Применение и эксплуатационные свойства топлив для энергетических средств сельскохозяйственного производства

В соответствии с современной научной классификацией можно выделить следующие виды энергии: тепловую, механическую, электростатическую, ядерную, электромагнитную и т.д.

Из всего многообразия в виде конечной энергии в настоящее время используют тепловую (около 76% общего расхода энергии), механическую (около 23%) и электромагнитную (для передачи энергии – около 1%).

Источниками тепловой и механической энергии являются первичные энергетические ресурсы (ПЭР), которые подразделяются на возобновляемые и не возобновляемые.

К возобновляемым ПЭР относятся: солнечная энергия, гидравлическая энергия стока рек, энергия приливов и отливов океанских вод, энергия мирового океана в виде морских и океанских волн, течений, теплота морей и океанов, геотермальная энергия, энергия биомасс (сельскохозяйственных культур и их отходов, древесины, водорослей и других растительных материалов твердых и жидких бытовых отходов и т.п.), энергия ветра.

К не возобновляемым ПЭР относятся ископаемые топлива – обычная нефть и газовый конденсат, природные битумы, природный (естественный) и нефтяной (попутный) газ, уголь, горючие сланцы и торф.

Топливо – горючее вещество (основная часть которого – углерод), способное к выделению большого количества теплоты и развивающее при этом высокую температуру, имеющее широкое распространение в природе, добываемее легкодоступными и дешевыми способами. Кроме того, топливо при сгорании не должно выделять токсичных соединений.

Топливо состоит из органической и не органической частей. Органическая часть топлива включает в себя горючую часть, представленную следующими химическими элементами: углерод (С) – 50…87%, водород (Н) – 12…14%, кислород (О), сера (S) – от 0,01 в ряде случаев до 7% и не горючую часть: азот (N), кислород (О).

Не горючая часть топлива не выделяет теплоту и образует внешний балласт: минеральные примеси (М) и вода (W). При сгорании топлива вода испаряется, минеральные примеси частично разлагаются и образуют золу (А).

Балласт газообразного топлива – не горючие газы: кислород (О₂), азот (N₂), углекислый газ (СО₂), серный ангидрит (SO₂), и пары воды (Н₂О).

Углерод (С) и водород (Н) при сгорании выделяют большое количество теплоты. Сера, входящая в состав топлива в небольшом количестве, образует при сгорании оксиды серы, которые вызывают интенсивную коррозию деталей. Поэтому ее наличие в топливе нежелательно.

Важнейшей характеристикой любого топлива является его теплота сгорания (энергоемкость). Количество теплоты измеряют джоулями (Дж). Длительное время пользовались калориями (кал). Соотношение между ними следующее: 1 кал = 4,1867 Дж, 1 ккал = 4,1867 кДж.

Энергетический потенциал топлива определяется высшей – максимально возможное количество теплоты (Q_в) или низшей (Q_н) теплотой сгорания.

Высшая удельная теплота сгорания жидкого и твердого топлива определяется экспериментально или

вычисляется расчетным путем по формуле Д. И. Менделеева:

Q_в = 396С + 1256Н – 109(О – S) кДж/кг.

В свою очередь низшая удельная теплота сгорания определяется как разность:

Q_в = Q_в – 25(9Н + W) кДж/кг,

где Н и W – содержание в топливе водорода и воды.

Вычитаемое 25(9Н + W) представляет собой количество теплоты, затраченное на превращение влаги топлива в пар, который уносится в атмосферу с продуктами сгорания. Для характеристики газообразных топлив применяют объемный показатель объемной теплоты сгорания, представляющий собой количество теплоты, выделяемой при сгорании 1 м³ газа.

Определение теплоты опытным путем производят в специальных приборах – калориметрах. Сущность метода заключается в сжигании навески испытуемого топлива или определенного объема газа в калориметрической бомбе в среде сжатого кислорода и определении количества теплоты, выделяющейся при сгорании.

Горение - быстро протекающая реакция взаимодействия углеводородов и примесей топлива с кислородом воздуха, которая сопровождается выделением теплоты и излучением света. Для возникновения реакции необходимо, чтобы топливо и окислитель были нагреты до температуры самовоспламенения топлива, зависящей от его химического состава и физических свойств, концентрации кислорода, способов смесеобразования, температуры окружающей среды и т. п.

Для полного сгорания 1 кг топлива теоретически необходимое количество воздуха L_т (кг) определяется по формуле:

Lт=(2,67С + 8Н + S – О) / 23,2,

где коэффициенты в числителе показывают теоретически необходимое количество кислорода для окисления, соответственно 1 кг углерода (С), водорода (Н), и серы (S) определенное по химическим реакциям; состав топлива в процентах.

В реальных условиях более полное сгорание топлива возможно при большем количестве воздуха по сравнению с теоретическим, называемым действительным количеством воздуха (L_д). Действительное количество воздуха определяют при сгорании топлива с помощью специальных расходомеров (ротационные, диафрагменные, турбинные и т. д.).

Отношение действительно израсходованного количества воздуха к теоретически необходимому количеству называют коэффициентом избытка воздуха (α).

α = L_д/L_т.

Требуемая величина коэффициента избытка воздуха при сгорании может корректироваться по составу продуктов сгорания, который определяется с помощью газоанализаторов.

Литература: 2, с. 7-19; 3, 5-35; 4.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что входит в состав органической и неорганической частей топлив?

2. Как понимать высшую Q_в и низшую Q_н теплоту сгорания топлива?

3. Как определить высшую Q_в низшую Q_н теплоту сгорания по данным элементного состава топлива?

4. Что такое условное топливо?

5. Напишите и объясните формулу для подсчета теоретически необходимого количества воздуха при горении жидкого, твердого и газообразного топлива?

6. Как влияет избыток и недостаток кислорода воздуха на процесс горения?

7. Что называется бедной, богатой и нормальной горючей смесью?

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: