Топливо и процессы горения

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………….....3

1. Понятие и сущность топлива………………………………………………………...4
2. Виды топлива………………………………………………………………………….6
3. Процессы горения топлива………………………………………………………….14

Заключение……………………………………………………………………………...17

Список использованной литературы………………………………………………….18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Роль топлива  в народном хозяйстве страны велико и все время возрастает. Современные предприятия машиностроения являются крупнейшими потребителями энергии и энергоносителей, в частности такого вида энергии как топливо.

Топливом называют существующие в природе или искусственно полученные вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьем для промышленности.

Все топлива можно  разделить по агрегатному состоянию  на твердые, жидкие и газообразные, а по происхождению на естественные в искусственные:

Естественные топлива:

• твердые (угли, древесина, сланцы, торф);
• жидкие (нефть);
• газообразные (природные и попутные газы).

Искусственные топлива  получают главным образом при  переработке естественных топлив:

• твердые искусственные топлива (кокс, полукокс, древесный уголь);
• жидкие (бензин, керосин, лигроин и др.);
• газообразные (генераторные газы, коксовый газ, газы переработки нефти и др).

Целью данного  реферата является рассмотреть сущность, виды топлива и процессы его горения. Для достижения поставленной цели, необходимо выполнить следующие задачи задач:

- определить понятие и сущность топлива;

- разобрать  виды топлива;

- рассмотреть процессы горения топлива;

 

 

 

 

 

1. Понятие и сущность топлива

 

Топливо — вещество, из которого с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия [1].

Понятие топлива [1]

Чаще всего, под топливом понимают вещество, способное гореть при наличии окислителя (например, дрова или дизельное топливо). В таком случае, смесь топлива с окислителем образует взрывчатое вещество. Тепловой двигатель может преобразовывать тепловую энергию топлива в кинетическую. Существует также ядерное топливо — вещество, выделяющее большое количество тепла в результате реакций распада или объединения ядер атомов.

Основной показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива (теплота сгорания одного килограмма «условного топлива» (у.т.) составляет 29,3 МДж или 7000 ккал — что соответствует низшей теплотворной способности чистого антрацита).

Печное бытовое  топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей.

Стандарт на котельное топливо — ГОСТ 10585-99 предусматривает выпуск четырёх его марок: флотских мазутов Ф-5 и Ф-12, которые по вязкости классифицируются как лёгкие топлива, топочных мазутов марки 40 — как среднее и марки 100 — тяжёлое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость соответствующих марок мазутов при 50° C.

Печное топливо  тёмное вырабатывается из дизельных  фракций прямой перегонки и вторичного происхождения — дистиллятов термического, каталитического крекинга и коксования.

По фракционному составу печное топливо может быть несколько тяжелее дизельного топлива по ГОСТ 305-82 (до 360° C перегоняется до 90 процентов вместо 96 процентов, вязкость печного топлива до 8,0 мм²/с при 20° C против 3,0-6,0 мм²/с дизельного).

При изготовлении печного топлива не нормируются цетановое и йодное числа, температура помутнения. При переработке сернистых нефтей массовая доля серы в топливе — до 1,1 процента.

Для улучшения  низкотемпературных свойств печного  топлива в промышленности применяют депрессорные присадки, синтезированные на основе сополимера этилена с винилацетатом.

Характеристики:

• 10 процентов перегоняется при температуре, С, не ниже 160;
• 90 процентов перегоняется при температуре, C, не выше 360;
• кинематическая вязкость при 20° C, мм²/с, не более 8,0;
• температура вспышки в закрытом тигле, С, не ниже 45;
• массовая доля серы, процентов, не более: в малосернистом топливе 0,5, в сернистом топливе 1,1;
• испытание на медной пластинке выдерживает;
• кислотность, мг КОН/100 см³ топлива, не более 5,0;
• зольность, процентов, не более 0,02;
• коксуемость 10 процентного остатка, не более 0,35 процентов;
• содержание воды: следы;
• цвет: от светло-коричневого до чёрного;
• плотность при 20° C, кг/м³: не нормируется, определение обязательно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Виды топлива

 

Твердое топливо [2]

Твердое топливо — горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. К твердому топливу относят каменный уголь и бурые угли, горючие сланцы, торф и древесину. Свойства топлива в значительной степени определяются его химическим составом — содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Твердое ракетное топливо — твёрдое вещество или смесь отдельных веществ, способных гореть без доступа воздуха, создавая при этом, реактивную тягу двигателя. В зависимости от способа обработки твердое топливо можно разделить на две группы: природное и очищенное. К природному твердому топливу относятся уголь, бурый уголь, торф, древесина и солома. Уголь и торф являются осадком, образующимся в результате распада и разложения растений в древние времена под воздействием высокого давления и недостатка кислорода.

Уголь [1] — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией.

Виды угля —  различают: бурые угли, каменные угли, антрациты и графиты. Интересно, что в западных странах имеет место несколько иная классификация: соответственно, лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты (не используется в теплоэнергетике).

• Бурые угли. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.
• Каменные угли. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.
• Антрациты. Почти целиком (96 %) состоят из углерода. Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров. Используются в основном в химической промышленности.

Древесина. [1] Тепло, выделяемое при сгорании древесины, зависит от породы дерева и влажности. Влажность снижает теплотворность древесины, так как испаряемая вода уносит часть тепловой энергии. Потери от влажности незначительно зависят от начальной температуры древесины (точнее, воды в ней) и принимаются равными 0,63 кВт*ч на килограмм воды. Абсолютно сухая древесина лиственных пород выдает около 5 кВт*ч тепла на килограмм. Абсолютно сухая древесина хвойных пород дает около 5,2 кВт*ч тепла на килограмм, в связи с химическим отличием.

 Россия обладает четвертью мировых запасов древесины. Годовая расчетная лесосека (количество древесины, которое можно использовать в народном хозяйстве без ущерба природе) нашей страны оценивается в 540 млн. м³. [2]

При текущем уровне добычи количество отходов и низкосортной древесины составляет не менее 50 млн. м³. Из них находит применение не более 30%. Общий объем неиспользуемого малоликвидного сырья составляет по меньшей мере 35 млн. м³. Оно гниет, выделяя углекислый газ и метан. Вместе с тем ежегодные безвозвратные потери низкосортной древесины, лесосечных и иных отходов первичной деревообработки могли бы заменить 5—6 млн. т мазута. В данных расчетах не учтены сухостои и деревья, которые необходимо устранять из-за поражения болезнями, вредителями, радиацией. Если объемы производства древесины возрастут до уровня 90-х гг., то количество отходов увеличится до 100—120 млн. м³/год. В государствах Европы утилизация отходов деревообработки достигает 60—70%. [2]

В мире накоплен большой  опыт по использованию в энергетике биомассы. Будучи богатой природными ресурсами, наша страна значительно отстает в данной области.

Горючие сланцы [2] - полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Г. с. состоят из преобладающей минеральной (кальциты, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и др.) и органических частей (кероген), последняя составляет 10—30% от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50—70%. Органическая часть является био- и геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение (талломоальгинит) или потерявшим его (коллоальгинит); в виде примеси в органической части присутствуют измененные остатки высших растений (витринит, фюзенит, липоидинит). В зависимости от соотношений водорослевых и гумусовых компонентов Г. с. разделяются на сапропелитовые и гумитосапропелитовые. Первая группа Г. с. отличается от второй повышенным содержанием водорода (8—10%) и низким — гуминовых кислот (0,5% ) в органической массе. Сапропелитовые Г. с. обладают повышенным выходом смол до 20—30% и теплотой сгорания до 14,6—16,7 Мдж/кг (3500—4000 ккал/кг). Эти показатели у гумито-сапропелитовых Г. с. ниже при равном содержании минеральной примеси. В мировой практике добычи и использования Г. с. диапазон важнейших показателей очень широк.

Торф [2] - горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см, (если меньше, то это заболоченные земли). Содержит 50—60 % углерода. Теплота сгорания (максимальная) 24 МДж/кг. Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал и др.

Битуминозные  пески - горючее полезное ископаемое, орг. часть которого представляет собой природный битум. По содержанию битума делятся на богатые, или интенсивные (более 10% по массе битума), средние (5-10%) и тощие (до 5%). Битумы подразделяют на несколько типов: мальты (вязкие жидкости, плотность 0,86-1,03 г/см3, динамическая вязкость 10 Па*с); асфальты (твердые легкоплавкие вещества, плотность 1,03-1,10 г/см3, т. пл. <100°С); асфальтиты (твердые вещества, плотность 1,05-1,20 г/см3, т. пл. 100-300°С); кериты (твердые неплавкие вещества, плотность 1,7-2,0 г/см3). Содержание смолисто-асфальтеновых веществ в битумах этих типов составляет (%) соотв. 35-60, 60-75, 75-90 и более 90. В битумах Б. п. обнаружено свыше 25 хим. элементов.

Кокс [3] - твёрдый углеродистый остаток, образующийся при нагревании различных топлив (каменного угля, торфа и др. органических веществ) до 950 - 1050 °С без доступа воздуха. В чёрной металлургии наиболее распространён каменноугольный кокс, применяемый в качестве топлива в доменных печах и вагранках. Содержание углерода в коксе 96 - 98%, низшая теплота сгорания - около 29 МДж/кг. Нефтяной  и электродный пековый кокс применяют для изготовления угольных и графитированных электродов, реже - как топливо.

 

Жидкое  топливо [2]

Жидкое топливо представляет собой сложные химические соединения горючих и негорючих веществ. Основными химическими элементами, входящими в состав любого жидкого топлива, являются углерод С, водород Н, кислород О, азот N и сера S. Помимо указанных элементов в составе жидкого топлива имеются влага W и негорючие минеральные вещества, образующие при сжигании золу А. 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.)

Масла [2] - жидкости (кремнийорганические жидкости, эфиры фосфорной, адипиновой и др. кислот, полиалкиленгликоли и др.), применяемые главным образом в качестве смазочных материалов, теплоносителей, компонентов пластичных смазок. В зависимости от того, что составляет основу масел их можно разделить на три вида: минеральные (mineral), синтетические (synthetic, full synthetic) и полусинтетические (teil synthetic, semi-synthetic). Основой минеральных моторных масел являются очищенные масляные фракции нефти. Далее к базовому маслу добавляют минимум 5-6 различных присадок (10-15% и более от всего объема), придающих ему необходимые новые свойства или значительно улучшающих его природные качества.