в широких пределах, в то время как состав горючей ( органической) массы гораздо более стабилен. Это позволяет легко пересчитывать рабочий состав топлива на другие влажность и (или) зольность, не производя полного элементарного анализа топлива.

• 
  Слайд 25
  
• 
  Слайд 26
  

  Рабочая = 100% Сухая = 100% Горючая = 100%

• 
  Слайд 27

  Примерыпересчета

• 
  Слайд 28

  Коэффициенты пересчета (ap=Аp/100, wp=Wp/100– в массовых долях!!!)

• 
  Слайд 29

  Горючиесланцы:особенностипересчёта

  – известное содержание углекислоты карбонатов, %, которые разлагаются при t = 900 oC Истинная зольностьрабочей массы: СaCO3 = CaO + CO2

• 
  Слайд 30

  Зольность твердых топлив

  Золой топлива называется остаток при прокаливании топлива при 800 оС. Вес остатка принимается за содержание золы (зольность) в пробе исследуемого топлива. Зольность топлива следует отличать от его минеральной части, которая превращается в золу при прокаливании. Часть исходных минеральных примесей при прокаливании остаётся неизменной; Другая часть распадается и улетучивается; Третья – "набирает вес" за счёт окисления.

• 
  Слайд 31

  Трансформации минеральной части

  Потери кристаллизационной влаги гипсом (CaSO4·2H2O), силикатами (МеSiO3·хH2O); Разложение карбонатов с выделением углекислоты CaСO3 = СаO + СО2 (содержание карбонатной СО2 в гор.сланцах – до 20 %); Реакции связывания серы 2 CaO + 2 SО2 + О2 =2СаSО4 2(40+16) + 2(32+2·16) + 2·16 = 2(40+32+4·16) 112 кг  272 кг Горение железного колчедана (пирита) 2FeS2 +5.5 O2 = Fe2O3 + 4 SO2 2(56+2·32) + 5.5·2·16 = (2·56+3·16) + 4·(32+2·16) 112 кг железа  160 кг

• 
  Слайд 32

  Зольность твердых топлив

• 
  Слайд 33

  Компоненты золы

  Легкоплавкие (800 – 1000 оС) Оксиды железа FeО и Fe2O3 Оксиды щелочных металлов Na2O, R2O Тугоплавкие (1600 – 2800 оС) Диоксид кремния (кремнекислота) SiO2 Глинозём Al2O3 Оксиды кальцияCaO (известь) и магния MgО(магнезия) При определённых соотношениях некоторые компоненты могут образовывать легкоплавкие эвтектики – соединения, температура плавления которых ниже, чем входящих в них компонентов.

• 
  Слайд 34

  Плавкость золы древесного топлива

  Исходный образец (конус) Начало деформации T1(IT) = 1150 – 1490°C; Температура размягчения T2(ST) = 1180 – 1525°C; Точка начала плавления T3 (HT) = 1230 – 1650°C; Точка растекания T4 (FT) = 1250 – 1650°C. IT – Initial deformation Temperature; ST – Softening Temperature; HT– Hemisphere Temperature; FT – Fluid Temperature.

• 
  Слайд 35

  Плавкостные характеристики древесной золы

• 
  Слайд 36

  Теплота сгорания (теплотворная способность) топлива

  Высшая теплота сгоранияколичество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого и жидкоготоплива (кДж/кг) или 1 нм3газообразноготоплива (кДж/м3) и охлаждении образовавшихся продуктов сгорания до 25оС, т.е. с конденсациейсодержащихся в них паров воды и выделением скрытой теплоты конденсации r = 2,44 МДж/кг. Qвропределяется экспериментально в т.н. калориметрической бомбе с введением расчетных поправок на образование и растворение в воде серной и азотной кислот.

• 
  Слайд 37

  Измерение (высшей) теплоты сгорания топлива по бомбе

  1 – калориметрическая бомба с навеской топлива, заполненная кислородом под давлением; 2 – сосуд цилиндрический, заполненный водой; 3 – мешалка; 4 – сосуд латунный с водой; 5 – электродвигатель; 6 – крышка; 7 – термометр ртутный.

• 
  Слайд 38
  

  Низшая теплота сгоранияQнр– количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого и жидкого (кДж/кг) топлива или 1 нм3газообразного топлива (кДж/м3) за вычетом теплоты конденсацииипаров воды, содержащихся в продуктах сгорания. Продукты сгорания (дымовые газы), как правило, выходят из котельных агрегатов при температуре, превышающей температуру конденсации паров воды (точку росы), поэтому в тепловых расчетах энергетических устройств используется Qнр . скрытая теплота конденсации r может частично утилизироваться путем конденсации водяных паров в специальных теплообменниках (проблемы – низкий тепловой потенциал, коррозия).

• 
  Слайд 39
  

  Утилизация скрытой теплоты конденсации водяного пара с составе дымовых газов

• 
  Слайд 40

  Формула Менделеева длярасчётаQнртвердого и жидкого топлива

  Qнр= 339 Cр +1025 Hр– 108.5 (Oр - Sрор+к) – 25 Wр, кДж/кг кДж/кг кДж/кг

• 
  Слайд 41

  Формулы пересчета теплоты сгорания

  Qвр= Qнр+225 Hр+25 Wр Qвг= Qнг+225 Нг Qвс= Qнс+225 Нс

• 
  Слайд 42

  Горючиесланцы: учёт теплоты разложения карбонатов

  – содержание углекислоты карбонатов в рабочей массе %, задаётся в составе топлива. – истинная зольностьрабочеймассы. СaCO3 = CaO + CO2

• 
  Слайд 43
  

  Пересчеттеплоты сгорания при изменении влажности топлива Qнрсм=b1Qнр1+(1- b1) Qнр2, Определение теплотворной способности бинарной смеси топлив b1 –массовая доля одного из топлив в смеси.

• 
  Слайд 44

  Влияние влажности на низшую теплотворную способность древесины

  Qнр = 339Cр +1025Hр - 108.5(Oр – Sрор+к) – 25Wр, кДж/кг

• 
  Слайд 45
  

  6 200-7 500кДж/кг (многозольные сланцы, высоковлажные биомасса, торф, бурый уголь) 20 000кДж/кг (сухая биомасса) 25 000-29 000кДж/кг (высококалорийный каменный уголь) 38 000-42 000кДж/кг (нефтепродукты). Низшая теплота сгорания основных видов органического топлива

• 
  Слайд 46

  Городской мусор (ТБО)

  На 40-50% состоит из органических горючих материалов, на 20-40% - из металла. стекла, керамики Низшая теплотворная способность ТБО: 7-8МДж/кг(выше горючих сланцев, но ниже бурых углей)

• 
  Слайд 47

  Газообразное топливо – состав задаётся в объёмных % (!!!)

• 
  Слайд 48

  Низшая теплота сгорания сухих горючих газов

  Qнс= 108Н2+126СО+239H2S+358СН4+591C2H4+860C3H6+ + 913C3H8+1135C4H8+1187C4H10+1461C5H12+1403C6H6, кДж/м3 В среднем для природного газа Qнс 35,6 МДж/м3. Для влажного газа Высшая теплота сгорания сухих горючих газов Qвр = Qнр + r (mH2O / mтопл) r = 2440 кДж/кг (25оС)

• 
  Слайд 49

  Пример: низшая теплота сгорания метана

  Qнр = Qвр – r (mH2O / mтопл) СН4+ 2О2 = СО2 + 2Н2О r= 2440 кДж/кг (25оС) Qвр = 55 500 кДж/кг (табл. данные) mH2O= 2  (2  1 + 16) = 36 кгводы mтопл = 12 + 4  1 = 16 кг метана Qнр = 55 500 – 2440 (36/16) = 50 000 кДж/кг = = 50 000 / ρСН4= 50 000/(МСН4/22.4)= 35714 кДж/м3

• 
  Слайд 50

  Условное топливо и нефтяной эквивалент

  Условное топливо(у.т.; coal equivalent) имеет теплоту сгорания Qнр= 29300 кДж/кг у.т. = 7000 ккал/кг у.т. = 7 Гкал/т у.т. Нефтяной эквивалент (н.э.; оilеquivalent) Qнр= 41870 кДж/кг = 10000 ккал/кг = 10 Гкал/т н.э.