Жидкое топливо и его характеристика. Органическое топливо Классификация состав энергетические характеристики топлив

Топливо – это горючие вещества, выделяющие при сжигании значительное количество теплоты, которая используется непосредственно в технологических процессах или преобразуется в другие виды энергии. К ним относятся полезные ископаемые органического происхождения – уголь, горючие газы, горючие сланцы, нефть, торф, а также древесина и растительные отходы.

В ядерной энергетике применяется понятиеядерного топлива - вещества, ядра которого делятся под действием нейтронов, выделяя при этом энергию в основном в виде кинетической энергии осколков деления ядер и нейтронов.

Обычное химическое топливо , в отличие от ядерного, называют органическим, и оно является в настоящее время основным источником теплоты .

Для анализа тепловых характеристик топлив, определения состава газов и других расчетов необходимо знать химическую структуру каждого вида топлива. Органическая часть твердых и жидких топлив состоит из большого количества сложных химических соединений, в состав которых в основном входят пять химических элементов : углерод С , водород Н , кислород О , сера S и азот N . Кроме того, топливо содержит минеральные примеси А и влагу W , представляющие вместе внешний балласт топлива.

Химический состав твердых, жидких и газообразных топлив определяют не по количеству соединений, а по суммарной массе химических элементов (в процентах на 1 кг или 1 куб. м топлива), т.е. устанавливают элементарный состав топлива. Различают три основных элементарных состава топлива:

1) рабочая масса топлива C +H +O +N +S +A +W =100%;

2) сухая масса топлива C +H +O +N +A =100%;

3) горючая масса топлива C + H +O +N =100%.

Рабочей считается масса топлива в том виде, в каком она поступает на предприятие.

Если топливо нагреть до 102-105ºС, то испарится влага, тогда получится сухая масса топлива. Название горючей массы является условным; так как входящие в его состав азот и кислород не являются горючими элементами и составляют внутренний балласт топлива. Азот и кислород способствуют процессу горения топлива .

Горючими элементами топлива являются углерод, водород и сера . Углерод – основной, горючий элемент топлива. Он имеет высокую теплоту сгорания (33600 кДж/кг) и составляет большую часть рабочей массы топлива (50-75% для твердых топлив и 80-85% для мазутов). Водород имеет высокую теплоту сгорания (примерно 130000 кДж/кг), однако его количество в твердых топливах невелико (Н = 2-6%) и несколько больше в жидких (около 10%). Это делает теплоту сгорания жидких топлив выше, чем твердых.

Сера имеет невысокую теплоту сгорания (9000 кДж/кг). Содержание ее в топливах невелико (S =0,2-4%), поэтому сера, как горючая составляющая, не ценится.

Наличие окислов серы в продуктах сгорания при определенных концентрациях опасно для организмов и растений и требует определенных мер и средств для ее улавливания или рассеивания в атмосфере.

Введение

Общие сведения о топливе

Классификация топлива

Свойства топлива

Понятие об условном топливе

Процессы горения

Горение газообразного топлива

Горение твердого топлива

Горение жидкого топлива

Заключение

Список литературы

топливо горение летучий

Введение

Роль топлива в народном хозяйстве велико и все время возрастает. Современные предприятия машиностроения являются крупнейшими потребителями энергии и энергоносителей, в частности такого вида энергии, как топливо. Топливо играет очень важную роль в жизни человека, так как топливо во многом удовлетворяет человеческие потребности. Например, газ. С помощью газа мы отапливаем дома, на газовой плите готовим еду. Многие автомобилисты переходят с бензина на газ, так как он дешевле. Твердые топлива, такие как уголь, древесина также служат для отопления домов, в основном деревенских, и бань.

Основным источником получения жидких топлив является нефть. Для более рационального использования нефть подвергают разгонке на отдельные составляющие (фракции). Для этого ее нагревают до различных температур, а получаемые при этом в определенных пределах температур пары подвергают охлаждению (конденсируют). Таким способом получают различные бензины, лигроин, керосин, соляровое масло и отходы - мазут, которые используют в промышленности.

Целью данного реферата является разобрать сущность топлива, его разновидности, его применение, а также рассмотреть основные процессы горения жидких, твердых и газообразных топлив.

Общие сведения о топливе

В настоящее время основным источником энергии на земле является химическая энергия топлива. За счет природного ископаемого топлива получают от 70 до 80% всей потребляемой энергии.

Топливо - это вещество, которое при сжигании выделяет значительное количество теплоты и используется как источник получения энергии. Топливо может быть естественным, имеющимся в природе, и искусственным, получаемым переработкой естественного.

Топливо состоит из горючей и негорючей частей. В твердом топливе горючая часть содержит пять элементов: углерод, водород, серу, кислород и азот. Углерод, водород и горючая сера участвуют в горении топлива, а азот и кислород составляют балласт горючей части (внутренний топливный балласт). К негорючей части (внешнему балласту) относят неорганические вещества, переходящие после сжигания топлива в золу, а также во влагу. Зола представляет собой минеральный остаток, получаемый при полном сгорании топлива. В ее состав входят такие окислы: MgO, CaO, Na2O, K2O, FeO, Fe2O3 и др. Тугоплавкая зола (с температурой плавления выше 1425 °С) представляет собой легко удаляемую сыпучую массу, легкоплавкая зола (с температурой плавления ниже 1200 °С) - твердый остаток (шлак) в виде сплошной слипшейся массы или отдельных кусков. Влага подразделяется на внешнюю и внутреннюю. Внешняя влага является результатом попадания в топливо влаги из окружающей среды. Внешнюю влагу удаляют высушиванием топлива. Внутренняя влага подразделяется на гигроскопическую (находящуюся в адсорбированном состоянии с поверхностью частиц топлива) и гидратную (входящую в состав молекул некоторых соединений, т. е. химически связанную).

Твердое и жидкое топлива представляют собой комплекс сложных органических и минеральных соединений и состоят из горючей и негорючей частей.

Молекулярная и химическая структура горючей части изучена не достаточно полно и до настоящего времени не поддается подробной расшифровке. Вследствие этого химический состав горючей части выявить чрезвычайно сложно. Структура и химические соединения, входящие в негорючую часть, наоборот, исследованы достаточно подробно.

Органическое твердое и жидкое топлива характеризуются элементарным составом, который условно представляют как сумму всех химических элементов и соединений, входящих в топливо. При этом их содержание дается в процентах к массе 1 кг топлива. Элементарный состав не дает представления о молекулярной и химической структуре топлива. Для твердого и жидкого топлив элементарный состав можно записать в следующем виде:

C + H + Sл + O + N + A + W = 100%

В горючую часть топлива входят углерод, водород и сера (летучая). Летучая сера Sл - это сера, входящая в состав органических соединений и серного колчедана FeS2.

При изучении свойств твердого и жидкого топлив различают их рабочую, сухую, горючую и органическую массы. Составу каждой массы присваивается соответствующий индекс: рабочей - р, сухой - с, горючей - г и органической - о.

Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю и подвергается сжиганию, называется рабочим, а масса и ее элементарный состав - соответственно рабочей массой и рабочим составом. Элементарный состав рабочей массы записывают следующим образом:

Сухая масса топлива в отличие от рабочей массы не содержит влаги и может быть представлена равенством:

Зольность топлива всегда проверяется только по сухой массе топлива.

Горючий состав топлива не содержит внешнего балласта, т. е. влаги и золы, и может быть записан так:

Название «горючая масса» - условное, так как действительно горючими ее элементами являются только С, Н и Sл. Состав горючей массы ископаемого топлива зависит от характера и условий происхождения топлива, а также от его геологического возраста (т. е. глубины происшедших необратимых превращений в органических веществах).

Содержание углерода в твердом топливе растет с его геологическим возрастом, а содержание" водорода уменьшается. Так, например, содержание углерода в торфе составляет Сг = 50÷60 %, в буром угле С = 60÷75 %, в каменном угле Сг = 75÷90 %. С уменьшением геологического возраста содержание растительных остатков в топливе увеличивается.

Во всех теплотехнических расчетах состав топлива берется по его рабочей массе, являющейся наиболее полной характеристикой состояния топлива перед его сжиганием.

Классификация топлива

В зависимости от характера использования топливо подразделяется на энергетическое, технологическое и комплексное. В последнее время все чаще прибегают к комплексному энергетическому использованию топлива, сущность которого заключается в том, что топливо предварительно подвергают технологической обработке в целях выделения из него ценных веществ, используемых в качестве сырья для химической промышленности. Остаточный продукт используется как энергетическое топливо (в процессе полукоксования, переработки горючих сланцев и др.)

По максимальной температуре, получаемой при полном сгорании, топливо бывает высокой жаропроизводительности (более 2000 °С - природный газ, нефтепродукты, каменный уголь) и пониженной жаропроизводительности (менее 2000 ° С - бурые угли, торф, дрова).

По агрегатному состоянию их делят на твердые, жидкие и газообразные. Твердое топливо в основном образуется из высокоорганизованных растений - древесины, листьев, хвои и т. п. Отмершие части высокоорганизованных растений разрушаются грибками при свободном доступе воздуха и превращаются в торф - рыхлую, расплывчатую массу перегноя, так называемых гуминовых кислот. Скопление торфа переходит в бурую массу, а затем в бурый уголь. В дальнейшем под воздействием высокого давления и повышенной температуры бурые угли подвергаются последующим превращениям, переходя в каменные угли, а затем в антрацит. К жидкому топливу относятся: нефтепродукты, производящиеся путем перегонки сырой нефти; креозот, являющийся продуктом низкотемпературного коксования и возгонки угля; синтетические масла, образующиеся в результате сжижения угля; прочие виды жидкого топлива, например, производящиеся из растений (картофель, рапс и т.д.) Состав газообразного топлива выражается содержанием в нем отдельных газов в процентах. В газообразном топливе также имеется как его горючая часть, так и негорючая, образующая его балласт.

Свойства топлива

1. Теплота сгорания

Количество теплоты, выделяемое при полном сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива в нормальных условиях, называется теплотой сгорания. Выделение теплоты при горении топлива объясняется тепловым эффектом реакций горения.

Не все составляющие, входящие в состав рабочей массы топлива, выделяют теплоту при горении. Влага топлива при переходе в пар поглощает теплоту; сера, входящая в состав сульфатов, при их диссоциации также поглощает теплоту. Условно различают высший предел теплоты сгорания топлива, если влагу в продуктах сгорания учитывают в виде жидкости, и низший предел теплоты сгорания, если влагу в продуктах сгорания считают паром.

Зольность и влажность

Зола и влага снижают качество топлива и являются нежелательными примесями. Влага снижает теплоту сгорания, затрудняет воспламенение топлива; влажное топливо труднее транспортировать. Зола представляет собой минеральную массу. Она может содержаться в веществе, послужившем образованию топлива, или попасть в него при залегании в недрах земли как случайная примесь. Например, угли с пористой структурой типа бурых содержат в порах выкристаллизовавшиеся из грунтовых вод соли. Зола препятствует полному сгоранию топлива, образуя на поверхности кусков горящего топлива воздухонепроницаемый слой. Если зола плавится, то спекшиеся ее куски образуют шлак, еще более препятствующий выгоранию кокса, чем рассыпчатый зольный остаток.

Сернистость

Сера является нежелательной примесью в топливе, несмотря на то, что она в виде серного колчедана повышает его теплоту сгорания. При горении серы образуется ядовитый сернистый газ, присутствие которого в рабочем помещении даже в незначительных количествах ухудшает условия труда. Присутствие в среде при тепловой обработке сернистого газа ухудшает качество готовой продукции. Во влажной среде при низких температурах сернистый газ образует пары серной кислоты, вызывающие коррозию металлических частей тепловых установок.

Летучие горючие вещества и коксовый остаток

Из твердого топлива, нагретого до температуры 870-1070К без доступа окислителя, выделяются парогазообразные вещества, которые называются летучими. Летучие вещества представляют собой продукты распада сложных органических веществ, содержащихся в органической массе топлива. В состав летучих веществ входят молекулярный азот N2, кислород O2, водород Н2, окись углерода СО, углеводородные газы СН4, С2Н4 и т. д., а также водяные пары, образующиеся из влаги, содержащейся в топливе.

Химический состав летучих веществ зависит от условий процесса нагревания топлива. Сумма летучих веществ обозначается V и относится только к горючей массе.

Твердый остаток, который получается после нагревания топлива (без доступа окислителя) и выхода летучих, называется коксом. В состав кокса входят остаточный углерод и зола. В зависимости от условий нагревания в твердом остатке кроме золы может оказаться часть элементов (С, N, Бл, Н), входящих в состав сложных органических соединений, для термического разложения которых требуется более высокая температура. В этом случае твердый остаток называется полукоксом.

По своим механическим свойствам твердый остаток (кокс) может быть порошкообразным, слабоспекшимся и спекшимся. Свойство некоторых углей (коксующихся) давать спекшийся, механически прочный кокс используется для получения металлургического кокса, применяемого в доменном процессе.

Понятие об условном топливе

Условное топливо - понятие, введенное для более удобного сравнения отдельных видов топлива, суммирования их и установлении количественной замены одного вида топлива другим.

В качестве единицы условного топлива принимается 1 кг топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29,3 Мдж/кг). Соотношение между условным топливом и натуральным топливом выражается формулой:

где By - масса эквивалентного количества условного топлива, кг;

Вн - масса натурального топлива, кг (твёрдое и жидкое топливо) или м3(газообразное);

Низшая теплота сгорания данного натурального топлива, ккал/кг или ккал/м3;

Калорийный эквивалент.

Пересчет количества топлива данного вида в условное производится с помощью коэффициента, равного отношению теплосодержания 1 кг топлива данного вида к теплосодержанию 1 кг условного топлива.

Значение Э принимают: для нефти 1,4; кокса 0,93; торфа 0,4; природного газа 1,2.

Использование условного топлива особенно удобно для сопоставления экономичности различных теплоэнергетических установок. Например, в энергетике используется следующая характеристика - количество условного топлива, затраченное на выработку единицы электроэнергии. Эта величина g, выраженная в г условного топлива, приходящихся на 1 квт×ч электроэнергии, связана с кпд установки соотношением:

Приведение всех видов топлива к условному или к нефтяному эквиваленту дает возможность сопоставлять технико-экономические показатели работы топливопотребляющих установок, использующих различные виды топлива. Кроме того, это дает возможность сопоставлять запасы и добычу различных видов топлива с учетом их энергетической ценности. Также с помощью условного топлива можно составить топливный баланс или суммарный энергетический баланс отрасли, страны и мира в целом.

Процессы горения

Процесс горения топлива состоит из горения промежуточных продуктов его разложения: летучих горючих веществ и твердого остатка - кокса. Сначала горят летучие вещества, а затем кокс. Горению летучих веществ предшествует их разложение при нагревании на еще более простые вещества, которые сгорают пламенем в топочной камере над слоем топлива при взаимодействии с кислородом воздуха. Увеличение концентрации кислорода в воздухе, хорошее перемешивание с ним летучих веществ, своевременный отвод продуктов горения - все это способствует ускорению процесса сгорания летучих веществ.

Горение топлива - химическая реакция соединения горючих элементов топлива с окислителем при высокой температуре, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты. В качестве окислителя используют кислород. Известно, что при низких температурах наличие топлива и окислителя не обеспечивает их химического соединения, называемого горением. Горение начинается только после того, как частицы прогрелись до температуры, обеспечивающей им энергию активации Е, достаточную для вступления в реакцию.

Горение - это в основном химический процесс, т.к. в результате его протекания происходит качественные изменения состава реагирующих масс. Но в то же время химическая реакция горения сопровождается различными физическими явлениями: перенос теплоты, диффузионный перенос реагирующих масс и др. Время горения топлива складывается из времени протекания физических () и химических процессов ():

= .

Время протекания физических процессов состоит из времени, необходимого для смешивания топлива с окислителем () и времени, в течении которого топливо - воздушная смесь подогревается до температуры воспламенения (tн):

tФИЗ = tСМ + tН

Время горения (tГОР) определяется скоростью наиболее медленного процесса.

Горение газообразного топлива

Процесс горения газообразного топлива гомогенный, т. е. и топливо, и окислитель находятся в одном агрегатном состоянии и граница раздела фаз отсутствует. Для того чтобы началось горение, газ должен соприкасаться с окислителем. При наличии окислителя для начала горения необходимо создать определенные условия. Окисление горючих составляющих возможно и при относительно низких температурах. В этих условиях скорости химических реакций имеют незначительную величину. С повышением температуры скорость реакций возрастает. При достижении некоторой температуры газовоздушная смесь воспламеняется, скорости реакций резко возрастают и количество теплоты становится достаточным для самопроизвольного поддержания горения. Минимальная температура, при которой происходит воспламенение смеси, называется температурой воспламенения. Значение этой температуры для различных газов неодинаково и зависит от теплофизических свойств горючих газов, содержания горючего в смеси, условий зажигания, условий отвода теплоты в каждом конкретном устройстве и т. д. Например, температура воспламенения водорода находится -в пределах 820-870 К, а окиси углерода и метана - соответственно 870-930 и 1020-1070 К.

Горючий газ в смеси с окислителем сгорает в факеле. Факел - некоторый определенный объем движущихся газов, в котором протекают процессы горения. В соответствии с общими положениями теории горения различают два принципиально различных метода сжигания газа в факеле-кинетический и диффузионный. Для кинетического сжигания характерно предварительное (до начала горения) смешивание газа с окислителем. Газ и окислитель подаются сначала в смешивающее устройство горелки. Горение смеси осуществляется вне пределов смесителя. В этом случае скорость процесса будет лимитироваться скоростью химических реакций горения.

Диффузионное горение происходит в процессе смешивания горючего газа с воздухом. Газ поступает в рабочий объем отдельно от воздуха. Скорость процесса в данном случае будет ограничена скоростью смешивания газа с воздухом.

Разновидностью диффузионного горения является смешанное (диффузионно-кинетическое) горение. Газ предварительно смешивается с некоторым количеством воздуха. Этот воздух называется первичным. Образовавшаяся смесь подается в рабочий объем. Туда же отдельно от нее поступает остальная часть воздуха (вторичный воздух).

В топках котельных агрегатов чаще используются кинетический и смешанный принципы сжигания топлива. Диффузионный способ чаще всего используется в технологических промышленных печах.

Горение газа происходит в узкой зоне, называемой фронтом горения. Газ, предварительно перемешанный с окислителем, сгорает во фронте горения, который называется кинетическим. Этот фронт представляет собой поверхность раздела между свежей газовоздушной смесью и продуктами сгорания. Площадь поверхности кинетического фронта горения определяется скоростью химических реакций.

В случае диффузионного сжигания газа образуется диффузионный фронт горения, который является поверхностью раздела между продуктами сгорания и смесью газа с продуктами сгорания, диффундирующими навстречу потоку газа. Площадь поверхности этого фронта определяется скоростью смешивания газа с окислителем.

Важнейшей характеристикой горения газообразного топлива является скорость нормального распространения пламени - скорость, с которой перемещается фронт горения по нормали к своей поверхности в направлении набегающей газовоздушной смеси. Основными факторами, от которых (зависит скорость нормального распространения пламени, являются реакционная способность газа, его концентрация в смеси, температура предварительного подогрева смеси.

Другая важная особенность горения газовоздушных смесей - наличие концентрационных пределов. Различают нижний (НПВ) и верхний (ВПВ) концентрационные пределы воспламенения. Горение газа прекращается, если его концентрация в смеси будет меньше, чем концентрация на НПВ, или больше, чем на ВПВ. Это связано с тем, что при малых концентрациях газа теплоты становится явно недостаточно для поддержания реакции. При больших концентрациях газа ощущается нехватка окислителя, что приводит также к уменьшению количества теплоты и спаду температуры во фронте горения ниже температуры воспламенения.

Горение твердого топлива

Процесс горения состоит из следующих стадий:

Подсушка топлива и нагревание до температуры начала выхода летучих веществ;

Воспламенение летучих веществ и их выгорание;

Нагревание кокса до воспламенения;

Выгорание горючих веществ из кокса.

Из всех этих стадий определяющей является стадия горения коксового остатка, т. е. стадия горения углерода, интенсивность которой и определяет интенсивность топливосжигания и газификации в целом. Определяющая роль горения углерода объясняется следующим.

Во-первых, твердый углерод, содержащийся в топливе, является главной горючей составляющей почти всех натуральных твердых топлив. Так, например, теплота сгорания коксового остатка антрацита составляет 95% теплоты сгорания горючей массы. С увеличением выхода летучих веществ доля теплоты сгорания коксового остатка падает и в случае торфа составляет 40,5% теплоты сгорания горючей массы.

Во-вторых, стадия горения коксового остатка оказывается наиболее длительной из всех стадий и может занимать до 90% всего времени, необходимого для горения.

И, в-третьих, процесс горения кокса имеет решающее значение в создании тепловых условий протекания других стадий. Следовательно, основой правильного построения технологического метода сжигания твердых топлив является создание оптимальных условий для процесса горения углерода.

Горение жидкого топлива

Каждое жидкое горючее, так же как любое жидкое вещество, при данной температуре обладает определенной упругостью пара над своей поверхностью, которая увеличивается с ростом температуры.

Наибольшее практическое применение имеет метод сжигания жидкого топлива в распыленном состоянии. Распыление топлива позволяет значительно ускорить его сгорание и получить высокие тепловые напряжения объемов топочных камер вследствие увеличения площади поверхности контакта топлива с окислителем.

Температура кипения жидких топлив всегда ниже температуры их самовоспламенения, т. е. той минимальной температуры среды, начиная с которой топливо воспламеняется и в дальнейшем горит без постороннего теплового источника. Эта температура выше, чем температура воспламенения, при которой топливо горит только в присутствии постороннего источника зажигания (искры, раскаленной спирали и т. п.). Вследствие этого при наличии окислителя горение жидких топлив возможно только в парообразном состоянии. Это обстоятельство является важнейшим для понимания механизма процесса горения жидкого топлива. Процесс этот можно разделить на следующие стадии:

Нагревание и испарение топлива;

Образование горючей смеси (перемешивание паров топлива с окислителем);

Воспламенение горючей смеси;

Горение смеси.

Капля жидкого топлива, попавшая в нагретый объем, температура которого выше температуры самовоспламенения, начинает частично испаряться. Пары топлива смешиваются с воздухом, и образуется паровоздушная смесь. Воспламенение происходит в тот момент, когда концентрация паров в смеси достигнет величины, превышающей ее значение на нижнем концентрационном пределе воспламенения. Горение затем поддерживается самопроизвольно за счет теплоты, получаемой каплей от сжигания горючей смеси. Начиная с момента воспламенения скорость процесса испарения возрастает, так как температура горения горючей паровоздушной смеси значительно превышает начальную температуру объема, куда вводится распыленное топливо.

При зажигании жидкого горючего, имеющего свободную поверхность, загорается его пар, содержащийся в пространстве над поверхностью, образуя горящий факел. За счет тепла, излучаемого факелом, испарение резко увеличивается. При установившемся режиме теплообмена между факелом и зеркалом жидкости количество испаряющегося, а следовательно, и сгорающего горючего достигает максимального значения и далее остается постоянным во времени.

Температура жидкого горючего, при которой пары над его поверхностью образуют с воздухом смесь, способную воспламениться при поднесении источника зажигания, называется температурой вспышки.

Поскольку жидкие горючие сгорают в паровой фазе, то при установившемся режиме скорость горения определяется скоростью испарения жидкости с ее зеркала.

Процесс горения жидких горючих со свободной поверхности происходит следующим образом. При установившемся режиме горения за счет тепла, излучаемого факелом, жидкое горючее испаряется. В восходящий поток горючего, находящегося в паровой фазе, посредством диффузии проникает воздух из окружающего пространства. Полученная таким образом смесь образует горящий факел в виде конуса, отстоящего от зеркала испарения на 0,5-1 мм. Устойчивое горение протекает на поверхности, где смесь достигает пропорции, соответствующей стехиометрическому соотношению горючего и воздуха. Это предположение следует из тех же соображений, что и в случае диффузионного горения газа. Химическая реакция протекает в очень тонком слое фронта факела, толщина которого не превышает нескольких долей миллиметра. Объем, занимаемый факелом, зоной горения делится на две части: внутри факела находятся пары горючей жидкости и продукты сгорания, а вне зоны горения - смесь продуктов горения с воздухом.

Горение восходящих внутри факела паров жидких топлив можно представить состоящим из двух стадий: диффузионного подвода кислорода к зоне горения и самой химической реакции, протекающей во фронте пламени. Скорости этих двух стадий не одинаковы: химическая реакция при имеющих место высоких температурах протекает очень быстро, тогда как диффузионный подвод кислорода является медленным процессом, ограничивающим общую скорость горения. Следовательно, в данном случае горение протекает в диффузионной области, а скорость горения определяется скоростью диффузии кислорода в зону горения. Так как условия подвода кислорода к зоне горения при сжигании различных жидких горючих со свободной поверхности примерно одинаковы, следует ожидать, что скорость их горения, отнесенная к фронту пламени, т. е. к боковой поверхности факела, также должна быть одинаковой. Длина факела будет тем больше, чем больше скорость испарения.

Специфической особенностью горения жидких горючих со свободной поверхности является большой химический недожог. Химический недожог является прежде всего следствием общего или локального недостатка воздуха в зоне горения. Каждое горючее, представляющее собой углеродистое соединение при сжигании со свободной поверхности, имеет свойственную ему величину химического недожога, которая составляет, %:

для спирта......... 5,3

для керосина........ 17,7

для бензина........ 12,7

для бензола......... 18,5.

Картину возникновения химического недожога можно представить следующим образом: парообразные углеводороды при движении внутри конусообразного факела до фронта пламени при нахождении в области высоких температур при отсутствии кислорода, подвергаются термическому разложению вплоть до образования свободного углерода и водорода.

Свечение пламени обусловливается нахождением в нем частиц свободного углерода. Последние, раскалившись за счет выделяемого при горении тепла, излучают более или менее яркий свет. Часть свободного углерода не успевает сгорать и в виде сажи уносится продуктами сгорания, образуя коптящий факел. Кроме того, наличие углерода вызывает образование СО. Высокая температура и пониженное парциальное давление СО и СО2 в продуктах сгорания благоприятствуют образованию СО. Присутствующие в продуктах сгорания количества углерода и СО обусловливают величину химического недожога. Чем больше содержание углерода в жидком топливе и чем меньше он насыщен водородом, тем больше образование чистого углерода, ярче факел, больше химический недожог.

Таким образом, исследования горения жидких горючих со свободной поверхности показали, что:

Горение жидких топлив происходит после их испарения в паровой фазе. Скорость горения жидких топлив со свободной поверхности определяется скоростью их испарения за счет тепла, излучаемого зоной горения, при установившемся режиме теплообмена между факелом и зеркалом испарения;

Скорость горения жидких горючих со свободной поверхности растет с увеличением температуры их подогрева, с переходом к горючим с большей интенсивностью излучения зоны горения, меньшей теплотой парообразования и теплоемкостью и не зависит от величины и формы зеркала испарения;

Интенсивность излучения зоны горения на зеркало испарения, горящего со свободной поверхности жидкого горючего, зависит только от его физико-химических свойств и является характерной константой для каждого жидкого горючего;

Теплонапряжение фронта диффузионного факела над поверхностью испарения жидкого горючего практически не зависит от диаметра тигля и рода топлива;

Горению жидких горючих со свободной поверхности присущ повышенный химический недожог, величина которого характерна для каждого горючего.

Имея в виду, что горение жидких топлив происходит в паровой фазе процесс горения капли жидкого горючего можно представить следующим образом. Капля жидкого топлива окружена атмосферой, насыщенной парами этого горючего. Вблизи от капли по сферической поверхности устанавливается зона горения. Химическое реагирование смеси паров жидкого топлива с окислителем происходит весьма быстро, поэтому зона горения весьма тонка. Скорость горения определяется наиболее медленной стадией - скоростью испарения горючего. В пространстве между каплей и зоной горения находятся пары жидкого топлива и продукты горения. В пространстве вне зоны горения - воздух и продукты сгорания. В зону горения изнутри диффундируют пары топлива, а снаружи - кислород. Здесь эти компоненты смеси вступают в химическую реакцию, которая сопровождается выделением тепла. Из зоны горения тепло переносится наружу и к капле, а продукты сгорания диффундируют в окружающее пространство и в пространство между зоной горения и каплей. Однако механизм передачи тепла еще не представляется ясным.

Ряд исследователей считает, что испарение горящей капли происходит за счет молекулярного переноса тепла через застойную пограничную пленку у поверхности капли.

По мере выгорания капли из-за уменьшения поверхности общее испарение уменьшается, зона горения суживается и исчезает при полном выгорании капли.

Так протекает процесс горения капли полностью испаряющихся жидких топлив, находящейся в покое в окружающей среде или движущейся вместе с ней с одинаковой скоростью.

Количество кислорода, диффундирующее к шаровой поверхности при прочих равных условиях, пропорционально квадрату ее диаметра, поэтому установление зоны горения на некотором удалении от капли обусловливает большую скорость ее горения по сравнению с такой же частицей твердого топлива, при горении которой химическая реакция практически протекает на самой поверхности.

Скорость горения капли жидкого топлива определяется скоростью испарения, и время ее выгорания можно рассчитать на основе уравнения теплового баланса ее испарения за счет тепла, получаемого из зоны горения.

Таким образом, процесс горения жидкого топлива можно разбить на следующие фазы:

распыление жидкого топлива;

испарение и образование газовоздушной смеси;

воспламенение горючей смеси и горение последней.

Температура и концентрация газовоздушной смеси изменяются по сечению струи. По мере приближения к внешней границе струи температура повышается, а концентрация компонентов горючей смеси падает. Скорость распространения пламени в паровоздушной смеси зависит от состава, концентрации и температуры и достигает максимальной величины в наружных слоях струи, где температура близка к температуре окружающих топочных газов несмотря на то, что здесь горючая смесь сильно разбавлена продуктами сгорания. Поэтому воспламенение в мазутном факеле начинается у корня с периферии и затем распространяется вглубь струи на все сечение, достигая ее оси на значительном расстоянии от форсунки, равном перемещению центральных струй за время распространения пламени от периферии до оси. Зона воспламенения принимает форму вытянутого конуса, основание которого находится на малом расстоянии от выходного сечения амбразуры горелки.

Положение зоны воспламенения зависит от скорости смеси; зона занимает такое положение, при котором во всех ее точках устанавливается равновесие между скоростью распространения пламени и скоростью движения. Центральные струи, имеющие наибольшую скорость, затухают по мере продвижения в топочном пространстве, определяя длину зоны воспламенения местом, где скорость падает до абсолютной величины скорости распространения пламени.

Горение основной части парообразных углеводородов происходит в зоне воспламенения, занимающей наружный слой факела небольшой толщины. Горение высокомолекулярных углеводородов, сажи, свободного углерода и неиспарившихся капель жидкого топлива продолжается за зоной воспламенения и требует определенного пространства, обусловливая общую длину факела.

Зона воспламенения делит пространство, занимаемое факелом, на две области: внутреннюю и наружную. Во внутренней области протекает процесс испарения и образования горючей смеси.

Во внутренней области парообразные углеводороды подвергаются нагреву, который сопровождается окислением и расщеплением их. Процесс окисления начинается при сравнительно низких температурах - порядка 200-300°С. При температурах 350-400°С и выше наступает процесс термического расщепления.

Процесс окисления углеводородов благоприятствует последующему процессу горения, так как при этом выделяется некоторое количество тепла и повышается температура, а наличие кислорода в составе углеводородов способствует дальнейшему их окислению. Напротив, процесс термического расщепления является нежелательным, так как образующиеся при этом высокомолекулярные углеводороды сгорают трудно.

Из нефтяных топлив в энергетике применяется лишь мазут. Мазут представляет собой остаток от перегонки нефти при температуре порядка 300°С, но ввиду того, что процесс перегонки происходит не полностью, мазут при температурах ниже 300°С еще выделяет некоторое количество паров более легких погонов. Поэтому при входе распыленной струи мазута в топку и постепенном нагревании часть его превращается в пары, а часть еще может находиться в жидком состоянии даже при температуре порядка 400°С.

Поэтому при сжигании мазута необходимо способствовать протеканию окислительных реакций и всемерно препятствовать термическому разложению при высоких температурах. Для этого весь воздух, необходимый для горения, следует подавать в корень факела. В этом случае наличие большого количества кислорода во внутренней области будет, с одной стороны, благоприятствовать окислительным процессам, а с другой - понижать температуру, что обусловит расщепление молекул углеводородов более симметрично без образования значительного количества трудно сжигаемых высокомолекулярных углеводородов.

Смесь, получающаяся при сжигании мазута, содержит паро- и газообразные углеводороды, а также твердые соединения, образующиеся в результате расщепления углеводородов (т. е. все три фазы - газообразную, жидкую и твердую). Паро- и газообразные углеводороды, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь, горение которой может протекать по всем возможным способам горения газов. Аналогично сгорает и СО, образовавшийся при горении жидких капель и кокса.

В факеле зажигание капель осуществляется за счет конвективного нагрева; вокруг каждой капли устанавливается зона горения. Горение капли сопровождается химическим недожогом в виде сажи и СО. Капли высокомолекулярных углеводородов при горении дают твердый остаток - кокс.

Образующиеся в факеле твердые соединения - сажа и кокс сгорают так же, как происходит гетерогенное горение частиц твердого топлива. Наличие накаленных частиц сажи обусловливает свечение факела.

Свободный углеводород и сажа в среде с высокой температурой при наличии достаточного количества воздуха могут сгореть. В случае же местного недостатка воздуха или недостаточно высокой температуры они сгорают не полностью с определенной химической неполнотой горения, окрашивая продукты сгорания в черный цвет - коптящий факел.

Химический недожог, характерный для горения жидких топлив со свободной поверхности при сжигании их в факеле, соответствующими режимными мероприятиями может и должен быть сведен практически к нулю.

Таким образом, для интенсификации сжигания мазута необходимо хорошее распыление. Предварительный подогрев воздуха и мазута способствует газификации мазута, поэтому будет благоприятствовать зажиганию и горению. Весь воздух, необходимый для горения, следует подавать в корень факела. Температура в факеле должна поддерживаться на достаточно высоком уровне и для обеспечения интенсивного завершения процесса горения в конце факела должна быть не ниже 1000-1050°С.

Заключение

На основании выше сказанного можно сделать следующие выводы. Топливо - это вещество, которое при горении выделяет теплоту, из которой можно получить энергию. Топливо может быть в трех агрегатных состояниях: твердое, жидкое и газообразное, каждый из которых может иметь свой молекулярный состав. Процесс горения у этих видов топлива происходит по-разному. Так для твердого топлива процесс горения проходит следующие стадии: подсушка топлива и нагревание до температуры начала выхода летучих веществ; воспламенение летучих веществ и их выгорание; нагревание кокса до воспламенения; выгорание горючих веществ из кокса. Последняя стадия является основной, так как она определяет интенсивность топливосжигания и газификации в целом.

Жидкое топливо сжигают обычно в распыленном состоянии. Распыление топлива позволяет значительно ускорить его сгорание и получить высокие тепловые напряжения объемов топочных камер вследствие увеличения площади поверхности контакта топлива с окислителем. Горение жидких топлив происходит после их испарения в паровой фазе. Скорость горения жидких горючих со свободной поверхности растет с увеличением температуры их подогрева.

Сжигание газов производится в топочной камере, куда горючая смесь подается через горелки. В топочном пространстве в результате сложных физико-химических процессов образуется струя горящего газа, называемая факелом. В зависимости от способа подачи воздуха, необходимого для горения, возможны следующие виды сжигания газов: горение однородной газовой смеси, когда сжигается предварительно подготовленная горючая газовая смесь; диффузионное горение газов, когда газ и воздух подаются раздельно; горение смеси газов с недостаточным количеством воздуха, когда газ подается в смеси с воздухом, но количество последнего недостаточно для полного сгорания.

Горение всех видов топлив позволяет получать тепловую энергию, которая может быть полезна во всех отраслях промышленности, но также это приводит к неблагоприятным последствиям, так как при горении в атмосферу попадают вредные вещества.

Также стоит отметить условное топливо, которое позволяет сопоставить тепловую ценность различных видов органического топлива.

Список литературы

1. Оптимизация городского газоснабжения (Ляуконис А. Ю.) Рецензент доктор техн. наук, проф. А. Ю. Гарляускас Л.: Недра, 1989

Теплотехническое оборудование, Цыпков В.Ш. Фокин К.Ф; Москва «Стройиздат», 1973

Интернет-ресурс: www.knowhouse.ru

Интернет-ресурс: www.belenergetics.ru

Интернет-ресурс: www.xumuk.ru/teplotehnika/051

Интернет-ресурс: www.bibliotekar.ru/spravochnik-4/27

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Тема 1. Генерация и утилизация теплоты

Лекция 1

§ 1. Классификация топлива. Показатели качества топлива

Твердое топливо: а) естественное
Некоторые металлургические печи отапливаются
пылеуглём, но чаще уголь используют как сырье
для получения искусственных газов, применяемых
впоследствии для отопления печей.
б) искусственное
Кокс – пористые, механически прочные куски серого
цвета, получаемые при нагревании измельченного
каменного угля без доступа воздуха до температуры
950-1050 оС. Это наиболее дорогое из всех видов
металлургического топлива.
Иногда вместо кокса используют термоантрацит,
получаемый при термической обработке
продуваемого водяным паром антрацита
(высококачественного угля, при горении которого
не образуются углеводороды, и который горит,
поэтому, коротким пламенем и бездымно).

Из всех видов жидкого топлива
в металлургии используют в основном
мазут – остаток фракционной
перегонки нефти после отгонки
бензина, лигроина, керосина
и газойля.
Мазут сгорает почти полностью, так как
имеет малую зольность; он немного
легче воды. Качество мазута
характеризуется температурой
вспышки и застывания. Температура
вспышки, – при которой пары мазута
в смеси с воздухом вспыхивают
при приближении пламени;
эта температура значительно ниже
температуры воспламенения, при
которой жидкий мазут воспламеняется
самопроизвольно, без воздействия
постороннего пламени. Температура
застывания зависит от содержания
парафина в мазуте.

Газообразное топливо – основной вид применяемого
в металлургических печах органического топлива.
Его достоинства: удобство транспортировки, легкость
в управлении процессом горения и возможность
создания газовых смесей, обладающих различной
теплотой сгорания. Недостатки: низкая плотность
и взрывоопасность.
а) естественное
Различают природный газ вулканического
происхождения, почти полностью состоящий
из метана CH4, и попутные газы нефтяных
месторождений, в состав которых входят и другие
углеводороды.

б) искусственное
Побочными продуктами производства являются
коксовый и доменный газы, состоящие,
соответственно, в основном из H2, CH4, CO и из N2,
CO, CO2.
Генераторный газ получают путем газификации,
т.е. превращения твердого или жидкого топлива
в горючий газ при неполном окислении воздухом,
кислородом или водяным паром при высокой
температуре. Генераторный газ содержит CO и H2 –
продукты восстановления CO2 и H2O углеродом
газифицируемого топлива (угля, мазута, кокса).
Установка по газификации
твердого топлива
производства ФГУП «НПЦ
газотубостроения «Салют»»

Химический анализ позволяет определить
элементарный химический состав топлива:
C + H + O + N + SЛ + A + W = 100 % по массе,
органическая
горючая
сухая
рабочая масса
где A – зола, W – влага.
Находящаяся в топливе
сера делится на летучую
(горючую) и минеральную
(негорючую), входящую
в состав золы.
Горючая сера

Теплота сгорания топлива – количество
теплоты, выделяющееся при полном
сжигании 1 кг или 1 м3 топлива, Дж/кг
(Дж/м3).
Высшая теплота сгорания QВР - количество


водяные пары конденсируются в зоне
горения и находятся при 0 оС
(фактическое количество теплоты
меньше).
Низшая теплота сгорания QНР - количество
теплоты, выделяющееся при сгорании
единицы топлива при условии, что
испаряющаяся в процессе горения влага
находится в продуктах сгорания в виде
пара, охлажденного до 20 оС.

Теплота сгорания различных видов топлива колеблется
в широких пределах. Для мазута, например, она
составляет свыше 40 МДж/кг, а для доменного газа –
около 4 МДж/м3.
Для сравнительной оценки различных видов топлива
вводят понятие условного топлива, для которого
низшая теплота сгорания
QНР = 29,3 МДж/кг.

§ 2. Кинетический и диффузионный режимы горения топлива

Горение заранее подготовленной смеси топлива
с воздухом или кислородом называют кинетическим;
а горение, протекающее одновременно
со смесеобразованием – диффузионным.
Гомогенное и гетерогенное горение –
соответственно, горение газа
и горение твердого или жидкого
топлива. Гетерогенное горение
включает в себя элементы
гомогенного. Например,
при нагреве частицы угля перед
ее воспламенением из нее
Зажигательная поверхность
выделяются летучие вещества,
спичечного коробка покрыта
которые, смешиваясь с кислородом, смесью красного фосфора
и порошка стекла. В состав
сгорают в режиме гомогенного
спичечной головки входят
окислители (PbO2, КСlО3,
горения; таким образом, процесс
ВаСrO4) и восстановители
горения протекает только
(S, Sb2S3).
на границе раздела фаз.

Рассмотрим гомогенное горение как более общее.
Коэффициент расхода воздуха
VВД
n Т –
VВ
отношение действительного расхода воздуха,
затрачиваемого для сжигания единицы топлива,
к стехиометрическому (теоретически необходимому).
Например, из реакции горения метана
CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O
видно, что для полного сгорания 1 м3 метана
необходимо подавать 2 м3 кислорода. Если кислорода
подают на 5 % больше, то n = 1,05.
Коэффициент расхода воздуха является важнейшим
параметром, путем изменения которого регулируют
процесс горения: температуру горения, количество
и химический состав продуктов сгорания,
устойчивость процесса горения.

Пламя представляет
собой светящуюся газовую
оболочку, в которой
происходит
экзотермическая реакция
газообразных продуктов
разложения материала
с окислителем.
Сгорание топлива в пламенных печах
производится в факеле.
Факел – это состоящая
из компонентов с различными
физическими свойствами
(топливо, воздух и продукты
сгорания) струя, в пределах
которой осуществляется горение.
Фронт пламени – зона интенсивной
реакции и резкого возрастания
температуры. Фронт пламени
делит факел на две зоны:
внутреннюю и внешнюю.
Во внутреннюю зону подается
топливо и окислитель,
либо только топливо; туда же
диффундирует из пламени часть
высокотемпературных продуктов
сгорания. Во внешней зоне
находятся продукты сгорания,
либо продукты сгорания
и окислитель (при n > 1).

Рассмотрим кинетический ламинарный факел, который
образуется при горении струи топлива и окислителя,
истекающей из трубы в неограниченный объем
воздуха. Если сбоку к срезу трубы поднести
запальник, то произойдет зажигание горючей смеси.
Образуется тонкий фронт пламени в виде конической
поверхности:
wi
wn
un
R
i
lф
w
w0
горючая смесь

Пламя с нормальной скоростью распространения
пламени un, зависящей от физико-химических свойств
горючей смеси, распространяется навстречу
движению струи и к ее оси.
На некотором расстоянии от среза трубы по периметру
вытекающей струи образуется зажигающее кольцо –
устойчивое кольцо пламени с диаметром, меньшим
диаметра выходного отверстия трубы, служащее
естественным запальником для свежей смеси.
У стенок трубы (ниже зажигающего кольца) смесь
охлаждается из-за теплоотвода через стенки трубы
и примешивания холодного воздуха из окружающей
среды – это приводит к снижению нормальной
скорости распространения пламени, и пламя сюда
не проникает. В процессе распространения
от зажигающего кольца к центру струи пламя
одновременно относится движущейся смесью
и достигает оси трубы на некотором расстоянии
от среза трубы, называемом длиной факела lФ.

Условием устойчивости фронта пламени является
un = wn = wi cos i,
где wn – проекция вектора скорости смеси в i–той точке
wi на нормаль к элементу фронта пламени в этой
точке, м/с;
i – угол между вектором скорости нормального
распространения пламени и вектором скорости смеси
в i–той точке.
Начиная с определенного значения средней скорости
горючей смеси на выходе из горелки w0, произойдет
отрыв пламени. Это произойдет в тот момент, когда
нарушится условие равновесия применительно
к зажигающему кольцу. При увеличении w0 возрастает
количество смеси, проходящее через единицу
поверхности зажигающего кольца, следовательно,
уменьшается температура кольца и скорость
нормального распространения пламени в нем. Это
на фоне увеличения w0 приводит к отрыву пламени.

Верхний по скорости предел устойчивости пламени –
предельно большая скорость потока, при которой
горение устойчиво.
Нельзя допускать и проскока пламени – его
проникновения в трубу при слишком значительном
уменьшении скорости смеси. Нижний по скорости
предел устойчивости пламени – предельно малая
скорость истечения горючей смеси, при которой
еще не наступает проскок.

Определим, от чего зависит длина факела при устойчивом
горении, для этого примем, что радиус зажигающего
кольца примерно равен радиусу выходного отверстия
трубы. Тогда время, в течение которого пламя
распространится от границы струи до ее оси,
R
t .
un
За это же время пламя сместится вдоль оси факела
на расстояние, равное длине факела:
w0 R
,
lф w t w0 t
un
где w – средняя по сечению скорость движения газов
в пределах факела м/с.
Таким образом, длина факела зависит от радиуса
среза трубы, средней скорости истечения, а также
от температуры и состава смеси (от этих факторов
зависит величина un).

Рассмотрим диффузионный ламинарный факел.
Пусть из трубы подается ламинарная струя топлива,
которое в пограничном слое при помощи
молекулярной диффузии и конвекции
перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь.
Если к периферии струи поднести запальник,
то по ее периметру возникнет зажигающее кольцо
и сформируется фронт пламени конической формы:
4
3
2
1
газ
1 – потенциальное
ядро потока,
2 – топливновоздушная смесь,
3 – фронт пламени,
4 – смесь
продуктов сгорания
и воздуха
Все горючие твердые вещества
подразделяются на два класса:
безгазовые и газофицирующиеся
при горении.
К веществам и материалам
первого класса, не образующим
при горении газообразных
продуктов, могут быть отнесены
различные термитные смеси,
продуктами сгорания которых
являются нелетучие
конденсированные вещества оксиды металлов.
Подавляющее большинство
твердых веществ и материалов
относятся ко второму классу.

Предположим, что фронт образовался в точках
пространства, куда горючее поступает в избытке
(n < 1). В этом случае часть горючего пройдет сквозь
фронт в окружающую среду, смешается там
с кислородом и сгорит, при этом приход кислорода
во фронт еще больше сократится. Очевидно, в таких
условиях фронт пламени не может быть устойчивым.
Подобным образом можно доказать, что фронт
пламени не может быть устойчивым в точках, куда
кислород поступает в избытке (n > 1).
Так как зажигающий пояс находится на границе струи
с окружающей средой, то есть в зоне с очень низкими
скоростями, то его устойчивость высока. Проскок же
вообще невозможен, поскольку через трубу подается
чистый газ.

Время, в течение которого завершится
формирование факела, равно времени диффузии
воздуха от периферии к оси струи:
R2
,
t
2 D
где R – радиус трубы, м;
D – коэффициент диффузии, м2/c.
Длина факела
R 2 w0 .
lф w t w0 t
2 D
Учтем, что секундный расход газа через трубу
V = w0 R2 w0
Окончательно имеем
V
lф
.
D
V
.
2
π R

Расчет горения топлива включает в себя следующие
этапы.
1. Определение расхода воздуха на горение.
Производится по содержанию избыточного кислорода
в продуктах сгорания, %:
21
,
21 O2 ИЗБ
где 21 - % кислорода в земной атмосфере.
n
SPC-93-1195 - Сигнализатор
газа O2, газоанализатор
стационарный

2. Определение количества и состава продуктов сгорания.
Производится на основании уравнений горения.
Рассмотрим пример горения метана при подаче
теоретического количества воздуха:
При сгорании 1 м3 метана образуется 1 м3 CO2 и 2 м3 H2O.
Кроме того, с воздухом вносится
2 3,762 = 7,524 м3 азота.
Таким образом, полное количество продуктов сгорания:
1 + 2 + 7,524 = 10,524 м3.

Состав продуктов сгорания в объемных процентах:
1
100 9,5 ;
10,524
2
100 19 ;
H 2O . . .
10,524
CO2 . . .
N2 . . .
7,524
100 71,5 .
10,524
Если бы сжигание метана производилось с n > 1,
то общее количество продуктов сгорания возросло бы
из-за увеличения количества N2 и наличия
избыточного О2 в продуктах сгорания.
Правильность расчета подтверждается составлением
материального баланса в единицах массы, так как
объемы реагирующих веществ могут быть не равны
объемам полученных при горении соединений.

3. Расчет температуры горения.
Калориметрической называется температура, которая
могла бы быть достигнута при условии, что вся теплота,
выделившаяся при горении, использована только
на нагрев продуктов сгорания:
QНР
tК
,
vД c
где vД – объем дыма, образующегося при сгорании единицы
топлива, м3/м3 (кг/м3);
с – удельная теплоемкость продуктов сгорания, Дж/(м3 оC).
Горение свечи является примером процессов
горения плавящихся материалов, которым
пламя дает теплоту, достаточную
для их плавления, испарения и разложения.
Парафиновая свеча имеет минимальную
температуру 1400°С.

Из-за частичной диссоциации CO2 и H2O, сопровождаемой
поглощением теплоты, теоретическая температура
всегда ниже калориметрической:
tТ
QНР QДИСС
vД c
,
где QДИСС – определяемое расчетным путем количество
теплоты, израсходованное на протекание процесса
диссоциации.
Из-за нагрева стен печи и заготовок действительная
температура еще меньше:
tД
QНР QДИСС QПОТ
,
vД c
где QПОТ – количество теплоты, отдаваемое продуктами
сгорания.

Величина QПОТ зависит от условий теплообмена
продуктов сгорания с окружающей средой
и оценивается с помощью выражения
tД = tК ПИР,
где ПИР = 0,65 0,8 – зависящий от конструкции печи,
ее теплового режима и определяемый
экспериментальным путем пирометрический
коэффициент.
Величина действительной температуры дает оценочную
характеристику условий теплообмена при сжигании
топлива в рабочем пространстве печи.

§ 3. Конструкции и схема выбора устройств для сжигания топлива

Для сжигания газообразного топлива применяются
устройства, называемые горелками. По принципу
смешения газа с воздухом их делят на две группы:
с предварительным и с внешним смешением.
Внутри каждой группы классификация производится
по конструктивным признакам, которые обусловлены
способом образования смеси.
Наиболее распространенные горелки
с предварительным смешением – инжекционные,
использующие инжектор – устройство, в котором
вытекающая из сопла струя газа увлекает за собой
окружающий воздух, и перемешивание газа и воздуха
достаточно полно происходит в смесительной трубе
до попадания в печь.

Рассмотрим истечение турбулентной струи газа
в открытую с обоих торцов цилиндрическую камеру:
В
Г
В
До соприкосновения со стенами камеры струя ведет
себя как свободная, увлекая окружающий воздух
через входной торец камеры. В связи с ограниченным
проникновением окружающей среды кинетическая
энергия струи не может быть полностью
израсходована, и потому она частично превращается
в потенциальную энергию давления, – струя топлива
совершает работу противодавления, нагнетая
подготовленную смесь в рабочее пространство печи.
В работе инжекционных горелок существенную роль
играет туннель, стенки которого в процессе горения
раскаляются, что обеспечивает поджигание новых
порций газо-воздушной смеси и способствует
устойчивому горению.

Инжекционная газовая
горелка вихревая (ГГВ)
низкого и среднего
давления ООО «ПКФ
«СпецКомплектПрибор»»
Достоинства горелок с предварительным смешением:
1) малая величина коэффициента расхода воздуха,
что обеспечивает наивысшую температуру горения
для данного топлива по сравнению с другими
горелками; 2) автоматическое поддержание
постоянного соотношения расходов газа и воздуха;
3) отсутствие воздухопроводов.

Широко распространенной горелкой
без предварительного смешения является
двухпроводная. По наружной трубе подается воздух,
образующий облекающий поток по отношению к газу,
который подается по внутренней трубе:
В
Г
В турбулентных двухпроводных горелках воздушная струя
закручивается по отношению к газовой, что способствует
улучшению перемешивания топлива и окислителя.
Плоскопламенные горелки создают разомкнутый факел
с углом раскрытия 180о, растекающийся тонким слоем
и прилегающий к поверхности кладки печи, в которую
вмонтирована горелка. При этом не только придается
вращательное движение воздушному потоку,
но и применяются специальной формы горелочные
камни и рассекатели.

Плоскопламенная
горелка (FFB),
Hotwork
Combustion
Technology
Limited,
Великобритания
Горелки дутьевые типа
"труба в трубе"
Уфалейского завода
металлоизделий
(г. Верхний Уфалей
Челябинской области)
"Горящее гало". Мощная промышленная горелка,
работающая в относительно слабом режиме.
Chuck Baukal/John Zink Company
Достоинства горелок без предварительного
смешения: 1) возможность создания факела
специальной формы; 2) возможность подогрева
воздуха; 3) компактность.

Турбулентные горелки выбирают следующим образом:
Р
1. Зная теплоту сгорания QН и часовой расход топлива B
на горелку, определяют ее теплопроизводительность
Q B QНР.
2. По величине Q, задаваясь скоростью выхода топлива
из горелки (20 30 м/с), с помощью специальной
номограммы определяют диаметр горелки D.
3. Определив D, по перечисленным выше данным находят
все необходимые размеры горелки.
4. Действительное давление газа и воздуха определяют
по формулам:
pГ = Г pГ, pВ = В pВ,
где pГ и pВ – расчетное динамическое давление газа
и воздуха;
Г = 0,7 0,8 и В = 2,5 3 - коэффициенты потерь.

В случае если не допустим контакт нагреваемого
металла с продуктами сгорания, сжигание газа
производят в радиантных трубах, выполненных
из жаростойких сталей, а рабочее пространство печи
заполняют защитным газом.
Радиационная труба
производственноинжиниринговой
компании «ПЕРОЛ»
Радиантная труба
ООО «Воткинский
завод ТО» (Удмуртия)

Жидкое топливо сжигают с помощью форсунок,
обеспечивающих дробление мазута на мелкие капли
перед его сжиганием, для чего используется энергия
самого распыляемого топлива, либо вентиляторного
воздуха, либо газообразного распылителя высокого
давления: компрессорного воздуха, водяного пара.
Твердое топливо сжигают в пылеугольных горелках.
Жидкотопливная горелка
R20-30 немецкого
производителя Giersch
Пылеугольная горелка
ООО НТФ "ЭНЕРГОМАШинжиниринг" (г. Таганрог)

§ 4. Тепловые эквиваленты сырьевых материалов шихты

Шихтовые материалы могут выполнять функцию
технологического топлива в случае,
когда количество выделившейся в результате
экзотермических реакций теплоты сопоставимо
с энергетическими затратами на осуществление
технологического процесса. Процессы, протекающие
за счет химической энергии сырьевых материалов,
называют автогенными.
Примером технологического топлива могут служить
сульфидные материалы, применяемые при выплавке
меди. Их энергообразующими компонентами
являются Fe и S, входящие вместе с Cu в сложные
химические соединения.
Пирит FeS2
Халькопирит
CuFeS2

Состав шихты, как правило, задают содержанием
S и Cu, тогда теплота сгорания шихты
QХШ = 119,4 S – 12,4 Cu ,
где S и Cu – содержание серы и меди в шихте,
выраженное в % от массы.
Эта формула получена перемножением величины
тепловых эффектов реакций
на соответствующие им количества
энергообразующих компонентов и сложением
полученных результатов. Знак «–» перед
вторым слагаемым обусловлен тем,
что восстановление сульфида меди оксидом
меди является эндотермической реакцией.

Для сравнения потенциальных энергетических
возможностей сырьевых материалов и топлива
и оценки их взаимозаменяемости в условиях
конкретного технологического процесса используют
понятие топливного эквивалента шихты,
который показывает, какое количество условного
топлива заменяет тонна шихты.
Тепловым эквивалентом шихты называют
количество теплоты, используемое на протекание
технологического процесса, из общего количества
теплоты, выделившейся при окислении единицы
массы шихты, кДж/кг. Перегрев содержащихся
в печи материалов ведет к нарушению
технологического режима и поэтому из общего
количества теплоты, полученного за счет химической
энергии сульфидов, в печи может быть использована
только ее часть.

Используют понятия теплогенерационной
и теплообменной составляющей теплового эквивалента
шихты, которые соответственно показывают, какое
количество теплоты, используемой в печи, подводится
к продуктам плавки в процессе теплогенерации
и за счет теплообмена.
Известно, что продукты окисления сульфидов получают
теплоту непосредственно при протекании
экзотермических реакций, и потому считается,
что скорость подвода теплоты к веществам, участвующим
в реакциях окисления, определяется скоростью
теплогенерационных процессов. К остальным материалам
теплота подводится от продуктов окисления сульфидов
за счет теплообмена: таким образом, скорость подвода
теплоты к флюсам и породообразующим компонентам
определяется интенсивностью протекающих в печи
теплообменных процессов.

§ 5. Генерация теплоты за счет электрической энергии

При наложении электромагнитного поля в проводящей
среде электроны проводимости обусловливают ток
проводимости:
J N e e v Д,
где – вектор плотности тока проводимости, А/м3;
Ne – плотность электронов проводимости, м-3;
e = 1,602 10-19 Кл – заряд электрона;
vД 10-3 10-5 м/c – скорость «дрейфа» электронов.
При неупругом взаимодействии электроны передают
избыток кинетической энергии ионам, увеличивая
амплитуду их колебаний, что и определяет
повышение температуры, то есть нагрев вещества.

Если прохождение тока проводимости не связано
с изменением структуры вещества и не сопровождается
химическими реакциями, то, В соответствии с законом
Джоуля-Ленца, внешняя работа электрических сил
целиком идет на изменение тепловой энергии
в единице объема нагреваемого вещества:
N e v Д F qV ,
где F – сила, действующая на электрон, Н;
qv – удельная скорость преобразования энергии, Вт/м3.
Последнее выражение выражает закон теплового
действия тока проводимости и является частным
случаем закона сохранения энергии.
Теплотехнические возможности теплогенерации по закону
Джоуля-Ленца зависят от: 1) способа подвода
электромагнитной энергии; 2) степени равномерности
qv в объеме нагреваемого тела.

Джеймс Прескотт ДЖОУЛЬ (1818–
1889) – английский физик. Изучал
природу тепла и обнаружил ее связь
с механической работой. Это привело
к теории сохранения энергии, что,
в свою очередь, привело к разработке
первого закона термодинамики.
Он работал с лордом Кельвином
над абсолютной шкалой
температуры, делал наблюдения
над магнитострикцией (изменение
объема и линейных размеров тела
при изменении состояния его
намагниченности), открыл связь
между током, текущим через
проводник с определенным
сопротивлением и выделяющейся
при этом теплотой, названный
законом Джоуля (1841).
Эмилий Христианович ЛЕНЦ (1804–1865) –
знаменитый русский физик. Работал
в области электромагнетизма.
Важнейшие результаты его исследований
излагаются и во всех учебниках физики. В их
числе закон индукции (правило Ленца), по
которому направление индукционного тока
всегда таково, что он препятствует тому
действию (например, движению), которым
он вызывается (1834) и закон Джоуля и
Ленца: количество теплоты, выделяемое
током в проводнике, пропорционально
квадрату силы тока и сопротивлению
проводника (1842).

Возможно 2 способа прямого подвода энергии:
1) кондукционный, когда вектор напряженности
электрического поля E , В/м, направлен вдоль оси
нагреваемого электропроводного тела (т.е. ток
проводимости направлен вдоль оси нагреваемого
тела);
2) индукционный, когда вектор E направлен по нормали
к оси и переменное электромагнитное поле
индуцирует вихревые токи проводимости.
Когда невозможно обеспечить удовлетворительный
нагрев, диссипацию энергии обеспечивают косвенной
теплогенерацией, для чего используют электрические
нагреватели.

Существуют 3 группы электронагревателей:
1. Металлические из хромоникелевых (нихром) и
железохромоалюминиевых (фехраль) сплавов, имеющие
предельную рабочую температуру 800–1200 оС.
В современных электропечах сопротивления используют:
- проволочные
спиральные,
- ленточные
зигзагообразные
и проволочные зигзагообразные нагреватели.

2. Керамические (карборундовые) из SiC применяют
в тех случаях, когда необходимо иметь температуру
нагревателя 1250–1450 оС. Их изготавливают в виде
трубок.
3. Металлокерамические нагреватели из дисилицида
молибдена MoSi2 имеют предельную рабочую
температуру 1450–1680 оС. Наиболее употребительная
форма таких нагревателей – U-образная.
Карборундовые
нагреватели.
Размер: 26х400мм
и 38х400мм,
L=1200мм
Нагреватели
из дисилицида
молибдена

Алгоритм расчета нагревателей:
1. Находят рабочую температуру
tН tМКОН + 100 оС.
2. Выбирают материал и определяют величину
его удельного электросопротивления, Ом м.
3. По формуле для плотности результирующего
теплового потока в системе 2 параллельных
поверхностей находят удельную поверхностную
мощность идеального нагревателя, т.е. такого,
который не излучает сам на себя:
ω ИД
σ 0 TН4 TМ4
1
1
1
εН εМ
, Вт/м2.

5. Выбирают тип электрического соединения
нагревателей и находят величину фазового
напряжения. При схеме соединения «треугольник»
фазовое напряжение равно сетевому UФ = UС.
При схеме соединения «звезда»
UС
.
UФ
3
6. По величинам мощности печи N, UФ, и
рассчитывают размеры нагревателей и выбирают
их количество.
Генерация теплоты по закону Джоуля-Ленца имеет
место в индукционных печах и печах сопротивления
прямого и косвенного действия.

Генерация теплоты за счет ускорения потока электронов
основана на явлении термоэлектронной эмиссии –
испускании электронов нагретыми телами, например,
металлопленочными катодами из тугоплавких металлов
с пленкой из щелочных, щелочноземельных
и редкоземельных металлов (элементы I-III групп
периодической системы), помещенными
в электрическое поле. Поступающие в межэлектродный
промежуток электроны формируются в электрополе
в виде направленного потока быстролетящих
(со скоростью 100 тыс. км/с) электронов,
называемого электронным лучом.
Во избежание рассеяния приобретенной кинетической
энергии электроны не должны сталкиваться
с молекулами газовой среды, для чего обеспечивают
распространение потока электронов в вакууме.

Мощность электронного луча
P I А U А k U А5 / 2 ,
где I А k U А3 / 2 – сила тока переноса в вакууме,
связанная с величиной ускоряющего напряжения UА
так называемым «законом трех вторых» в отличие
от закона Ома;
k – постоянная, характеризующая размеры и форму
катода и анода.
Из-за соударения электронного луча со связанными
электронами нагреваемого вещества возможно
возникновение рентгеновского излучения, по этой
причине ограничивают величину UА (не более 35 кВ).
Возможность управления движением электронов
позволяет фокусировать и перемещать электронный луч
по поверхности нагрева, создавая заданную плотность
теплового потока.
Способ применяют в электронно-лучевых печах.

Теплогенерация за счет электрических разрядов в газах
заключается в осуществлении разряда путем разрушения
нейтральных молекул под действием электромагнитного
поля. При этом образуется плазма – частично или
полностью ионизованный газ. В металлургии используют
так называемую низкотемпературную плазму с
температурой 5 20 тыс. К (высокотемпературная плазма
с температурой свыше 100 тыс. К является объектом
исследований по управляемому термоядерному синтезу).
Суммарные энергозатраты на создание электрического
разряда в газах
WΣ = WЭ + WД + WИ,
где WЭ – энергия, идущая на увеличение энтальпии газа;
WД – энергия, идущая на диссоциацию многоатомных
молекул;
WИ – энергия, идущая на ионизациюю, т. е. отрыв
электронов.

Удельная энтальпия плазмы ступенчато возрастает при
увеличении температуры. При относительно низкой
температуре идет процесс диссоциации многоатомных
газов (например, черырехокись азота распадается
на 2 радикала двуокиси, имеющие на внешнем уровне по
одному неспаренному электрону: N2O4 2 NO2), а затем,
при дальнейшем возрастании температуры, происходит
ступенчатая ионизация с образованием одно-, двухи более зарядных ионов. Образование многозарядных
ионов происходит лишь при температуре > 30 тыс. К.
Чаще всего применяют дуговой (в плавильных печах) и
коронный разряд (в так называемых электронно-ионных
технологических процессах и для ионизации аэрозолей
при очистке дыма). В промышленности применяют также
искровой (для электроэрозионной обработки металлов)
и тлеющий разряд (для распыления металлов при
производстве полупроводников и сверхпроводников).

Ионизатор воздуха
"Аэроион-25"
(модификация
"Ромашка"),
использующий
коронный
электрический
разряд
Дуговой электрический
разряд в ксеноновой лампе
Молния – искровой
электрический разряд в атмосфере
Огни святого Эльма тлеющий электрический разряд

Топливо - это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии.

Классификация . По физическому состоянию топливо бывает твердое, жидкое, газообразное. Стекловаренные печи работают на жидком и газообразном топливе.

К топливу, используемому для стекловаренных печей, предъявляют ряд требований: при сгорании оно должно выделять значительное количество тепла на единицу своей массы или объема, не должно выделять газов, вредно действующих на здоровье людей, а также отрицательно влияющих на материалы топок и печей, должно быть удобным для транспортирования и сжигания.

Основной характеристикой топлива является его теплотворность Q. Теплотворностью топлива называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема топлива (1 кг жидкого топлива или 1 м 3 газообразного). Теплотворность измеряется в ккал/кг или ккал/м 3 (в СИ - кДж/кг, кДж/м 3).

Теплотворность различных видов топлива колеблется в широких пределах - от 1000 до 10 000 ккал/кг.

По происхождению топливо подразделяется на естественное и искусственное. Последнее получается в результате переработки естественного топлива. В табл. 3 приводится классификация промышленного топлива.

В промышленности используют твердое, жидкое и газообразное топливо. Различают природное топливо, добываемое на поверхности земли или в ее недрах, и искусственное, получаемое путем переработки природного.

К главным требованиям, предъявляемым к технологическому топливу, относятся: низкая стоимость добычи, низкая стоимость транспортирования, удобство применения, возможность использования с высоким коэффициентом полезного действия, малое содержание вредных примесей.

Различные виды топлива (твердое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся теплота сгорания и влажность, к специфическим - зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства.

Теплота сгорания - количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 м 3 топлива. Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его теплотой сгорания.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Низшая теплота сгорания отличается от высшей количеством теплоты, затрачиваемой на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании водорода. Низшую теплоту сгорания учитывают для подсчета потребности в топливе и его стоимости при составлении тепловых балансов и определении коэффициентов полезного действия установок, использующих топливо. При сопоставлении различных видов топлива пользуются понятием условного топлива, характеризующимся низшей теплотой сгорания, равной 29 МДж/кг.

Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания вследствие увеличенного расхода теплоты на испарение влаги и увеличения объема продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).

Зольность - количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания вследствие уменьшения содержания горючих компонентов (основная причина) и увеличения расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы.

Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стекол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла.

Состав топлива . Топливо различных видов, месторождений и шахт различается по своему составу. При рассмотрении твердого и жидкого топлива принято различать следующие его составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот, золу и влагу. Применительно к газообразному топливу под составом понимают в основном: оксид углерода, водород, метан, этан, пропан, бутан, этилен, бензол, сероводород и др. Входящие в состав топлива кислород и азот относят к внутреннему органическому балласту топлива, а золу и влагу - к внешнему.

Состав твердого и жидкого топлива выражают в процентах по массе, газообразного - в процентах по объему.

Твердое и жидкое топливо состоит из горючей и негорючей частей. К горючей части топлива относят углерод, водород, кислород, азот и серу. Кислород и азот не горят; их включают в состав горючей массы условно. Поэтому горючую часть топлива называют условно горючей массой. Негорючая часть топлива - балласт - состоит из влаги и золы. Органическую массу топлива составляют углерод, кислород и азот.

Топливо в том виде, в каком оно поступает в топки печи для сжигания, носит название рабочего топлива. Ввиду того что содержание в нем влаги может колебаться в широких пределах, состав топлива часто характеризуют его сухой массой.

Для обозначения состава, к которому относится содержание того или иного элемента в топливе, применяют индексы о, г, с и р, которые читаются соответственно: о - органическая масса; г - горючая масса; с - сухое топливо; р - рабочее топливо. Например, CO - содержание углерода в органической массе; Sr - содержание серы в условно горючей массе; Ас - содержание, золы в сухом топливе; Wp - содержание влаги в рабочем топливе.

Дизельное топливо по популярности уступает бензину, но продолжает использоваться в двигателях самых разных типов. При этом обладает множество неоспоримых достоинств перед другими видами топлива. Имеются определенные особенности дизеля. В первую очередь это касается классификации.

Ранее дизельное топливо чаще использовалось для заправки двигателей тракторов, а также аналогичной техники. Причиной тому является более низки расход топлива на каждый мотто-час, потери мощности по сравнению с бензиновыми двигателями незначительные. Ещё одна причина распространенности дизельных моторов – экологическая и пожарная безопасность. Так как взрывы, возгорания газового оборудования происходят на порядок чаще.

Дизельное топливо является продуктом нефтяной промышленности. Появление его стало следствием возникновения необходимости двигателей максимально эффективных и, в то же время, достаточно мощных. Рудольф Дизель, чьим именем называется данный вид топлива, не является первооткрывателем. Двигатель, работающим на солярке, был разработан ещё в 1860 году. Но по ряду причин использование его не имело экономического смысла.

В то же время на рубеже XIX и XX веков германии срочно потребовались моторы, работающие на более дешевом топливе, альтернативном бензину и светильному газу. Решением стало изобретение Рудольфа Дизеля, который доработал ранее уже разработанную другим ученым конструкцию. Изначально дизельный генератор, ставший прообразом современного дизельного двигателя, имел всего 2 цилиндра. В дальнейшем было добавлено ещё 2.

Существует несколько альтернативных названий дизельного топлива. Одно из таковых – солярка. Произошло данное слово от немецкого Solarol – солнечное масло. Ранее именно так и называли утяжеленную фракцию нефти, получаемую в результате переработки. Именно она является первым вариантом топлива этого вида. С течением стандарты, устанавливаемые к дизелю, претерпели серьезные изменения. В каждом стране в XX веке были разработаны собственные стандарты классификации дизельного топлива.

Например, в Советском союзе долгое время действовал ГОСТ 1666-42 и ГОСТ 1666-51. Официальное обозначение дизельного топлива было «соляровое масло». Применялось оно для заправки среднеоборотных двигателей – от 600 до 1000 об/мин. «Солярка» того времени не могла быть использована в быстроходных двигателях, её состав и свойства достаточно существенно отличатся от современно дизельного топлива.

Основные параметры

Все виды дизельного топлива можно разделить на две основные категории:

• для быстроходных двигателей;
• для тихоходных двигателей.

Дистиллятное маловязкое масло подразумевает заливку в двигателя автомобилей. Имеющее более высокую вязкость топливо заливают обычно в различные тихоходные машины. Это трактора, тихоходные речные суда и многое другое.

Важно перед заливкой топлива в конкретную технику убедиться в соответствии его свойств необходимым стандартам. В противном случае камера сгорания будет повреждена, мотор попросту может выйти из строя. Что приведет к необходимости его капитального ремонта.

Существенно различается процесс получения обозначенных выше типов топлива. Дистиллятное включает в себя очищенные соответствующим образом фракции керосинового типа. Применяется прямая перегонка – это позволяет сделать сгорание топлива максимально быстрым. В то же время топливо высокой вязкости включает в себя смесь мазута, а также керосиново-газойлиевых фракций.

В зависимости от различных факторов теплота сгорания топлива обоих типов может варьироваться. В среднем данный показатель составляет приблизительно 42 624 кДж/кг. Существует общий стандарт, которому должно соответствовать все без исключения дизельное топливо на сегодняшний день. Он обозначается как ГОСТ 32511-2013. Обязательным к применению он стал относительно недавно – 01.01.15 г.

Обязательно перед выпуском в продажу проводится отбор дизельного топлива на его пробу. При анализе параметров перечень некоторых характеристик должен находиться в пределах нормы. В противном случае в продажу такого типа топлива выпускать будет попросту недопустимо. К основным моментам относится:

• вязкость, содержание жидкостей;
• воспламеняемость;
• содержание серы.

Вязкость и содержание воды

Исходя из данной характеристики устанавливают два основных вида топлива – зимнее и летнее. Основным параметром, в соответствии с которым осуществляется разделение на классы, является предельная температура фильтруемости, а также температура помутнения и застывания.

Важно помнить, что необходимо выбирать определенный тип солярки для заливки в определенный сезон. Нередки случаи, что использование несоответствующего типа солярки приводило к застыванию её в топливопроводе. Как следствие – имеет место невозможность эксплуатации техники в нормальном режиме.

Возможно использовать летнее дизельное топливо только при температуре более чем -100С. В противном случае будет иметь место не замерзание, но более высокая вязкость. Что приводит к негативным последствиям – проблема в работе двигателя или же невозможность его запуска. В некоторых транспортных средствах используется специальный подогрев для топлива. Это позволяет использовать любой вид солярки вне зависимости от времени года, окружающей температуры.

Ещё одной серьезной проблемой является факт наличия воды в топливе. Так как вода существенно тяжелее солярки, она начинает постепенно скапливаться в нижней части топливного резервуара. Как следствие – возможно образование водяной пробки в топливной системе автомобиля, иной техники. Подобное препятствует нормальной работе двигателя. Именно поэтому установлены основные стандарты касательно кинематической вязкости дизельного топлива. Данный показатель различается для летней/зимней солярки:

• для летнего вида при температуре +200С и более – более 3сСт;
• для зимнего вида – более 1.8 Сст;
• для особой разновидности (арктической) – более 1.5 Сст.

Данный стандарт устанавливается ГОСТ 305-82 от 1982 года. Одним из обязательных условий соответствия данному стандарту является полное отсутствие воды в топливной смеси. Именно за счет этого возможно использование в обозначенных условиях эксплуатации.

Воспламеняемость

Одной из самых важных характеристик является цетановое число. Под данным показателем подразумевают возможность солярки возгораться при возникновении определенных условий в камере сгорания. Стандартым определяются ASTM D613. Для дизельного топлива температура вспышки устанавливается на уровне +7000С, определяется ASTM D93. Температура перегонки для солярки должна опять же укладываться в определенные стандарты – не менее 2000С и не более 3500С.

Количество серы в составе

Одной из самых важных характеристик, на основании которой типы топлива делятся на стандарты Евро 1-5 – это определенное количество серы на единицу объема. Под серой в рассматриваемом случае понимается наличие определенных соединений данного вещества. В перечень учитываемых при определении категорий входит:

• меркаптан;
• тиофен;
• тиофан;
• дисульфид;
• сульфид.

В то же время элементарная сера, обозначенная в таблице Менделеева, как таковая не учитывается при определении стандартов. В соответствии с настоящими наиболее современными стандартами, применяемыми в Штате Калифорния и Европе, количество сернистых соединений на единицу объема не должно превышать 0.001 %. Это составляет приблизительно 10 ppm.

Многие автопроизводители говорят о том, что снижение количества сернистых соединений в солярке приводит к снижению его смазывающих качеств. Что приводит к более быстрому износу двигателя. Но данная позиция не является однозначной. На данный момент времени современная солярка включает дополнительные присадки, которые осуществляют смазку двигателя.

Классификация солярки в СССР

В соответствии с ГОСТ 305-82 солярка в Советском Союзе делилась на 3 основные категории:

• летняя;
• зимняя;
• арктическая.

Под летней понималась солярка, использование которой рекомендовалось при температуре не ниже 00С. Температура вспышки устанавливалась на уровне л-0 или же 2-40. Под зимней понималась солярка, использование которой допускалось вплоть до -200С. В то же время не налагалось каких-либо ограничений на использование такой зимней солярки в летнее время года. Фактически, она являлась универсальной.

Солярка арктического типа – самая дорогая в производстве, использование её допускается при температуре до -500С. Требования к данному типу топлива устанавливаются максимально высокие.

Классификация дизельного топлива по видам

В Европейском союзе ещё с 1993 года используется специальная система стандартов, применяемая к дизельному топливу. Обозначается такой стандарт как EN-590. В соответствии с данным стандартом устанавливаются основные требования к количество содержащейся серы, а также иным характеристикам топлива. Самый первый стандарт обозначался как Евро-1. На данный момент действительным является стандарт Евро-5.

Стандарт этого типа позволяет классифицировать топлива температурным и климатическим зонам использования. Например, Class A-F подразумевает использование при температуре от +5 до -200С. Отдельные критерии существуют для температур отрицательных.

На территории Российской Федерации сразу от советских стандартов классификации решили перейти на европейский. На данный момент действительным является ГОСТ-Р 52369-2005. По своим параметрам он соответствует характеристикам установленным для EN-590.

Распределение осуществляется в зависимости от количество содержащейся серы:

• вид №1 – менее 350 мг/кг;
• вид №2 – менее 50 мг/кг;
• вид №3 – менее 10 мг/кг.

Классификация дизельного топлива по классам

Также осуществляется разделение топлива этого типа на отдельные сорта в зависимости от использования в определенном климате. Главным критерием является предельная температура фильтруемости. Разделение на сорта осуществляется следующим образом:

• СОРТ А – при температуре более +50С;
• СОРТ В – при температуре более 00С;
• СОРТ С – более -50С;
• СОРТ D – более -100С и так далее.

Стандарты в ней устанавливаются максимально жесткие, так как невыполнение их приводит к проблемам с топливной системой при достижении окружающим воздухом достаточно низкой температуры.

Сегодня по классам разбивка осуществляется следующим образом:

• Класс 0 – использование от -200С;
• Класс 1 – от -260С;
• Класс 2 – от -320С;
• Класс 3 – от -380С;
• Класс 4 – от -440С.

Существует специальная маркировка, применяемая на территории Таможенного союза такими странами, как Россия, Беларусь и Казахстан. Прежде, чем приступить к использованию такого топлива, стоит внимательно ознакомиться с требованиями климатического характера в определенном регионе. Использование несоответствующего может привести к серьезным неприятностям. Вплоть до выхода из строя двигателя в некоторых случаях. Подобные ситуации также имеют место.

Итог

На территории Москвы и Московской области относительно недавно перешли на стандарт топлива Евро-5. Именно по этой причине качество как солярки, так и бензина в данном регионе на порядок выше, чем в остальных. Выполнение данных стандартов топлива устанавливаются федеральным законодательством. Именно поэтому все без исключения компании-производители (Лукойл, Башнефть и другие) обязаны соблюдать устанавливаемые требования.

Контроль топлива на соответствие стандартам осуществляется на государственном уровне. При этом существует большое количество самых разных сортов, типов солярки. При наличии таковой возможности стоит заранее ознакомиться с этой информацией.