ОТЫН ТҮРЛЕРІ. ОТЫН Жіктелуі
Д.И.Менделеевтің анықтамасы бойынша «отын – жылу шығару үшін әдейі жағылатын жанғыш зат».
Қазіргі уақытта «отын» термині энергия көзі ретінде қызмет ететін барлық материалдарға қолданылады (мысалы, ядролық отын).
Отын шығу тегі бойынша бөлінеді:
Табиғи отын (көмір, шымтезек, мұнай, сланец, ағаш және т.б.)
Жасанды отын (мотор отыны, генератор газы, кокс, брикет және т.б.).
Агрегация күйі бойынша қатты, сұйық және газ тәріздес отынға, ал пайдалану мақсатына қарай энергетикалық, технологиялық және тұрмыстық болып бөлінеді. Ең жоғары талаптар энергетикалық отынға, ал ең төменгі талаптар тұрмыстық отынға қойылады.
Қатты отын – ағаш тектес өсімдік заты, шымтезек, тақтатас, қоңыр көмір, тас көмір.
Сұйық отын – мұнай өңдеу өнімдері (мазут).
Газ тәрізді отын – табиғи газ; мұнай өңдеу кезінде түзілетін газ, сонымен қатар биогаз.
Ядролық отын – бөлінетін (радиоактивті) заттар (уран, плутоний).
Органикалық отын, яғни. Көмір, мұнай және табиғи газ барлық энергия тұтынудың басым көпшілігін құрайды. Органикалық отынның пайда болуы көптеген ғасырлар бойы барлық геологиялық түзілімдерде жинақталған флора мен фаунаның қалдықтарына термиялық, механикалық және биологиялық әсер етудің нәтижесі болып табылады. Бұл отындардың барлығы көміртекті болып табылады және олардан энергия ең алдымен көмірқышқыл газының түзілуі арқылы бөлінеді.
ҚАТТЫ ОТЫН. НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ
Қатты отын . Қазбалы қатты отындар (сланецті қоспағанда) өсімдіктің органикалық заттарының ыдырауының өнімі болып табылады. Олардың ең жасы - шымтезек - тығыз масса , батпақты өсімдіктердің шіріген қалдықтарынан түзілген. Келесі «ең көне» көмірлер - қоңыр көмірлер - жер немесе қара біртекті масса, олар ауада ұзақ уақыт сақталса, ішінара тотығады («ауа-райы») және ұнтаққа айналады. Содан кейін, әдетте, беріктігі жоғары және кеуектілігі аз көмірлер келеді. Олардың ең көнелері – антрациттердің органикалық массасы ең үлкен өзгерістерге ұшырап, 93% көміртектен тұрады. Антрацит жоғары қаттылықпен сипатталады.
Көмірдің эквивалентті отынмен көрсетілген дүниежүзілік геологиялық қоры 14000 млрд тоннаға бағаланады, оның жартысы сенімді (Азия – 63%, Америка – 27%). Көмірдің ең көп қоры АҚШ пен Ресейде. Елеулі қорлар Германияда, Англияда, Қытайда, Украинада және Қазақстанда бар.
Көмірдің бүкіл көлемін 21 км жағы бар текше түрінде ұсынуға болады, одан жыл сайын адам 1,8 км «текшені» алып тастайды. Мұндай тұтыну қарқынында көмір шамамен 1000 жылға жетеді. Бірақ көмір - ауыр, қолайсыз отын, көптеген минералды қоспалары бар, бұл оны пайдалануды қиындатады. Оның қорлары өте біркелкі бөлінген. Ең танымал көмір кен орындары: Донбасс (көмір қоры 128 млрд тонна), Печора (210 млрд тонна), Қарағанды (50 млрд тонна), Екібастұз (10 млрд тонна), Кузнецк (600 млрд тонна), Канско-Ачинский (600 млрд тонна) ). Иркутск (70 млрд т) бассейндері. Дүние жүзіндегі ең ірі көмір кен орындары: Тунгус (2300 млрд. тонна – әлемдік қордың 15%-дан астамы) және Ленское (1800 млрд. тонна – әлемдік қордың 13%-ға жуығы).
Көмірді шахта әдісімен (тереңдігі жүздеген метрден бірнеше километрге дейін) немесе ашық карьер түрінде өндіреді. Қазірдің өзінде көмір өндіру және тасымалдау сатысында озық технологияларды пайдалана отырып, тасымалдау шығындарын азайтуға болады. Жөнелтілген көмірдің күлділігін және ылғалдылығын төмендету.
Жаңартылатын қатты отын - ағаш. Оның әлемдік энергетикалық баланстағы үлесі қазір өте аз, бірақ кейбір аймақтарда ағаш (және көбінесе оның қалдықтары) отын ретінде де пайдаланылады.
Қатты отын ретінде брикеттерді де қолдануға болады – көмір мен шымтезек ұсақтарының байланыстырғыш заттармен (битум және т.б.) механикалық қоспасы, арнайы престерде 100 МПа дейін қысыммен престеледі.
СҰЙЫҚ ОТЫН. НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ
Сұйық отын. Қазіргі уақытта сұйық отынның барлығы дерлік мұнайды өңдеу арқылы алынады. Мұнай, сұйық жанғыш минерал, ерітіндіде газ тәрізді және өте ұшқыш көмірсутектер бар қоңыр түсті сұйықтық. Оның ерекше шайырлы иісі бар. Мұнайды дистилденген кезде маңызды техникалық маңызы бар бірқатар өнімдер алынады: бензин, керосин, майлау майлары, сонымен қатар медицинада және парфюмерияда қолданылатын мұнай желелері.
Шикі мұнайды 300-370°С дейін қыздырады, содан кейін пайда болған булар әртүрлі температурада tª конденсацияланатын фракцияларға бөлінеді: сұйытылған газ (шығымы шамамен 1%), бензин (шамамен 15%, tª=30 - 180°C) . Керосин (шамамен 17%, tª=120 - 135°C), дизельдік (шамамен 18%, tª=180 - 350°C). Бастапқы қайнау температурасы 330-350°С болатын сұйық қалдық мазут деп аталады. Мазут мотор отыны сияқты көмірсутектердің күрделі қоспасы болып табылады, оның құрамына негізінен көміртегі (84-86%) және сутегі (10-12%) кіреді.
Бірқатар кен орындарынан алынған мұнайдан алынған мазуттың құрамында күкірт көп болуы мүмкін (4,3%-ға дейін), ол жанған кезде жабдықты және қоршаған ортаны қорғауды айтарлықтай қиындатады.
Мазуттың күлділігі 0,14%-дан, ал су мөлшері 1,5%-дан аспауы керек. Күлдің құрамында ванадий, никель, темір және басқа металдардың қосылыстары бар, сондықтан оны көбінесе, мысалы, ванадий алу үшін шикізат ретінде пайдаланады.
Қазандықтар мен электр станцияларының қазандықтарында әдетте мазут жағылады, тұрмыстық жылыту қондырғыларында - тұрмыстық жылыту майы (орта фракциялардың қоспасы).
Дүние жүзіндегі мұнайдың геологиялық қоры 200 миллиард тоннаға бағаланады, оның 53 миллиард тоннасы. сенімді резервтерді құрайды. Барлық барланған мұнай қорының жартысынан астамы Таяу Шығыс елдерінде орналасқан. Өнеркәсібі жоғары дамыған Батыс Еуропа елдерінде мұнайдың салыстырмалы түрде аз қоры шоғырланған. Мұнайдың дәлелденген қоры үнемі өсіп келеді. Көбею негізінен теңіз қайраңдары есебінен орын алады. Сондықтан әдебиеттерде бар мұнай қорының барлық бағалаулары шартты болып табылады және тек шама ретін сипаттайды.
Дүние жүзіндегі жалпы мұнай қоры көмір қорынан төмен. Бірақ мұнай пайдалану үшін қолайлырақ отын. Әсіресе өңделген түрінде. Ұңғыма арқылы көтерілгеннен кейін мұнай тұтынушыларға негізінен мұнай құбырлары, теміржол немесе танкерлер арқылы жіберіледі. Сондықтан мұнайдың өзіндік құнында көлік құрамдас бөлігі айтарлықтай үлеске ие.
ГАЗДЫ ОТЫН. НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ
Газ тәрізді отын. Газ тәрізді отындарға ең алдымен табиғи газ жатады. Бұл таза газ кен орындарынан алынатын газ, мұнай кен орындарының ілеспе газы, конденсат кен орындарының газы, көмір шахтасының метаны және т.б. Оның негізгі компоненті метан CH 4; Сонымен қатар әр түрлі кен орындарының газында азот N2 азот, одан жоғары көмірсутектер СnНm, көмірқышқыл газы СО2 болады. Табиғи газды өндіру кезінде ол күкіртті қосылыстардан тазартылады, бірақ олардың кейбіреулері (негізінен күкіртсутек) қалуы мүмкін.
Мұнай өндіру кезінде табиғи газға қарағанда құрамында метан аз, бірақ көмірсутектер көп, сондықтан жану кезінде көбірек жылу бөлетін ілеспе газ деп аталатын газ бөлінеді.
Өнеркәсіпте және әсіресе күнделікті өмірде мұнай мен ілеспе мұнай газдарын алғашқы өңдеуден алынған сұйытылған газ кеңінен қолданылады. Олар техникалық пропан (кем дегенде 93% C 3 H 8 + C 3 H 6), техникалық бутан (кем дегенде 93% C 4 H 10 + C 4 H 8) және олардың қоспаларын шығарады.
Ғаламдық геологиялық газ қоры 140-170 триллион м³ деп бағаланады.
Табиғи газ су өткізбейтін қабаттың (мысалы, саз) «күмбездері» болып табылатын шөгінділерде орналасқан, оның астында негізінен метан CH 4 тұратын газ кеуекті ортада (құмтас) қысымда болады. Ұңғыманың шығуында газ құм суспензиясынан, конденсат тамшыларынан және басқа қосындылардан тазартылады және диаметрі 0,5 - 1,5 м және ұзындығы бірнеше мың километр магистральдық газ құбырына беріледі. Газ құбырындағы газ қысымы әрбір 100-150 м сайын орнатылған компрессорлар арқылы 5 МПа деңгейінде сақталады.Компрессорлар газды тұтынатын газ турбиналарымен айналады. Газ құбырындағы қысымды ұстап тұру үшін жалпы газ шығыны жалпы айдалатын көлемнің 10-12% құрайды. Сондықтан газ тәрізді отынды тасымалдау энергияны көп қажет етеді.
Соңғы уақытта бірқатар жерлерде биогаз көбірек қолданылуда – органикалық қалдықтардың (көң, өсімдік қалдықтары, қоқыс, ағынды сулар және т.б.) анаэробты ашыту (ашыту) өнімі. Қытайда қазірдің өзінде миллионнан астам биогаз зауыттары әртүрлі қалдықтарды пайдалана отырып жұмыс істейді (ЮНЕСКО мәліметтері бойынша - 7 миллионға дейін). Жапонияда биогаз көздері алдын ала сұрыпталған тұрмыстық қалдықтар полигондарынан келеді. «Зауыт», қуаттылығы тәулігіне 10-20 м³ газ. Қуаты 716 кВт шағын электр станциясын отынмен қамтамасыз етеді.
Ірі мал шаруашылығы кешендерінің қалдықтарын анаэробты түрде қорыту қоршаған ортаны сұйық қалдықтармен ластау мәселесін биогазға (тәулігіне ірі қара мал бірлігіне шамамен 1 текше метр) және жоғары сапалы тыңайтқыштарға айналдыру арқылы шешуге мүмкіндік береді.
Мұнаймен салыстырғанда меншікті энергия сыйымдылығы үш есе жоғары отынның өте перспективалы түрі сутегі болып табылады, оны өнеркәсіптік түрлендірудің экономикалық әдістерін іздеу бойынша ғылыми-тәжірибелік жұмыстар қазіргі уақытта біздің елімізде де, шетелде де белсенді жүргізілуде. Сутегі қоры сарқылмас және планетаның ешбір аймағымен байланысты емес. Байланысқан күйдегі сутегі су молекулаларында (H 2 O) болады. Оны жағу кезінде қоршаған ортаны ластамайтын су пайда болады. Сутегіні сақтауға, құбыр арқылы таратуға және үлкен шығынсыз тасымалдауға ыңғайлы.
Қазіргі уақытта сутегі негізінен табиғи газдан өндіріледі, бірақ жақын арада көмірді газдандыру процесі арқылы оны өндіруге болады. Электролиз процесі сутегінің химиялық энергиясын алу үшін де қолданылады. Соңғы әдістің айтарлықтай артықшылығы бар, өйткені ол қоршаған ортадағы оттегінің байытылуына әкеледі. Сутегі отынын кеңінен қолдану үш өзекті мәселені шеше алады:
Органикалық және ядролық отынды тұтынуды азайту;
Өсіп келе жатқан энергия қажеттіліктерін қанағаттандыру;
Қоршаған ортаның ластануын азайтыңыз.
ЯДРОЛЫҚ ОТЫН. ЖІКТЕЛУ ЖӘНЕ ҚОЛДАНУ
Ядролық отын. Ядролық отынның жалғыз табиғи түрі ауыр уран мен торий ядролары болып табылады. Табиғи уранның 1/140 бөлігін құрайтын 235 U изотопының ыдырауы кезінде баяу нейтрондардың әсерінен жылу түріндегі энергия бөлінеді. 238 U және 239 Th нейтрондармен сәулеленгенде жаңа ядролық отынға айналатын шикізат ретінде пайдаланылуы мүмкін - сәйкесінше 239 Pu және 239 U. 1 кг уранның құрамындағы барлық ядролар бөліну кезінде энергия бөлінеді 2 ·10 7 кВт/сағ, бұл 35 МДж/кг (8373 ккал/кг) жылулық құндылығы бар 2,5 мың тонна жоғары сапалы көмірге тең.
Ядролық отын екі түрге бөлінеді:
235 U бөлінетін ядролары бар табиғи уран, сондай-ақ нейтронды ұстау кезінде плутоний 239 Пу түзуге қабілетті 238 U шикізат;
Табиғатта кездеспейтін екіншілік отын, оның ішінде бірінші типті отыннан алынған 239 Пу, сондай-ақ нейтрондарды 232 Th торий ядролары басып алған кезде түзілетін 233 U изотоптары.
Химиялық құрамы бойынша ядролық отын:
Металл, оның ішінде қорытпалар;
Оксид (мысалы, UO 2);
Карбид (мысалы, PuC 1-x)
Нитрид
Аралас (PuO 2 + UO 2)
Қолдану. Ядролық отын ядролық реакторларда қолданылады, онда ол әдетте герметикалық жабылған отын элементтерінде (отын элементтері) өлшемі бірнеше сантиметрлік түйіршіктер түрінде орналасады.
Ядролық отынға жанармай штангасының қаптамаларымен химиялық үйлесімділігіне жоғары талаптар қойылады, ол жеткілікті балқу және булану температурасына, жақсы жылу өткізгіштікке, нейтрондық сәулелену кезінде көлемнің аздап ұлғаюына және өндіруге қабілетті болуы керек.
Уран металы ядролық отын ретінде салыстырмалы түрде сирек қолданылады. Оның максималды температурасы 660 °C-қа дейін шектелген. Бұл температурада уранның кристалдық құрылымы өзгеретін фазалық ауысу жүреді. Фазалық ауысу уран көлемінің ұлғаюымен бірге жүреді, бұл жанармай штангасының қаптамасының бұзылуына әкелуі мүмкін. 200-500°С температура диапазонында ұзақ сәулелену кезінде уран радиациялық өсімге ұшырайды. Бұл құбылыс сәулеленген уран таяқшасының ұзаруы болып табылады. Уран таяқшасының ұзындығының бір жарым есе ұлғаюы тәжірибе жүзінде байқалды.
Уран металын, әсіресе 500 °C жоғары температурада пайдалану оның ісінуіне байланысты қиын. Ядролық бөлінуден кейін жалпы көлемі уран (плутоний) атомының көлемінен үлкен екі бөліну фрагменттері пайда болады. Кейбір атомдар – бөліну фрагменттері – газдардың атомдары (криптон, ксенон және т.б.). Газ атомдары уранның кеуектеріне жиналып, ішкі қысым жасайды, ол температура жоғарылаған сайын артады. Бөліну кезінде атомдар көлемінің өзгеруіне және газдардың ішкі қысымының жоғарылауына байланысты уран және басқа да ядролық отындар ісінеді. Ісіну деп ядролық ыдыраумен байланысты ядролық отын көлемінің салыстырмалы өзгеруін айтады.
Ісіну отын штангаларының күйіп кетуіне және температурасына байланысты. Бөліну фрагменттерінің саны жану жоғарылаған сайын артады, ал ішкі газ қысымы жану мен температура жоғарылаған сайын артады. Ядролық отынның ісінуі отын штангасының қаптамасының бұзылуына әкелуі мүмкін. Ядролық отынның механикалық қасиеттері жоғары болса ісінуге бейімділігі төмен. Уран металы бұл материалдардың бірі емес. Сондықтан, уран металын ядролық отын ретінде пайдалану жануды шектейді, бұл атом энергетикасы экономикасының негізгі бағалауларының бірі болып табылады.
Отынның радиацияға төзімділігі мен механикалық қасиеттері уранды легирлеуден кейін жақсарады, оның барысында уранға аз мөлшерде молибден, алюминий және басқа металдар қосылады. Легирленген қоспалар ядролық отынмен ұсталатын бір нейтронға бөлінетін нейтрондардың санын азайтады. Сондықтан олар нейтрондарды әлсіз сіңіретін материалдардан уран үшін легирленген қоспаларды таңдауға бейім.
Жақсы ядролық отынға кейбір отқа төзімді уран қосылыстары жатады: оксидтер, карбидтер және металаралық қосылыстар. Ең көп қолданылатын керамика - уран диоксиді UO 2. Оның балқу температурасы 2800 °С, тығыздығы 10,2 т/м 3. Уран қос тотығының фазалық ауысуы жоқ және уран қорытпаларына қарағанда ісінуге бейім емес. Бұл күйіп қалуды бірнеше пайызға дейін арттыруға мүмкіндік береді. Уран диоксиді цирконий, ниобий, тот баспайтын болат және басқа материалдармен жоғары температурада әрекеттеспейді. Керамиканың негізгі кемшілігі төмен жылу өткізгіштік – 4,5 кДж/(м К) балқу температурасы бойынша реактордың меншікті қуатын шектейді. Осылайша, уран диоксидіндегі VVER реакторларындағы жылу ағынының максималды тығыздығы 1,4 10 3 кВт/м 2 аспайды, ал отын штангаларындағы максималды температура 2200 °C-қа жетеді. Сонымен қатар, ыстық керамика өте сынғыш және жарылып кетуі мүмкін.
Плутоний – төмен балқитын металл. Оның балқу температурасы 640 °C. Плутонийдің пластикалық қасиеттері нашар, сондықтан оны өңдеу мүмкін емес. Жанармай штангаларын өндіру технологиясы плутонийдің уыттылығымен одан әрі күрделене түседі. Ядролық отынды дайындау үшін әдетте плутоний диоксиді, плутоний карбидтерінің уран карбидтерімен қоспасы және плутонийдің металдармен қорытпалары қолданылады.
Дисперсиялық отындар жоғары жылу өткізгіштікке және механикалық қасиеттерге ие, оларда UO 2, UC, PuO 2 және басқа уран мен плутоний қосылыстарының ұсақ бөлшектері алюминий, молибден, тот баспайтын болат және т.б. металл матрицасында гетерогенді түрде орналасады. Матрица материалы радиацияға төзімділігі және дисперсиялық отынның жылу өткізгіштігі.отын. Мысалы, Бірінші атом электр станциясының дисперсиялық отыны магний толтырылған 9% молибдені бар уран қорытпасының бөлшектерінен тұрды.
КОНВЕНЦИЯЛЫ ОТЫН
Шартты отын. Энергия ресурстарының әртүрлі түрлері әртүрлі сапаға ие, олар отынның энергия сыйымдылығымен сипатталады. Меншікті энергия сыйымдылығы – энергия ресурсының физикалық денесінің масса бірлігіне келетін энергия мөлшері.
Әртүрлі отын түрлерін салыстыру, оның қорының жалпы есебі, энергия ресурстарын пайдалану тиімділігін бағалау, жылуды пайдаланатын құрылғылардың өнімділігін салыстыру үшін өлшем бірлігі – стандартты отын қабылданады. Кәдімгі отын – 1 кг жанғанда 29309 кДж немесе 700 ккал энергия бөлетін отын. Салыстырмалы талдау үшін 1 тонна стандартты отын пайдаланылады.
1 т.т = 29309 кДж = 7000 ккал = 8120 кВтсағ.
Бұл көрсеткіш жақсы күлді көмірге сәйкес келеді, оны кейде көмір эквиваленті деп те атайды.
Шетелде талдау үшін жылу мөлшері 41 900 кДж/кг (10 000 ккал/кг) стандартты отын қолданылады. Бұл көрсеткіш мұнай эквиваленті деп аталады. Төмендегі кестеде стандартты отын түрлерімен салыстырғанда бірқатар энергетикалық ресурстар үшін энергия сыйымдылығының меншікті мәндері көрсетілген.
ҚОРЫТЫНДЫ
Осылайша, жоғарыда келтірілген материалға сүйене отырып, келесі қорытындыларды жасауға болады:
Отын – жылу шығару үшін қолданылатын жанғыш зат.
Шығу тегі бойынша отын табиғи немесе жасанды болуы мүмкін.
Агрегация күйіне қарай олар қатты, сұйық және газ тәрізді отындарға бөлінеді.
Тағайындалуына сәйкес отын энергетикалық, технологиялық және тұрмыстық болуы мүмкін.
Ядролық отын да жеке түр ретінде оқшауланған.
Әртүрлі отын түрлерін олардың калориялық құндылығына қарай салыстыру үшін «стандартты отын» өлшем бірлігі қолданылады.
Кәдімгі отын – жылу мөлшері 7000 ккал/кг (сұйық және қатты отын үшін) және 7000 ккал/нм 3 (газ тәрізді отын үшін) шартты түрде қабылданған отын.
ҚОЛДАНЫЛАТЫН КӨЗДЕР ТІЗІМІ
Еңбек қауіпсіздігі және энергияны үнемдеу негіздері: Прок. жәрдемақы/
EM. Краченя, Р.Н. Козел, И.П.Свирид. – 2-ші басылым. – Мн.: TetraSystems, 2005. – 156-161,166-167 б.
Уикипедия - еркін энциклопедия [Электрондық ресурс] / Ядролық отын. Қол жеткізу режимі: http://ru.wikipedia.org/Қол жеткізу күні: 10/04/2009.
3. Беларусь Республикасы Стандарттау жөніндегі мемлекеттік комитетінің Энергия тиімділігі департаменті [Электрондық ресурс] / Нормативтік құжаттар. Энергия үнемдеу шараларының техникалық-экономикалық негіздемесін жасау бойынша әдістемелік ұсыныстар. Қол жеткізу режимі: http://energoeffekt.gov.by/doc/metodika_1.asp. Қол жеткізу күні: 10/03/2009
ҚОСЫМША А
1-кесте: Энергия ресурстарының меншікті энергия сыйымдылығы
|
Жанармай түрлері |
Меншікті энергия сыйымдылығы, |
Меншікті энергия сыйымдылығы, |
|
Шартты отын Отын – күн энергиясы).Басқалары да болуы мүмкін классификациялар. Мысалы, ресурстар таусылды - түрлерітабиғи... Тұжырымдама, түрлеріЖәне классификацияоблыстық тұтынушылар одағы мысалында бөлу шығындарыАннотация >> ҚаржыОл 3 бөлімнен тұрады. Тұжырымдама, түрлеріЖәне классификацияТарату шығындары Тарату шығындары бұл... 100% I. Материалдық шығындар - 34,53% жанармай- 0,6% энергия - 2,4% сақтау, толық емес жұмыс уақыты, қосалқы сұрыптау, орау... Классификацияқұрылыс материалдары (2)Шет парағы >> ҚұрылысЖұмыста сенімді, жергілікті пайдалануға мүмкіндік береді түрлері жанармайжәне аз тұтынуды талап етеді, Кейін... және ағаш; полимерлеу және поликонденсациялау полимерлері. Бірде классификацияларқұрылыс конгломераттары органикалық байланыстырғыштар... Классификацияұйымның бухгалтерлік баланстары және оларды жасау және экономикада қолдану тәртібіАннотация >> Бухгалтерлік есеп және аудитҰйымның бухгалтерлік балансы 1.2 Классификациябухгалтерлік баланстар 2. Ұйымдастыру- ... сонымен қатар зерттеу түрлеріЖәне классификациябаланстар. Тақырыбы... негізгі және көмекші материалдар, жанармай, сатып алынған жартылай фабрикаттар мен компоненттер... |
Қазандықтарда қолданылатын сұйық отынның негізгі түрі мазут – мұнай өңдеудің соңғы өнімі.
Мазуттың негізгі сипаттамалары: тұтқырлық, құю температурасы
Механизмдер мен жүйелердің сенімді және ұзақ жұмыс істеуі үшін жанар-жағармай ГОСТ талаптарына сәйкес болуы керек. Бұл ретте жанар-жағармайдың сапасын сипаттайтын негізгі критерий физикалық-химиялық қасиеттері болып табылады. Негізгілеріне тоқталайық.
Тығыздық – бұл көлем бірлігіндегі заттың массасы. Абсолютті және салыстырмалы тығыздықты ажыратады.
Абсолюттік тығыздық былай анықталады:
мұндағы p – тығыздық, кг/м3; m – заттың массасы, кг; V - көлемі, м3.
Цистерналардағы жанармайдың салмағын анықтау кезінде тығыздық маңызды. Кез келген сұйықтықтың, соның ішінде отынның тығыздығы температураға байланысты өзгереді. Көптеген мұнай өнімдері үшін тығыздық температураның жоғарылауымен төмендейді, ал төмендеген сайын жоғарылайды. Тәжірибеде біз жиі өлшемсіз шама – салыстырмалы тығыздықпен айналысамыз. Мұнай өнімінің салыстырмалы тығыздығы – анықтау температурасындағы оның массасының 4 °С температурадағы су массасына қатынасы, сол көлемде алынған, өйткені 4 ° C температурадағы 1 литр судың массасы тура 1 кг-ға тең. Салыстырмалы тығыздық (меншікті ауырлық) 20 4 r арқылы көрсетіледі. Мысалы, 20°С температурадағы 1 литр бензиннің салмағы 730 г, ал 4°С температурадағы 1 литр судың салмағы 1000 г болса, онда бензиннің салыстырмалы тығыздығы мынаған тең болады:
Мұнай өнімінің салыстырмалы тығыздығы 20 4 r әдетте тығыздық мәндері мемлекеттік стандартпен реттелетін қалыпты температураға (+20 ° C) қатысты мән ретінде көрсетіледі. Мұнай өнімдерінің сапасын сипаттайтын паспорттарда тығыздық +20 °С температурада да көрсетіледі. Егер басқа температурадағы тығыздық t 4 p белгілі болса, онда оның мәнінен 20 ° C температурада тығыздықты есептеуге болады (яғни, нақты тығыздықты стандартты жағдайларға келтіру): формула бойынша:
мұндағы Y - тығыздықтың орташа температуралық түзетуі, өлшенген тығыздықтың мәніне байланысты қабылданатын мән t 4 p кестесі бойынша мұнай өнімдерінің тығыздығына температуралық түзетулер
Тығыздықты салмақ ретінде қарастырсақ, көлемі t V және тығыздық t 4 p (бірдей t температурада өлшенген) отынның өлшенген температурадағы салмағы табылады:
Температура көтерілген сайын мұнай өнімдерінің көлемі артады және мына формуламен анықталады:
мұндағы 2 В – температура 1 °С көтерілген мұнай өнімінің көлемі; 1 В – мұнай өнімінің бастапқы көлемі; delta t - температура айырмашылығы; B - мұнай өнімінің көлемдік кеңею коэффициенті Мұнай өнімдерінің 1 °С үшін +20 °С тығыздығына байланысты көлемдік кеңею коэффициенттері
Тығыздықты өлшеудің ең кең тараған әдістеріне гидрометриялық, пикнометриялық және гидростатикалық салмақ өлшеу жатады. Соңғы уақытта автоматты әдістер сәтті жасалды: діріл, ультрадыбыстық, радиоизотоптық, гидростатикалық.
Тұтқырлық – сұйық бөлшектердің сыртқы күш әсерінен өзара қозғалысқа қарсы тұру қасиеті. Динамикалық және кинематикалық тұтқырлық арасында айырмашылық бар. Практикалық жағдайларда динамикалық тұтқырлықтың тығыздыққа қатынасына тең болатын кинематикалық тұтқырлыққа көбірек қызығушылық танытады.
Сұйықтықтың тұтқырлығы капиллярлық вискозиметрлерде анықталады және Стокспен (С) өлшенеді, оның өлшемі мм2/с. Мұнай өнімдерінің кинематикалық тұтқырлығы ГОСТ 33-82 бойынша ВПЖ-1, ВПЖ-2 және Пинкевич капиллярлық вискозиметрлерінде анықталады (5-сурет). Оң температурадағы мөлдір сұйықтықтардың тұтқырлығы ВПЖ-1 вискозиметрлерінің көмегімен анықталады. Әртүрлі температуралар мен сұйықтықтар үшін ВПЖ-2 және Пинкевич вискозиметрлері қолданылады. Жоғары жылдамдықты дизельдік қозғалтқыштарда қолдануға арналған отынның кинематикалық тұтқырлығы 20 ° C, төмен жылдамдықта - 50 ° C, мотор майлары - 100 ° C стандартталған. Капиллярлық вискозиметрде кинематикалық тұтқырлықты анықтау сұйықтың тұтқырлығы оның капилляр арқылы өтетін уақытқа тура пропорционалдылығына негізделген, бұл ламинарлық ағынды қамтамасыз етеді. Пинкевич вискозиметрі әртүрлі диаметрлі байланыс түтіктерінен тұрады. Әрбір вискозиметр үшін оның тұрақты С көрсетіледі, бұл калибрлеу сұйықтығының тұтқырлығының 20 ° C-та 20 в-қа дейінгі ағынның уақытына қатынасы, оның меншікті массасының әсерінен осы сұйықтықтың 20 т, сондай-ақ 20 ° C, 2 томнан а белгісінен b таңбасына дейін 3 капилляр арқылы 4 кеңейтуге дейін:
t °C температурадағы мұнай өнімінің тұтқырлығы мына формуламен анықталады:
Бөлшек құрамы ГОСТ 2177-82 бойынша арнайы құрылғы арқылы анықталады. Ол үшін 100 мл зерттелетін отынды 1 колбаға құйып, қайнағанша қыздырады. Отын буы 3 тоңазытқышқа түседі, онда ол конденсацияланады, содан кейін сұйық фаза түрінде өлшеуіш цилиндрге 4 түседі.Айдау процесінде 10, 20, 30% және т.б қайнайтын температура тіркеледі. зерттелетін отынның. Дистилляция ең жоғары температураға жеткеннен кейін температураның шамалы төмендеуі байқалғанда аяқталады. Дистилляция нәтижелерінің негізінде сыналатын отынның фракциялық дистилляция қисығы салынады.
Біріншісі – отынның 10% қайнау нәтижесінде пайда болатын, оның бастапқы қасиеттерін сипаттайтын бастапқы фракция. Бұл фракцияның қайнау температурасы неғұрлым төмен болса, қозғалтқышты іске қосу үшін соғұрлым жақсы болады. Бензиннің қысқы сорттары үшін отынның 10% -ы 55 ° C жоғары емес, ал жазғы сорттар үшін - 70 ° C жоғары емес температурада қайнауы қажет.
Бензиннің 10-нан 90%-ға дейін қайнайтын басқа бөлігі жұмыс фракциясы деп аталады. Оның булану температурасы 160 ... 180 ° C жоғары болмауы керек.
90% қайнау температурасынан соңғы қайнау температурасына дейінгі диапазондағы бензиннің ауыр көмірсутектері отынға өте қажет емес соңғы немесе құйрық фракцияларын білдіреді. Бұл фракциялардың болуы қозғалтқыштың жұмысы кезінде жағымсыз құбылыстарға әкеледі: жанармайдың толық жанбауы, цилиндр төсемдерінен майлауды жуу және қозғалтқыштағы қозғалтқыш майын сұйылту салдарынан бөлшектердің тозуы, дизель отынының өнімділік қасиеттерін арттыру Дизель отыны. дизельдік қозғалтқыштар деп аталатын қысумен тұтану қозғалтқыштарында қолданылады. Жану камерасына ауа мен отын бөлек беріледі. Сору кезінде цилиндрге таза ауа кіреді; екінші қысу соққысы кезінде ауа 3 ... 4 МПа (30 ... 40 кгс / см2) дейін сығылады. Қысу нәтижесінде ауа температурасы 500 ... 700 ° C жетеді. Сығымдау аяқталғаннан кейін қозғалтқыш цилиндріне отын айдалады, ол өздігінен тұтану температурасына дейін қызып, тұтанатын жұмыс қоспасын құрайды.
Айдалған отын жану камерасына немесе алдын ала камераға орналастырылған саптама арқылы атомизацияланады. Жанармай тамшыларының орташа диаметрі шамамен 10 ... 15 микронды құрайды.
Карбюраторлы қозғалтқыштармен салыстырғанда дизельдік қозғалтқыштар жоғары сығымдау коэффициенттерімен (4...10 орнына 12...20) және артық ауа коэффициентімен = 5,1...4,1 жұмыс істейтіндіктен, жоғары үнемді. Нәтижесінде олардың меншікті отын шығыны карбюраторлы қозғалтқыштарға қарағанда 25 ... 30% төмен.
Дизельдік қозғалтқыштар жұмыста сенімдірек және берік, олар дроссельге жақсы жауап береді, яғни. жылдамдықты жеңілдетіңіз және шамадан тыс жүктемелерді жеңіңіз. Сонымен қатар, дизельді қозғалтқыштарды өндіру күрделірек, көлемі үлкенірек және салмақ бірлігіне аз қуат алады. Бірақ үнемді және сенімді жұмыс негізінде дизельдік қозғалтқыштар карбюраторлы қозғалтқыштармен сәтті бәсекелеседі.
Дизельдік қозғалтқыштың ұзақ мерзімді және үнемді жұмысын қамтамасыз ету үшін дизельдік отын келесі талаптарға сай болуы керек:
қоспаның жақсы түзілуі және жанғыштығы бар;
сәйкес тұтқырлыққа ие;
қоршаған ортаның әртүрлі температураларында жақсы сорғыштығы бар;
Дизельдік қозғалтқыштың жұмсақ немесе қатты жұмысын сипаттайтын дизельдік отынның қасиеті оның өздігінен тұтануымен бағаланады. Бұл сипаттама сынақ және эталондық отынмен жұмыс істейтін дизельді қозғалтқыштарды салыстыру арқылы анықталады. Жанармайдың цетан саны бағалау көрсеткіші болып табылады.
Дизельдік цилиндрлерге түсетін отын бірден тұтанбайды, бірақ белгілі бір уақыт кезеңінен кейін өздігінен тұтану кідіріс кезеңі деп аталады. Ол неғұрлым аз болса, дизельдік цилиндрлерде жанармайдың жану кезеңі соғұрлым қысқа болады. Газ қысымы біркелкі артады, ал қозғалтқыш біркелкі жұмыс істейді (кенеттен соққыларсыз). Өздігінен тұтану үшін ұзақ кідіріс кезеңімен отын қысқа уақыт ішінде жанып кетеді, газ қысымы дерлік артады, сондықтан дизельді қозғалтқыш қатал жұмыс істейді (соққымен). Цетан саны неғұрлым жоғары болса, дизельдік отынның өздігінен тұтануының кешігу кезеңі неғұрлым қысқа болса, дизельдік отынның өздігінен тұтануы соғұрлым жұмсақ, әдетте оны эталондық отындардың өздігінен тұтануымен салыстыру арқылы бағаланады. Стандартты отын ретінде өздігінен тұтану кідірісі қысқа болатын қалыпты парафинді көмірсутек цетаны (С16Н34) және хош иісті көмірсутек метилнафталин C10H7CH3 қолданылады, ол ұзақ уақыт бойы кідіреді. қозғалтқыш жұмыс істеп тұрған кезде өздігінен тұтану (оның өздігінен тұтануы шартты түрде 0 ретінде қабылданады).
Жанармайдың цетан саны сан жағынан оның метилнафталинмен қоспасындағы цетанның пайызына тең, ол жану сипаты бойынша (өзінен тұтану) зерттелетін отынға тең. Стандартты отындарды пайдалана отырып, кез келген цетан саны 0-ден 100-ге дейінгі қоспаларды алуға болады.
Цетан санын үш жолмен анықтауға болады: жыпылықтаулардың сәйкес келуі, өздігінен тұтану кешігуі және критикалық қысу коэффициенті. Дизельдік отынның цетандық саны әдетте IT9-3, IT9-ZM немесе ITD-69 қондырғыларын (ГОСТ 3122-67) пайдалана отырып, «жарқыл сәйкестік» әдісімен анықталады. Бұл сығымдалған тұтанумен жұмыс істеу үшін жабдықталған бір цилиндрлі, төрт тактілі қозғалтқыштар. Қозғалтқыштарда айнымалы қысу коэффициенті бар ма? = 7 ... 23. Жанармай бүркуінің алдыңғы бұрышы жоғарғы өлі нүктеге (TDC) 13°-қа орнатылады. Қысу коэффициентін өзгерту арқылы тұтану T.M.T. Дизельдік отындардың цетандық санын анықтау кезінде бір цилиндрлі қозғалтқыштың білігінің айналу жиілігі қатаң тұрақты болуы керек (n = 900 ± 10 айн / мин).
Осыдан кейін эталондық отынның екі үлгісі таңдалады, олардың біреуі төменгі қысу коэффициентінде жарқыл сәйкестігін береді (яғни, өздігінен тұтану кідірісі 13°), ал екіншісі жоғарырақ қысу коэффициентінде.
Интерполяция арқылы тексерілетін отынға эквивалентті цетан мен метилнафталин қоспасы табылып, осылайша оның цетан саны анықталады.
Отынның цетан саны олардың көмірсутектік құрамына байланысты. Қалыпты құрылымдағы парафинді көмірсутектерде цетан саны ең жоғары. Хош иісті көмірсутектерде цетан саны ең аз.
Дизельдік отынның оңтайлы цетандық саны 40 - 50. СК бар отындарды қолдану< 40 приводит к жесткой работе двигателя, а ЦЧ >50 - жану тиімділігінің төмендеуіне байланысты меншікті отын шығынының артуына.
Жанармайжанған кезде айтарлықтай мөлшерде жылу бөлетін, тікелей технологиялық процестерге және жылытуға пайдаланылатын немесе энергияның басқа түрлеріне айналатын жанғыш зат.
Агрегация күйі бойынша органикалық текті отындар қатты, сұйық және газ тәрізді (газ тәрізді) болып бөлінеді.
Шығу тегі бойынша органикалық отын әртүрлі әдістермен алынатын табиғи (табиғи) және жасанды болып бөлінеді.
1.1-кесте
Қазба отындарының классификациясы
Қолдану сипатына қарай органикалық отынды энергетикалық (жылу және электр энергиясын өндіру үшін) және өнеркәсіптік (жоғары температуралық жылу қондырғылары мен жүйелері үшін) бөлуге болады. Энергетикалық және өнеркәсіптік отындар «қазандық және пештік отын» терминімен де анықталады.
Органикалық отынның элементтік құрамы және техникалық сипаттамасы
Органикалық отынның құрамында жанғыш және жанбайтын элементтердің әртүрлі қосылыстары бар. Қатты және сұйық отынның құрамында көміртегі С, сутегі Н, ұшқыш күкірт S l және жанбайтын заттар – оттегі O, азот N, күл сияқты жанғыш заттар болады. А, ылғал В. Ұшқыш күкірт органикалық S немесе және пирит S k қосылыстарынан тұрады: S l = S op + S k. Органикалық отын мыналармен сипатталады:
Жұмыс массасы;
Құрғақ салмақ;
Жанғыш масса;
Органикалық масса.
Органикалық массаның күкіртінде пирит жоқ. Тиісті коэффициенттерді пайдаланып отын құрамын бір массадан екіншісіне қайта есептеуге болады (1.2-кесте).
1.2-кесте
Отын құрамын бір массадан екінші массаға түрлендіру
|
Мақсатты масса |
Қажетті масса |
|||
|
органикалық | ||||
|
Органикалық |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
| ||
Газ тәрізді отындар әдетте көлемдік үлестерде құрғақ массаға дейін төмендейді:
Отынның ең маңызды техникалық сипаттамалары жану жылуы, жылу шығару, күл мен ылғалдылық, отынның құнын төмендететін зиянды қоспалардың құрамы, ұшпа заттардың шығымдылығы, кокстың қасиеттері (ұшпайтын) болып табылады. қалдық).
Жану жылуыОтынның (калориялық құндылығы) – отынның масса бірлігі (кДж/кг) немесе көлемі (кДж/м 3) толық жанғанда бөлінетін жылу мөлшері. Жану жылуы – отын пайдаланатын жабдықтың жұмысы үшін отын шығынын анықтайтын сипаттама. Жанармайдың жоғары және төмен калориялық мәндері бар. Жанармай жану өнімдерінің құрамындағы су буының конденсациясының жасырын жылуын пайдаланбайтын қазандар мен технологиялық қондырғыларды жобалау кезінде есептеулер дәстүрлі түрде төмен калориялық құндылықмүмкіндіктеріжанармай.
Су буының конденсациясының жасырын жылуы бірліктерде пайдаланылған жағдайларда, есептеулер мыналарды қамтиды: жоғары калориялық құндылығыжанармай.
Отынның төменгі қыздыру мәнін жоғары қыздыру мәнін білу арқылы анықтауға болады
Отынның жану жылуын эксперименттік түрде бомбаның калориметрінде немесе газ калориметрінде анықтайды. Калориметрлердің жұмыс принципі отынның нақты өлшенген массасын немесе көлемін жағуына негізделген, оның бөлінетін жылуы суға беріледі, оның бастапқы температурасы мен массасы белгілі. Судың массасын біле отырып және оның температурасының жоғарылауын өлшей отырып, бөлінетін жылу мөлшері мен отынның жану жылуы анықталады. Белгілі отын құрамымен оның жану жылуын аналитикалық жолмен есептеуге болады. Қатты және сұйық отынның жұмыстық төменгі жану жылуын шамамен D.I формуласымен анықтауға болады. Менделеев, кДж/кг
Қайда 
– отынға кіретін әрбір газдың жану жылуы, МДж/м 3 ;С мХ n,H 2 S,CO,H 2 – отындағы жеке газдардың мөлшері, % көлем.
Газ тәрізді отынға кіретін жекелеген газдардың жану жылуы кестеде келтірілген. 1.3.
Әртүрлі отын түрлерінің жану жылуы өте кең шектерде өзгереді. Тұтыну нормаларын, қорларын және отын үнемдеуді анықтау кезінде отынның әртүрлі түрлерін салыстыру үшін эталондық отын түсінігі енгізілді. Кәдімгі отын – төменгі калориялық мәні тең отын Qк.т = 29310 кДж/кг (7000 ккал/кг).
Табиғи отынның кез келген түрін кәдімгі отынға және керісінше тұтынуды қайта есептеу үшін табиғи отынның жұмыстық массасының төменгі жылулық құндылығының кәдімгі отынның жылулық мәніне қатынасы болып табылатын жылу эквиваленті қолданылады.
|
|
.Кіріспе
Жанармай туралы жалпы мәлімет
Жанармай классификациясы
Жанармай қасиеттері
Кәдімгі отын туралы түсінік
Жану процестері
Газ тәрізді отынның жануы
Қатты отынның жануы
Сұйық отынның жануы
Қорытынды
Әдебиеттер тізімі
жанармай жағу ұшпа
Кіріспе
Халық шаруашылығында отынның рөлі зор және үнемі өсіп келеді. Қазіргі заманғы машина жасау кәсіпорындары энергетикалық және энергетикалық ресурстарды, атап айтқанда, отын сияқты энергия түрін ең ірі тұтынушылар болып табылады. Отын адам өмірінде өте маңызды рөл атқарады, өйткені жанармай негізінен адамның қажеттіліктерін қанағаттандырады. Мысалы, газ. Үйімізді газбен жылытамыз, газ плитасына тамақ пісіреміз. Көптеген автокөлік жүргізушілері бензинді бензинге ауыстырады, себебі ол арзанырақ. Көмір мен ағаш сияқты қатты отын үйлерді, негізінен ауылдық жерлерді және моншаларды жылыту үшін де қолданылады.
Сұйық отынның негізгі көзі мұнай болып табылады. Неғұрлым ұтымды пайдалану үшін мұнай бөлек компоненттерге (фракцияларға) тазартылады. Ол үшін оны әртүрлі температураға дейін қыздырады, ал белгілі бір температура шегінде пайда болған булар салқындатылады (конденсацияланады). Осылайша өнеркәсіпте қолданылатын әртүрлі бензиндер, нафта, керосин, дизельдік мазут және мазут қалдықтары өндіріледі.
Бұл эссенің мақсаты отынның мәнін, оның сорттарын, қолданылуын талдау, сонымен қатар сұйық, қатты және газ тәрізді отынның негізгі жану процестерін қарастыру.
Жанармай туралы жалпы мәлімет
Қазіргі уақытта жер бетіндегі негізгі энергия көзі химиялық отын энергиясы болып табылады. Табиғи қазба отындары тұтынылатын барлық энергияның 70-80% құрайды.
Отын – жанған кезде айтарлықтай мөлшерде жылу бөлетін және энергия көзі ретінде пайдаланылатын зат. Отын табиғи, табиғатта кездесетін немесе табиғи отынды өңдеу арқылы алынған жасанды болуы мүмкін.
Отын жанғыш және жанбайтын бөліктерден тұрады. Қатты отынның жанғыш бөлігінде бес элемент бар: көміртегі, сутегі, күкірт, оттегі және азот. Көміртек, сутегі және жанғыш күкірт отынның жануына қатысады, ал азот пен оттегі жанғыш бөліктің балластын құрайды (ішкі отын балласты). Жанбайтын бөлікке (сыртқы балласт) жанармай жағудан кейін күлге және ылғалға айналатын бейорганикалық заттар кіреді. Күл – отынның толық жануы кезінде алынатын минералды қалдық. Оның құрамына келесі оксидтер кіреді: MgO, CaO, Na2O, K2O, FeO, Fe2O3 және т.б. Отқа төзімді күл (балқу температурасы 1425 °С-тан жоғары) оңай алынатын көлемді масса, төмен балқитын күл (балқу температурасы төмен. 1200 °C) - үздіксіз жабысқақ масса немесе жеке кесектер түріндегі қатты қалдық (шлак). Ылғалдылық сыртқы және ішкі болып бөлінеді. Сыртқы ылғал отынға түсетін қоршаған ортадан ылғалдың нәтижесі болып табылады. Сыртқы ылғал отынды кептіру арқылы жойылады. Ішкі ылғалдылық гигроскопиялық (отын бөлшектерінің бетімен адсорбцияланған күйде болу) және гидраттық (белгілі бір қосылыстардың молекулаларының бөлігі, яғни химиялық байланысқан) болып бөлінеді.
Қатты және сұйық отын күрделі органикалық және минералды қосылыстардың кешені болып табылады және жанғыш және жанбайтын бөліктерден тұрады.
Жанғыш бөліктің молекулалық және химиялық құрылымы жеткілікті түрде зерттелмеген және әлі күнге дейін егжей-тегжейлі шифрды ашу мүмкін емес. Нәтижесінде жанғыш бөліктің химиялық құрамын анықтау өте қиын. Жанбайтын бөлікке кіретін құрылымы мен химиялық қосылыстары, керісінше, жеткілікті түрде егжей-тегжейлі зерттелген.
Органикалық қатты және сұйық отындар өздерінің элементтік құрамымен сипатталады, ол шартты түрде отынға кіретін барлық химиялық элементтер мен қосылыстардың қосындысы ретінде көрсетіледі. Сонымен қатар, олардың мазмұны 1 кг отынның массасына пайызбен беріледі. Элементтік құрамы отынның молекулалық және химиялық құрылымы туралы түсінік бермейді. Қатты және сұйық отын үшін элементтік құрамды былай жазуға болады:
C + H + Sл + O + N + A + W = 100%
Отынның жанғыш бөлігіне көміртегі, сутегі және күкірт (ұшқыш) жатады. Ұшқыш күкірт Sl – органикалық қосылыстардың және күкірт колчедандарының FeS2 құрамына кіретін күкірт.
Қатты және сұйық отынның қасиеттерін зерттегенде олардың жұмыс, құрғақ, жанғыш және органикалық массалары ажыратылады. Әрбір массаның құрамына сәйкес көрсеткіш тағайындалады: жұмысшы - р, құрғақ - s, жанғыш - g және органикалық - o.
Тұтынушыға жететін және жанатын түріндегі отын жұмысшы деп аталады, ал массасы мен оның элементтік құрамы сәйкесінше жұмыстық масса және жұмыс құрамы деп аталады. Жұмыс массасының элементтік құрамы былай жазылады:
Отынның құрғақ массасы, жұмысшы массасынан айырмашылығы, ылғалдылықты қамтымайды және оны теңдікпен көрсетуге болады:
Жанармайдың күлділігі әрқашан отынның құрғақ салмағымен ғана тексеріледі.
Жанармайдың жанғыш құрамында сыртқы балласт, яғни ылғал мен күл жоқ, оны былай жазуға болады:
«Жанғыш масса» атауы шартты болып табылады, өйткені оның жалғыз шын жанатын элементтері C, H және Sl. Қазба отынның жанғыш массасының құрамы отынның табиғаты мен шығу жағдайларына, сондай-ақ оның геологиялық жасына (яғни органикалық заттарда болған қайтымсыз өзгерістердің тереңдігіне) байланысты.
Қатты отынның құрамындағы көміртегі мөлшері оның геологиялық жасына қарай артады, ал сутегі азаяды.Мысалы, шымтезектегі көміртегі мөлшері Cr. = 50÷60%, қоңыр көмірде C = 60 ÷75%, көмірде Sg = 75÷90%. Геологиялық жастың төмендеуімен отын құрамындағы өсімдік қалдықтарының мөлшері артады.
Барлық жылутехникалық есептеулерде отынның құрамы оның жанғанға дейінгі күйінің ең толық сипаттамасы болып табылатын жұмыстық массасына сәйкес алынады.
Жанармай классификациясы
Қолдану сипатына қарай отын энергетикалық, технологиялық және кешенді болып бөлінеді. Соңғы кездері отынды кешенді энергетикалық пайдалануға көбірек адамдар жүгінуде, оның мәні отын одан химия өнеркәсібі үшін шикізат ретінде пайдаланылатын бағалы заттарды бөліп алу үшін алдын ала технологиялық өңдеуге ұшырайды. Қалдық өнім энергетикалық отын ретінде пайдаланылады (жартылай кокстеу, тақтатастарды өңдеу және т.б.)
Толық жану кезінде алынатын максималды температураға сәйкес отын жоғары жылуды (2000 ° C жоғары - табиғи газ, мұнай өнімдері, көмір) және төмен жылуды (2000 ° C-тан төмен - қоңыр көмір, шымтезек, отын) болуы мүмкін. .
Агрегация күйіне қарай олар қатты, сұйық және газ тәрізді болып бөлінеді. Қатты отын негізінен жоғары ұйымдасқан өсімдіктерден - ағаштан, жапырақтардан, қарағай инелерінен және т.б. түзіледі. Жоғары ұйымдасқан өсімдіктердің өлі бөліктері ауаның еркін енуімен саңырауқұлақтармен жойылады және шымтезекке айналады - қарашіріктің бос, анық емес массасы деп аталады. гумин қышқылдары. Шымтезектің жиналуы қоңыр массаға, содан кейін қоңыр көмірге айналады. Кейіннен жоғары қысымның және жоғары температураның әсерінен қоңыр көмірлер кейінгі өзгерістерге ұшырап, тас көмірге, содан кейін антрацитке айналады. Сұйық отынға мыналар жатады: шикі мұнайды айдау арқылы алынған мұнай өнімдері; көмірді төмен температурада кокстеу және сублимациялау өнімі болып табылатын креозот; көмірді сұйылту нәтижесінде пайда болатын синтетикалық майлар; сұйық отынның басқа түрлері, мысалы, өсімдіктерден алынатындар (картоп, рапс және т.б.) Газ тәрізді отынның құрамы ондағы жеке газдардың мөлшерімен пайызбен көрсетіледі. Газ тәрізді отынның құрамында оның жанғыш бөлігі де, оның балластын құрайтын жанбайтын бөлігі де бар.
Жанармай қасиеттері
1. Жану жылуы
Қалыпты жағдайда қатты, сұйық немесе газ тәріздес отынның толық жануы кезінде бөлінетін жылу мөлшері жылу мөлшері деп аталады. Отынның жануы кезінде жылудың бөлінуі жану реакцияларының жылу әсерімен түсіндіріледі.
Жанармайдың жұмыстық массасына кіретін барлық компоненттер жану кезінде жылу шығармайды. Отынның ылғалы буға айналғанда жылуды сіңіреді; сульфаттардың құрамына кіретін күкірт те олардың диссоциациялануы кезінде жылуды сіңіреді. Шартты түрде отынның жану жылуының ең жоғарғы шегі, егер жану өнімдеріндегі ылғалдылық сұйықтық түрінде ескерілсе, жану жылуының төменгі шегі, егер ылғал бу ретінде жану өнімдері есепке алынады.
Күлдің мөлшері және ылғалдылығы
Күл мен ылғал отынның сапасын төмендетеді және жағымсыз қоспалар болып табылады. Ылғалдылық жану жылуын азайтады және отынның жануын қиындатады; дымқыл отынды тасымалдау қиынырақ. Күл – минералды масса. Ол жанармай құрайтын заттың құрамында болуы мүмкін немесе ол кездейсоқ қоспа ретінде жердің ішектерінде пайда болған кезде оған түсуі мүмкін. Мысалы, қоңыр көмір сияқты кеуекті құрылымы бар көмірлердің кеуектерінде жер асты суларынан кристалданған тұздар болады. Күл жанармайдың толық жануын болдырмайды, жанып тұрған отын бөліктерінің бетінде герметикалық қабат түзеді. Егер күл ерісе, онда оның агломерацияланған бөліктері қож түзеді, бұл кокстың ұнтақталған күл қалдықтарынан да көп күйіп кетуіне жол бермейді.
Күкірт мөлшері
Күкірт күкірт колчедандары түрінде жану жылуын жоғарылататынына қарамастан отындағы жағымсыз қоспа болып табылады. Күкірт жанған кезде улы күкірт диоксиді газы пайда болады, оның жұмыс аймағында, тіпті аз мөлшерде болуы еңбек жағдайын нашарлатады. Термиялық өңдеу кезінде қоршаған ортада күкірт диоксидінің болуы дайын өнімнің сапасын нашарлатады. Ылғалды ортада төмен температурада күкірт диоксиді күкірт қышқылының буларын түзеді, бұл жылыту қондырғыларының металл бөліктерінің коррозиясын тудырады.
Ұшатын тұтанғыш заттар және кокс қалдықтары
Тотықтырғышқа қол жеткізбей 870-1070К температураға дейін қыздырылған қатты отыннан ұшқыштар деп аталатын бу-газ заттары бөлінеді. Ұшқыш заттар – отынның органикалық массасының құрамындағы күрделі органикалық заттардың ыдырау өнімдері. Ұшқыш заттардың құрамына молекулалық азот N2, оттегі O2, сутегі Н2, көміртек оксиді СО, көмірсутек газдары СН4, С2Н4 және т.б., сонымен қатар жанармай құрамындағы ылғалдан түзілетін су буы жатады.
Ұшқыш заттардың химиялық құрамы отынды қыздыру процесінің шарттарына байланысты. Ұшқыш заттардың қосындысы V деп белгіленеді және тек жанғыш массаға жатады.
Отынды қыздырғаннан кейін (тотықтырғышқа қол жеткізбестен) және ұшпа заттар шығарылғаннан кейін алынатын қатты қалдық кокс деп аталады. Кокстың құрамында қалдық көміртек пен күл бар. Қыздыру жағдайларына байланысты қатты қалдық құрамында күлден басқа, термиялық ыдырауы жоғары температураны қажет ететін күрделі органикалық қосылыстардың құрамына кіретін кейбір элементтер (C, N, Bl, N) болуы мүмкін. Бұл жағдайда қатты қалдық көмір деп аталады.
Механикалық қасиеттері бойынша қатты қалдық (кокс) ұнтақты, аздап пісірілген немесе пісірілген болуы мүмкін. Кейбір көмірлердің (кокстелетін) агломерленген, механикалық күшті кокс алу қасиеті домна пешінде қолданылатын металлургиялық коксты алу үшін қолданылады.
Кәдімгі отын туралы түсінік
Кәдімгі отын - бұл жанармайдың жеке түрлерін неғұрлым ыңғайлы салыстыру, оларды қорытындылау және отынның бір түрін екіншісімен сандық ауыстыруды белгілеу үшін енгізілген тұжырымдама.
Стандартты отынның бірлігі ретінде 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг) калориялы 1 кг отын алынады. Кәдімгі отын мен табиғи отын арасындағы қатынас мына формуламен өрнектеледі:
мұндағы By – стандартты отынның баламалы мөлшерінің массасы, кг;
Vn – табиғи отынның массасы, кг (қатты және сұйық отын) немесе м3 (газ тәрізді);
Берілген табиғи отынның төмен калориялылығы, ккал/кг немесе ккал/м3;
Калория баламасы.
Берілген түрдегі отын мөлшерін стандарттыға айналдыру берілген түрдегі 1 кг отынның жылу мөлшерінің 1 кг стандартты отынның жылу сыйымдылығына қатынасына тең коэффициентті қолдану арқылы жүзеге асырылады.
Е мәні келесідей қабылданады: мұнай үшін 1,4; кокс 0,93; шымтезек 0,4; табиғи газ 1.2.
Эталондық отынды пайдалану әсіресе әртүрлі жылу электр станцияларының тиімділігін салыстыру үшін ыңғайлы. Мысалы, энергетикалық секторда келесі сипаттама қолданылады - электр энергиясының бірлігін өндіруге жұмсалған эквивалентті отын мөлшері. 1 кВт үшін стандартты отынның г-де көрсетілген g бұл мәні × h электр энергиясы қондырғының тиімділігіне қатынасы бойынша:
Отынның барлық түрлерін кәдімгі немесе мұнай эквивалентіне дейін азайту отынның әртүрлі түрлерін пайдаланатын отын тұтынатын қондырғылардың жұмысының техникалық-экономикалық көрсеткіштерін салыстыруға мүмкіндік береді. Бұдан басқа, бұл әртүрлі отын түрлерінің қорлары мен өндірісін олардың энергетикалық құндылығын ескере отырып салыстыруға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, стандартты отынды пайдалана отырып, сіз отын балансын немесе саланың, елдің және жалпы әлемнің жалпы энергетикалық балансын жасай аласыз.
Жану процестері
Отынның жану процесі оның ыдырауының аралық өнімдерінің жануынан тұрады: ұшатын жанғыш заттар және қатты қалдық - кокс. Алдымен ұшпа заттар жанады, содан кейін кокс. Ұшқыш заттардың жануы одан да қарапайым заттарға қыздырылған кезде олардың ыдырауынан бұрын болады, олар ауадағы оттегімен әрекеттескенде отын қабатының үстіндегі жану камерасында жалынмен жанады. Ауадағы оттегі концентрациясының жоғарылауы, онымен ұшатын заттардың жақсы араласуы, жану өнімдерін уақытында жою - мұның бәрі ұшқыш заттардың жану процесін жеделдетуге көмектеседі.
Жанармайдың жануы - қарқынды жылу бөлінуімен жүретін жоғары температурада жанғыш отын элементтерін тотықтырғышпен біріктірудің химиялық реакциясы. Оттегі тотықтырғыш ретінде қолданылады. Төмен температурада жанармай мен тотықтырғыштың болуы олардың жану деп аталатын химиялық комбинациясын қамтамасыз етпейтіні белгілі. Жану бөлшектер реакцияға түсу үшін жеткілікті активтену энергиясын E беретін температураға дейін қызғаннан кейін ғана басталады.
Жану негізінен химиялық процесс, өйткені... оның пайда болуы нәтижесінде әрекеттесуші массалардың құрамында сапалық өзгерістер болады. Бірақ сонымен бірге химиялық жану реакциясы әртүрлі физикалық құбылыстармен бірге жүреді: жылу алмасу, әрекеттесуші массалардың диффузиялық берілуі және т.б. Отынның жану уақыты физикалық ( ) және химиялық процестер ():
= .
Физикалық процестердің жүруіне қажетті уақыт отынды тотықтырғышпен араластыруға қажетті уақыттан тұрады ( ) және отын-ауа қоспасы тұтану температурасына дейін қызған уақыт (тн):
tPHYS = tSM + tH
Жану уақыты (tGOR) ең баяу процестің жылдамдығымен анықталады.
Газ тәрізді отынның жануы
Газ тәріздес отынның жану процесі біртекті, яғни отын да, тотықтырғыш те бірдей агрегаттық күйде және фазалық шекара жоқ. Жану басталуы үшін газ тотықтырғышпен жанасуы керек. Тотықтырғыш болған кезде жануды бастау үшін белгілі бір жағдайлар жасалуы керек. Жанғыш компоненттердің тотығуы салыстырмалы түрде төмен температурада да мүмкін. Мұндай жағдайларда химиялық реакциялардың жылдамдығы шамалы. Температура жоғарылаған сайын реакциялардың жылдамдығы артады. Белгілі бір температураға жеткенде газ-ауа қоспасы жанады, реакция жылдамдығы күрт артады және жылу мөлшері жануды өздігінен ұстап тұру үшін жеткілікті болады. Қоспа тұтанатын ең төменгі температура тұтану температурасы деп аталады. Әртүрлі газдар үшін бұл температураның мәні бірдей емес және жанғыш газдардың термофизикалық қасиеттеріне, қоспадағы отынның құрамына, тұтану жағдайларына, әрбір нақты құрылғыдағы жылуды кетіру жағдайларына және т.б. байланысты. Мысалы, тұтану температурасы сутегі 820-870 К, ал көміртек оксиді мен метан сәйкесінше 870-930 және 1020-1070 К аралығында болады.
Тотықтырғышпен араласқан жанғыш газ алауда жанады. Факел - жану процестері жүретін қозғалыстағы газдардың белгілі бір көлемі. Жану теориясының жалпы принциптеріне сәйкес алауда газды жағудың екі түбегейлі әртүрлі әдісі бөлінеді: кинетикалық және диффузиялық. Кинетикалық жану газдың тотықтырғышпен алдын ала (жану алдында) араласуымен сипатталады. Оттықты араластыру құрылғысына алдымен газ және тотықтырғыш беріледі. Қоспа араластырғыштың сыртында жағылады. Бұл жағдайда процестің жылдамдығы химиялық жану реакцияларының жылдамдығымен шектелетін болады.
Диффузиялық жану жанғыш газды ауамен араластыру процесінде жүреді. Газ жұмыс көлеміне ауадан бөлек енеді. Бұл жағдайда процестің жылдамдығы газдың ауамен араласу жылдамдығымен шектелетін болады.
Диффузиялы жанудың бір түрі аралас (диффузиялық-кинетикалық) жану болып табылады. Газ біраз ауамен алдын ала араласады. Бұл ауа бастапқы деп аталады. Алынған қоспа жұмыс көлеміне беріледі. Қалған ауа (екінші ауа) оған одан бөлек кіреді.
Қазандық қондырғылардың пештерінде отынды жағудың кинетикалық және аралас принциптері жиі қолданылады. Диффузия әдісі көбінесе технологиялық өнеркәсіптік пештерде қолданылады.
Газдың жануы жану фронты деп аталатын тар аймақта жүреді. Тотықтырғышпен алдын ала араласқан газ жану фронтында жанады, ол кинетикалық деп аталады. Бұл фронт таза газ-ауа қоспасы мен жану өнімдері арасындағы интерфейсті білдіреді. Кинетикалық жану фронтының бетінің ауданы химиялық реакциялардың жылдамдығымен анықталады.
Газдың диффузиялық жануы кезінде диффузиялық жану фронты қалыптасады, ол жану өнімдері мен газ ағынына қарай таралатын жану өнімдерімен газ қоспасы арасындағы интерфейс болып табылады. Бұл фронттың бетінің ауданы газдың тотықтырғышпен араласу жылдамдығымен анықталады.
Газ тәріздес отынның жануының ең маңызды сипаттамасы жалынның қалыпты таралу жылдамдығы - жану фронтының келе жатқан газ-ауа қоспасы бағытында оның бетіне қалыпты жылжу жылдамдығы. Жалынның қалыпты таралу жылдамдығы тәуелді болатын негізгі факторларға газдың реактивтілігі, оның қоспадағы концентрациясы және қоспаны алдын ала қыздыру температурасы жатады.
Газ-ауа қоспаларының жануының тағы бір маңызды ерекшелігі - концентрация шегінің болуы. Төменгі (LEL) және жоғарғы (UEL) концентрацияның тұтанғыштық шектері бар. Егер қоспадағы оның концентрациясы LEL концентрациясынан аз немесе ERV концентрациясынан жоғары болса, газдың жануы тоқтайды. Бұл төмен газ концентрациясында жылу реакцияны ұстап тұру үшін анық жеткіліксіз болатындығына байланысты. Газдың жоғары концентрациясында тотықтырғыштың жетіспеушілігі байқалады, бұл да жылу мөлшерінің төмендеуіне және жану фронтында тұтану температурасынан төмен температураның төмендеуіне әкеледі.
Қатты отынның жануы
Жану процесі келесі кезеңдерден тұрады:
Отынды кептіру және ұшқыш заттар бөлінетін температураға дейін қыздыру;
Ұшқыш заттардың тұтануы және олардың жануы;
Кокс жанғанша қыздыру;
Кокстың жанғыш заттардың жануы.
Барлық осы кезеңдердің ішінде шешуші болып кокс қалдықтарының жану кезеңі болып табылады, яғни қарқындылығы отынның жану қарқындылығын және тұтастай алғанда газдандыруды анықтайтын көміртекті жану кезеңі. Көміртектің жануының шешуші рөлі келесідей түсіндіріледі.
Біріншіден, отынның құрамындағы қатты көміртегі барлық дерлік табиғи қатты отындардың негізгі жанғыш компоненті болып табылады. Мысалы, антрацит кокс қалдығының жану жылуы жанғыш массаның жану жылуының 95% құрайды. Ұшқыш заттардың шығымының жоғарылауымен кокс қалдығының жану жылуының үлесі төмендейді және шымтезек жағдайында жанғыш массаның жану жылуының 40,5% құрайды.
Екіншіден, кокс қалдықтарының жану сатысы барлық кезеңдердің ішіндегі ең ұзыны болып шығады және жану үшін қажетті жалпы уақыттың 90%-ын алуы мүмкін.
Үшіншіден, кокстың жану процесі басқа кезеңдердің пайда болуы үшін жылулық жағдай жасауда шешуші мәнге ие. Демек, қатты отынды жағудың технологиялық әдісін дұрыс құрудың негізі көміртекті жану процесіне оңтайлы жағдай жасау болып табылады.
Сұйық отынның жануы
Әрбір сұйық отын, кез келген сұйық зат сияқты, берілген температурада оның бетінде белгілі бір бу қысымы болады, ол температура жоғарылаған сайын артады.
Атомизацияланған күйде сұйық отынды жағу әдісі ең үлкен практикалық қолдануға ие. Жанармайдың атомизациясы оның жануын айтарлықтай жеделдетуге және жанармай мен тотықтырғыштың жанасу бетінің ұлғаюына байланысты жану камерасының көлемдерінде жоғары термиялық кернеулерді алуға мүмкіндік береді.
Сұйық отынның қайнау температурасы әрқашан олардың өздігінен тұтану температурасынан төмен, яғни отын жанып, кейіннен сыртқы жылу көзінсіз жанып кететін ортаның ең төменгі температурасы. Бұл температура тұтану температурасынан жоғары, бұл кезде отын тек сыртқы тұтану көзі (ұшқын, ыстық катушкалар және т.б.) болған кезде жанады. Нәтижесінде тотықтырғыштың қатысуымен сұйық отынның жануы тек бу күйінде мүмкін болады. Бұл жағдай сұйық отынның жану процесінің механизмін түсіну үшін өте маңызды. Бұл процесті келесі кезеңдерге бөлуге болады:
отынды қыздыру және булану;
Жанғыш қоспаның түзілуі (отын буларын тотықтырғышпен араластыру);
жанғыш қоспаның тұтануы;
Қоспаның жануы.
Температурасы өздігінен тұтану температурасынан жоғары болатын қыздырылған көлемге түсетін сұйық отын тамшысы ішінара булана бастайды. Отын буы ауамен араласып, бу-ауа қоспасын құрайды. Тұтану қоспадағы булардың концентрациясы тұтану концентрациясының төменгі шегінде оның мәнінен асатын мәнге жеткен кезде пайда болады. Содан кейін жанғыш қоспаның жануынан тамшыға түсетін жылу өздігінен жүреді. Тұтану сәтінен бастап булану процесінің жылдамдығы артады, өйткені жанғыш бу-ауа қоспасының жану температурасы атомизацияланған отын енгізілген көлемнің бастапқы температурасынан айтарлықтай асып түседі.
Бос беті бар сұйық отын тұтанған кезде оның бетінің үстіндегі кеңістіктегі буы жанып, жанып тұрған алауды құрайды. Факел бөлетін жылудың әсерінен булану күрт артады. Факел мен сұйық айна арасындағы жылу алмасудың тұрақты күйінде булану, демек, жану мөлшері отынның максималды мәніне жетеді, содан кейін уақыт өте тұрақты болып қалады.
Сұйық отынның температурасы тұтану температурасы деп аталады.
Сұйық отындар бу фазасында жанатындықтан, тұрақты күйде жану жылдамдығы сұйықтықтың оның айнасынан булану жылдамдығымен анықталады.
Сұйық отындардың бос жерден жану процесі келесідей жүреді. Тұрақты жану режимінде алау шығаратын жылу әсерінен сұйық отын буланады. Айналадағы кеңістіктегі ауа диффузия арқылы бу фазасындағы отынның жоғары ағынына енеді. Осы жолмен алынған қоспа булану айнасынан 0,5-1 мм қашықтықта орналасқан конус түріндегі жанып тұрған алауды құрайды. Тұрақты жану қоспасы отын мен ауаның стехиометриялық қатынасына сәйкес келетін пропорцияға жеткен жер бетінде жүреді. Бұл болжам диффузиялық газды жағу жағдайындағы сияқты ойлардан туындайды. Химиялық реакция жалын фронтының өте жұқа қабатында жүреді, оның қалыңдығы миллиметрдің бірнеше фракциясынан аспайды. Алаудың және жану аймағының алып жатқан көлемі екі бөлікке бөлінеді: алаудың ішінде жанғыш сұйықтықтың және жану өнімдерінің булары, ал жану аймағының сыртында жану өнімдерінің ауамен қоспасы болады.
Шамның ішінде көтерілетін сұйық отын буларының жануын екі кезеңнен тұратын түрде көрсетуге болады: жану аймағына оттегінің диффузиялық берілуі және жалын фронтында болатын химиялық реакцияның өзі. Бұл екі кезеңнің жылдамдығы бірдей емес: жоғары температурада химиялық реакция өте тез жүреді, ал оттегінің диффузиялық берілуі баяу процесс, жалпы жану жылдамдығын шектейді. Демек, бұл жағдайда жану диффузиялық аймақта жүреді, ал жану жылдамдығы жану аймағына оттегінің диффузия жылдамдығымен анықталады. Әртүрлі сұйық отындардың бос бетінен жану кезінде жану аймағына оттегін беру шарттары шамамен бірдей болғандықтан, олардың жану жылдамдығы жалынның алдыңғы жағына, яғни бүйір бетіне қатысты деп күту керек. шырақ, сондай-ақ бірдей болуы керек. Булану жылдамдығы неғұрлым көп болса, алаудың ұзындығы соғұрлым көп болады.
Сұйық отынның бос бетінен жануының спецификалық ерекшелігі үлкен химиялық астыңғы жану болып табылады. Химиялық күйіп кету, ең алдымен, жану аймағындағы жалпы немесе жергілікті ауа жетіспеушілігінің салдары болып табылады. Бос жерден жанған кезде көміртекті қосылыс болып табылатын әрбір отынның өзінің химиялық төмен жану мәні бар, ол %:
алкоголь үшін....... 5.3
керосин үшін....... 17.7
бензин үшін....... 12.7
бензол үшін....... 18.5.
Химиялық жанудың пайда болуының суретін келесідей көрсетуге болады: бу тәрізді көмірсутектер конус тәріздес факелдің ішінде жалынның алдыңғы жағына ауысқанда оттегінің жетіспеушілігі кезінде жоғары температура аймағында болған кезде термиялық ыдырауға ұшырайды. бос көміртегі мен сутегі.
Жалынның жарқырауы ондағы бос көміртек бөлшектерінің болуынан туындайды. Соңғысы жану кезінде пайда болатын жылудың әсерінен қызып, көп немесе аз жарық шығарады. Бос көміртектің бір бөлігі жануға үлгермейді және жану өнімдерімен күйе түрінде ағып кетеді, түтіндік алауды құрайды. Сонымен қатар, көміртегінің болуы СО түзілуін тудырады. Жану өнімдеріндегі СО мен СО2 жоғары температура және төмен парциалды қысымы СО түзілуіне ықпал етеді. Жану өнімдеріндегі көміртегі мен СО мөлшері химиялық аз жану мөлшерін анықтайды. Сұйық отындағы көміртегі мөлшері неғұрлым жоғары болса және ол сутегімен аз қанықса, соғұрлым таза көміртектің түзілуі көбейеді, алау соғұрлым жарқырайды, соғұрлым химиялық астыңғы жағылады.
Осылайша, сұйық отынның бос бетінен жануын зерттеу мынаны көрсетті:
Сұйық отынның жануы олардың бу фазасында булануынан кейін жүреді. Сұйық отындардың бос бетінен жану жылдамдығы факел мен булану айнасы арасындағы жылу алмасудың тұрақты күйінде жану аймағынан бөлінетін жылу есебінен олардың булану жылдамдығымен анықталады;
Сұйық отынның бос бетінен жану жылдамдығы олардың қыздыру температурасының жоғарылауымен, жану аймағының сәулелену қарқындылығы жоғары, булану жылуы және жылу сыйымдылығы төмен отынға ауысқан сайын артады және өлшемі мен пішініне байланысты емес. булану айнасының;
Сұйық отынның бос бетінен жанатын булану айнасына жану аймағынан сәулеленудің қарқындылығы тек оның физика-химиялық қасиеттеріне байланысты және әрбір сұйық отынға тән тұрақты шама болып табылады;
Сұйық отынның булану бетінің үстіндегі диффузиялық шлейф фронтының термиялық кернеуі іс жүзінде тигельдің диаметріне және отын түріне байланысты емес;
Сұйық отындардың бос жерден жануы әр отынға тән шамасы химиялық астыңғы жағылудың жоғарылауымен сипатталады.
Сұйық отынның жануы бу фазасында болатынын есте ұстай отырып, сұйық отын тамшысының жану процесін келесі түрде көрсетуге болады. Сұйық отынның бір тамшысы осы отынның буларымен қаныққан атмосферамен қоршалған. Сфералық бет бойымен тамшыға жақын жану аймағы орнатылады. Тотықтырғышпен сұйық отын буларының қоспасының химиялық реакциясы өте тез жүреді, сондықтан жану аймағы өте жұқа. Жану жылдамдығы ең баяу кезеңмен - отынның булану жылдамдығымен анықталады. Тамшы мен жану аймағы арасындағы кеңістікте сұйық отын мен жану өнімдерінің булары бар. Жану аймағынан тыс кеңістікте ауа және жану өнімдері бар. Жанармай буы жану аймағына ішінен, ал оттегі сырттан таралады. Мұнда қоспаның бұл компоненттері жылу бөлінуімен жүретін химиялық реакцияға түседі. Жану аймағынан жылу сыртқа және тамшыға беріледі, ал жану өнімдері қоршаған кеңістікке және жану аймағы мен тамшы арасындағы кеңістікке таралады. Дегенмен, жылу беру механизмі әлі анық емес сияқты.
Бірқатар зерттеушілер жанып тұрған тамшының булануы тамшы бетіндегі тоқтап тұрған шекаралық пленка арқылы молекулалық жылу беру есебінен жүреді деп есептейді.
Тамшы бетінің азаюына байланысты жанып кеткендіктен, жалпы булану азаяды, жану аймағы тарылып, тамшы толығымен жанып кеткенде жоғалады.
Толығымен буланатын сұйық отын тамшысының жану процесі қоршаған ортада тыныштықта немесе онымен бірдей жылдамдықпен қозғалғанда осылай жүреді.
Сфералық бетке диффузиялық оттегінің мөлшері, басқалары тең болса, оның диаметрінің квадратына пропорционал, сондықтан тамшыдан біршама қашықтықта жану аймағын орнату қатты дененің бірдей бөлшектерімен салыстырғанда оның жану жылдамдығын жоғарылатады. жанармай, оның жануы кезінде химиялық реакция іс жүзінде бетінің өзінде жүреді.
Сұйық отын тамшысының жану жылдамдығы булану жылдамдығымен анықталады, ал оның жану уақытын жану аймағынан алынған жылу есебінен оның булануы үшін жылу балансының теңдеуіне сүйене отырып есептеуге болады.
Осылайша, сұйық отынның жану процесін келесі кезеңдерге бөлуге болады:
сұйық отынды бүрку;
булану және газ-ауа қоспасының түзілуі;
жанғыш қоспаның тұтануы және соңғысының жануы.
Газ-ауа қоспасының температурасы мен концентрациясы ағынның көлденең қимасы бойынша өзгереді. Ағынның сыртқы шекарасына жақындаған сайын температура көтеріледі және жанғыш қоспаның құрамдас бөліктерінің концентрациясы төмендейді. Бу-ауа қоспасындағы жалынның таралу жылдамдығы құрамға, концентрацияға және температураға байланысты және ағынның сыртқы қабаттарында максималды мәніне жетеді, мұнда температура қоршаған түтін газдарының температурасына жақын, мұнда жанғыш қоспа жану өнімдерімен жоғары сұйылтылған. Демек, май жалынында тұтану шеткі жағынан түбірден басталады, содан кейін бүкіл көлденең қимада ағынға терең таралады, оның осіне саптамадан айтарлықтай қашықтықта жетеді, уақыт ішінде орталық ағындардың қозғалысына тең. жалынның перифериядан осіне қарай таралуы. Тұтану аймағы ұзартылған конус пішінін алады, оның негізі оттық амбразурасының шығыс бөлігінен қысқа қашықтықта орналасқан.
Тұтану аймағының орналасуы қоспаның жылдамдығына байланысты; аймақ оның барлық нүктелерінде жалынның таралу жылдамдығы мен қозғалыс жылдамдығы арасында тепе-теңдік орнайтын позицияны алады. Ең жоғары жылдамдыққа ие орталық ағындар жану кеңістігінде қозғалған кезде әлсірейді, жылдамдық жалынның таралу жылдамдығының абсолютті мәніне дейін төмендейтін орын бойынша тұтану аймағының ұзындығын анықтайды.
Бу тәрізді көмірсутектердің негізгі бөлігінің жануы шағын қалыңдықтағы алаудың сыртқы қабатын алып жатқан тұтану аймағында жүреді. Жоғары молекулалық көмірсутектердің, күйенің, бос көміртегінің және буланбаған сұйық отын тамшыларының жануы тұтану аймағынан тыс жерде жалғасады және алаудың жалпы ұзындығын анықтай отырып, белгілі бір кеңістікті қажет етеді.
Тұтану аймағы алау алып жатқан кеңістікті екі аймаққа бөледі: ішкі және сыртқы. Ішкі аймақта булану және жанғыш қоспаның пайда болу процесі жүреді.
Ішкі аймақта бу тәрізді көмірсутектер тотығумен және бөлінумен бірге жүретін қыздыруға ұшырайды. Тотығу процесі салыстырмалы түрде төмен температурада басталады - шамамен 200-300 ° C. 350-400°С және одан жоғары температурада термиялық бөліну процесі басталады.
Көмірсутектердің тотығу процесі кейінгі жану процесін қолайлы етеді, өйткені бұл белгілі бір мөлшерде жылу бөледі және температураны арттырады, ал көмірсутектердің құрамында оттегінің болуы олардың одан әрі тотығуына ықпал етеді. Керісінше, термиялық ыдырау процесі жағымсыз, өйткені бұл процесте түзілетін жоғары молекулалық көмірсутектерді жағу қиын.
Мұнай отындарының ішінде энергетика саласында тек мазут қолданылады. Мазут – бұл шамамен 300°С температурада мұнайды айдаудан қалған қалдық, бірақ дистилляция процесі толық жүрмейтіндіктен, 300°С-тан төмен температурада мазут әлі де белгілі бір мөлшерде жеңілірек буларды бөледі. Сондықтан мазуттың шашылған ағыны пешке түсіп, бірте-бірте қыздырылғанда, оның бір бөлігі буға айналады, ал кейбіреулері 400 ° C-қа жуық температурада да сұйық күйде бола алады.
Сондықтан мазутты жағу кезінде тотығу реакцияларының пайда болуына ықпал ету және жоғары температурада термиялық ыдырауды барлық мүмкін түрде болдырмау керек. Ол үшін жану үшін қажетті барлық ауа алаудың тамырына жеткізілуі керек. Бұл жағдайда ішкі аймақта көп мөлшерде оттегінің болуы, бір жағынан, тотығу процестеріне ықпал етеді, ал екінші жағынан, температураны төмендетеді, бұл көмірсутек молекулаларының түзілусіз симметриялы бөлінуін тудырады. жағу қиын жоғары молекулалық көмірсутектердің айтарлықтай мөлшері.
Мазуттың жануы нәтижесінде пайда болатын қоспаның құрамында бу және газ тәрізді көмірсутектер, сондай-ақ көмірсутектердің ыдырауы нәтижесінде түзілетін қатты қосылыстар (яғни, барлық үш фаза – газ тәрізді, сұйық және қатты) болады. Бу және газ тәріздес көмірсутектер ауамен араласқанда жанғыш қоспа түзеді, оның жануы газды жағудың барлық мүмкін әдістері арқылы жүруі мүмкін. Сұйық тамшылар мен кокстың жануы кезінде пайда болатын СО да бірдей жанады.
Факелде тамшылар конвективті қыздырудың әсерінен тұтанады; Әрбір тамшының айналасында жану аймағы белгіленеді. Тамшының жануы күйе және СО түріндегі химиялық астыңғы жағылумен бірге жүреді. Жоғары молекулалы көмірсутектердің тамшылары жанған кезде қатты қалдық – кокс түзеді.
Факелде түзілген қатты қосылыстар - күйе мен кокс - қатты отын бөлшектерінің гетерогенді жануы сияқты жанады. Қыздырылған күйе бөлшектерінің болуы алаудың жануын тудырады.
Ауа жеткілікті болса, жоғары температуралы ортада бос көмірсутек пен күйе күйіп кетуі мүмкін. Жергілікті ауа жетіспеушілігі немесе жеткіліксіз жоғары температура жағдайында олар жанудың белгілі бір химиялық толық еместігімен толық жанбайды, жану өнімдерін қара түске айналдырады - түтін алауы.
Сұйық отынды алауда жағу кезінде бос жерден жануына тән химиялық астыңғы жану тиісті режимдік шаралар арқылы нөлге жуық азайтылуы мүмкін және азайтылуы тиіс.
Осылайша, мазуттың жануын күшейту үшін жақсы тозаңдату қажет. Ауаны және мазутты алдын ала қыздыру мазуттың газдануына ықпал етеді, сондықтан ол тұтану мен жануды қамтамасыз етеді. Жану үшін қажетті барлық ауа алаудың тамырына берілуі керек. Факелдегі температура жеткілікті жоғары деңгейде сақталуы керек және алаудың соңында жану процесінің қарқынды аяқталуын қамтамасыз ету үшін ол 1000-1050 ° C төмен болмауы керек.
Қорытынды
Жоғарыда айтылғандардың негізінде мынадай қорытынды жасауға болады. Отын – жанған кезде жылуды бөлетін, одан энергия алуға болатын зат. Отын үш физикалық күйде болуы мүмкін: қатты, сұйық және газ тәрізді, олардың әрқайсысының өз молекулалық құрамы болуы мүмкін. Жанармайдың бұл түрлері үшін жану процесі басқаша жүреді. Осылайша, қатты отындар үшін жану процесі келесі кезеңдерден өтеді: отынды кептіру және ұшқыш заттар шыға бастаған температураға дейін қыздыру; ұшқыш заттардың тұтануы және олардың жануы; кокс жанғанша қыздыру; кокстан жанғыш заттарды жағу. Соңғы кезең негізгі болып табылады, өйткені ол отынның жану қарқындылығын және тұтастай алғанда газдандыруды анықтайды.
Сұйық отын әдетте атомизацияланған күйде жағылады. Жанармайдың атомизациясы оның жануын айтарлықтай жеделдетуге және жанармай мен тотықтырғыштың жанасу бетінің ұлғаюына байланысты жану камерасының көлемдерінде жоғары термиялық кернеулерді алуға мүмкіндік береді. Сұйық отынның жануы олардың бу фазасында булануынан кейін жүреді. Сұйық отынның бос бетінен жану жылдамдығы олардың қыздыру температурасының жоғарылауымен артады.
Газдарды жағу жанғыш қоспаны қыздырғыштар арқылы беретін жану камерасында жүзеге асырылады. Жану кеңістігінде күрделі физикалық және химиялық процестердің нәтижесінде алау деп аталатын жанып тұрған газ ағыны пайда болады. Жануға қажетті ауаны беру әдісіне байланысты газды жағудың келесі түрлері мүмкін: біртекті газ қоспасының жануы, алдын ала дайындалған жанғыш газ қоспасы жанғанда; газ бен ауаны бөлек бергенде газдардың диффузиялық жануы; ауаның жеткіліксіз мөлшері бар газдар қоспасының жануы, газды ауамен араластырып бергенде, бірақ соңғысының мөлшері толық жану үшін жеткіліксіз.
Жанармайдың барлық түрлерінің жануы жылу энергиясын шығарады, ол барлық салаларда пайдалы болуы мүмкін, бірақ бұл жағымсыз салдарға әкеледі, өйткені жану кезінде зиянды заттар атмосфераға шығарылады.
Сондай-ақ қазба отынның әртүрлі түрлерінің жылулық мәнін салыстыруға мүмкіндік беретін анықтамалық отынды атап өткен жөн.
Әдебиеттер тізімі
1. Қалалық газбен жабдықтауды оңтайландыру (Ляуконис А. Ю.) Рецензент: т.ғ.д. ғылымдар, проф. А.Ю.Гарляускас Л.: Недра, 1989 ж
Жылу жабдықтары, Цыпков В.Ш. Фокин К.Ф.; Мәскеу «Стройиздат», 1973 ж
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
Репетиторлық
Тақырыпты зерттеуге көмек керек пе?
Біздің мамандар сізді қызықтыратын тақырыптар бойынша кеңес береді немесе репетиторлық қызметтерді ұсынады.
Өтінішіңізді жіберіңізКонсультация алу мүмкіндігі туралы білу үшін дәл қазір тақырыпты көрсету.
Мотор отынын анықтау оңай – бұл іштен жанатын қозғалтқыштарға арналған отын. Дәстүрлі түрде мотор отындарының негізгі түрлерінің жіктелуі олардың неден өндірілетініне байланысты. Яғни, жанармай мұнай айдау өнімі ретінде қарастырылады. Бұл критерий бойынша мұнай өнімдері екі топқа бөлінеді – дистиллят және қалдық. Біріншісіне бензиннің барлық түрлері, дизельдік отынның кейбір түрлері, керосин және басқа да аз белгілі түрлері жатады. Мысалы, газойль және нафта. Бірақ дизельдік отын мен мазут қалдық түрлері болып табылады. Олардың фракциялары максималды айдау температурасында алынады.
Әрине, Евро 4 дизельдік отын дистилляциялық өнімдерге жатады және оның атауында біз мотор отынының классификациясының тағы бір белгісін көреміз - экологиялық қасиеттер. Бірақ ол жалғыз емес. Белгіленген мақсатқа, яғни қозғалтқышта қолдануға арналған негізгі сипаттамаларға басқа факторлар да әсер етеді. Мысалы, http://oilresurs.ru/ сайтында ұсынылған отынның барлық түрлері үшін ең маңызды сипаттама - тұтанғыштық, яғни ауа-отын қоспасының тиімді жану қабілеті.
Жанармайдың құбылмалылығы мен тұтқырлығы да маңызды, оны қозғалтқыштың отын жүйесі арқылы айдау мүмкіндігі, сонымен қатар шайырлы заттардың мазмұны байланысты. Бұл сипаттама, сондай-ақ кокстелу және күлділік дәрежесі қозғалтқыштағы зиянды шөгінділерге әсер етеді. Жоғары сапалы отынның химиялық белсенділігі төмен және механикалық қоспалар болмауы керек. Дәл осы жоғарыда аталған мотор отындары Oil Resource Group LLC ұсынады.
Дегенмен, олар қозғалтқыштар үшін жанармайдың барлық түрлерін сарқпайды. Жоғарыда тек сұйық мұнай өнімдері туралы айтылды, бірақ табиғи газ да кеңінен қолданылады. Оның екі түрі қолданылады - сығылған және сұйылтылған. Пропан мен бутанның сұйытылған қоспасы әлемде кең таралған отынның үшінші түрі болып табылады. Артықшылықтары: кәдімгі бензин және дизельді қозғалтқыштарда пайдалану мүмкіндігі, қоршаған ортаға зиянсыздығы және қозғалтқыштың тозуын азайту. Әрине, және құны төмен.
Мұнай өнімдеріне балама болып табылатын мотор отынының басқа да түрлері бар. Дәстүрлі іштен жанатын қозғалтқыштар да отын ретінде спиртті пайдаланады. Әдетте, бұл таза этанол немесе метанол емес, бір немесе басқа пропорцияда бензинмен қоспасы. Сондай-ақ өнімділікті жақсарту үшін алкогольді қоспа ретінде аз мөлшерде қосуға болады, бірақ мұндай қоспаның құрамында 85% -дан астам алкоголь болса, балама отын болып саналады. Биодизельдік отын өсімдік шикізатынан, тіпті мал майларынан өндіріледі, дегенмен, жалпы алғанда, мотор отынының мұндай түрлері әлі кең тараған жоқ.
Жүктелуде...
