Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Нагрев бензина без кислорода
какие условия необходимы для его воспламенения — журнал "Рутвет"
Казалось бы, бензин – самое обычное вещество, с которым автолюбители сталкиваются ежедневно. Но каковы основные свойства этого продукта нефтехимической промышленности и может ли бензин гореть?
А вы знаете, что такое бензин?Может ли бензин гореть
Если вы интересуетесь тем, горит ли бензин, то ответ на этот вопрос однозначно – да. Ведь именно благодаря его сгоранию автомобиль приводится в действие и именно поэтому он является самым распространенным автомобильным топливом.
Если говорить точнее, то воспламеняется не чистый продукт нефтепромышленности, а его испарения. В случае с автомобилем, процесс происходит следующим образом:
- Жидкое топливо образует в баке пары, которые при помощи карбюратора перемешивают его с воздухом.
- Смесь воздуха и бензиновых паров поступает в цилиндр, где поршень оказывает на нее давление.
- Такое давление провоцирует незначительный взрыв, который ведет к образованию газа.
- Искра от свечи зажигания воспламеняет топливо.
- Оказывая давление, газ внутри цилиндра заставляет перемещаться поршень, соединенный с коленчатым рычагом.
- Так каждый толчок, вызванный сгоранием топлива, заставляет колеса автомобиля вращаться.
Таким образом, благодаря процессу выделения и сгорания бензиновых паров, автомобиль приходит в движение.
Условия горения
Горит ли бензин без кислорода и воздуха? Здесь стоит рассмотреть сам процесс горения в принципе. Для осуществления возгорания необходимо наличие следующих трех условий:
- Горючее вещество. То есть то, что сможет загореться при нагревании до определенной температуры, например, сухая ветка или легко воспламеняемые пары.
- Окислитель. Обычно в качестве него выступает кислород, которого в привычных для нас условиях на Земле более чем достаточно.
- Источник воспламенения. То есть то, при помощи чего горючее вещество можно будет нагреть до нужной температуры, при которой оно сможет гореть. Это может быть зажигалка, спичка, иногда бывает достаточно электрической искры или энергии, вырабатываемой силой трения. При помощи последней и добывают огонь, не имея под рукой спичек или зажигалки.
То есть из этого следует, что в условиях отсутствия кислорода никакое топливо гореть не может. Именно это свойство часто используют при пожаротушении, когда воспламенившийся участок забрасывают, например, песком, который перекрывает доступ кислорода, прекращая тем самым реакцию горения.
Горит ли бензин на снегу
В преддверии зимы многих романтически настроенных особ заинтересовало, горит ли бензин, если его вылить на снег и поджечь. Ведь если да – написать приятное пожелание любимому человеку можно будет очень красиво и эффектно. Ответ на этот вопрос – да. На снегу топливо сможет сгорать, и чем выше будет температура воздуха, тем лучше будет проходить этот процесс, поскольку необходимые для горения пары будут выделяться активнее.
Но, зная теперь о том, горит ли бензин на снегу, не спешите организовывать фаер-шоу. Прежде всего позаботьтесь о безопасности. Для этого:
- Тщательно расчистите необходимую площадь.
- Убедитесь, что огонь не причинит никакого ущерба и не сможет перекинуться на близлежащие деревья или автомобили.
- На всякий случай припасите с собой ведро песка, которым в случае чего можно будет потушить возгорание.
Также не забываете, что бензиновые пары крайне токсичны, а их вдыхание опасно для вашего здоровья. Кроме того, бензин выгорает очень быстро, так что зрелище не будет продолжительным.
Более простой, безопасной и к тому же, горящей значительно дольше альтернативой, могут стать обычные свечи, для которых вам придется изготовить небольшие абажуры из пластиковых бутылок, чтобы вдруг налетевший ветер не смог их затушить. Времени на это уйдет, конечно же, больше, зато эффект будет достигнут даже лучше – за счет более длительного времени горения.
www.rutvet.ru
Нагревание - топливо - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Нагревание - топливо
Cтраница 2
При нагревании топлива сначала при 100 - 150 С происходит выделение внешней влаги, затем при 200 - 250 С выделяется двуокись углерода и образуются кислородные соединения - внутренняя ( пирогенетическая) влага, а также конденсирующиеся пары масел и жирных кислот. [16]
При нагревании топлива без доступа кислорода воздуха происходит возгонка топлива: оно разлагается на летучие вещества - газы и пары и твердый остаток - кокс. Кокс представляет собой чистый углерод С и небольшое количество других составляющих топлива Н, О и N; зола топлива также остается в коксе. [17]
При нагревании топлива без доступа воздуха ( пиролиз) образуются газообразные и жидкие продукты, находящиеся в продуктах пиролиза в виде паров. [18]
Положительное влияние нагревания топлива, наблюдаемое в М - процессе, сказывается, как мы покажем несколько далее, на большинстве характеристик дизеля. [19]
В начале нагревания топлива из него выделяются вода и окклюдированные им газы. В это время разложение органической массы происходит в очень слабой степени. Температура начала разложения органической массы и скорость его определяются химическим составом и природой топлива. [20]
Выделяющиеся при нагревании топлива летучие вещества поступают по отводной трубке 3 в колбу 4, в которой конденсируются в виде смолы и воды. [21]
Процесс полукоксования - нагревания топлива до 450 - 600 С преследует две цели: 1) получение полукокса, высокореактивного, пористого топлива со средним выходом летучих веществ ( 8 -: 14 % на горючую массу), с прекрасной воспламеняемостью и горящего бездымным пламенем и 2) получение максимального выхода жидких продуктов - газового бензина и первичной смолы, являющейся сырьем для получения жидких топлив, парафина, фенолов и других ценных веществ. Из других продуктов полукоксования первичный газ имеет подчиненное значение, поскольку в большинстве случаев он полностью расходуется на проведение самого процесса полукоксования. [22]
Сухая перегонка заключается в нагревании топлива без доступа воздуха, благодаря чему из твердого топлива выделяется в парообразном состоянии вода разложения, а затем разлагается органическая часть топлива с выделением газообразных продуктов и смолистых веществ. Горючие газы, торфяной кокс, каменноугольный рыхлый неспекшийся кокс и полукокс используют как энергетическое и промышленное топливо; древесный уголь является хорошим газогенераторным и кузнечным топливом; плотный спекшийся кокс, полученный из коксующихся углей, используют в металлургической промышленности для выплавки металлов из руд. Из древесной и торфяной воды разложения и смолы вырабатывают спирт, парафин, воск и другие материалы. [23]
Газы, выделяемые при нагревании топлива, содержат большое количество метана, являющегося вредной примесью в процессе синтеза аммиака. [25]
Летучие вещества получаются при нагревании топлива без доступа воздуха. Это газообразные и жидкие продукты, причем последние находятся при высокой температуре в парообразном состоянии. Вместе с летучими веществами удаляется и влага. Выход летучих ( потери массы топлива при нагревании его без доступа воздуха при 850 С в течение 7 мин за вычетом влаги) позволяет решить вопрос о целесообразности химической переработки топлива для получения жидких и газообразных продуктов. [26]
Сухая перегонка топлива происходит при нагревании топлива без доступа воздуха. В результате могут протекать: а) физические процессы, например разделение жидких топлив на фракции по температурам кипения и др.; б) химические процессы - глубокие химические деструктивные превращения компонентов топлива с. [27]
Сухая перегонка топлива происходит при нагревании топлива без доступа воздуха. В результате могут протекать: а) физические процессы, например разделение жидких топлив на фракции по температурам кипения и др., б) химические процессы - глубокие деструктивные химические превращения компонентов топлива с получением ряда химических продуктов. Роль и характер отдельных процессов при пиролизе различных видов топлив неодинаковы. В большинстве случаев их суммарный тепловой эффект эндотермический и потому для процессов пиролиза необходим подвод тепла извне. Нагрев реакционных аппаратов большей частью производится горячими дымовыми газами, которые передают тепло топливу через стенку или же при непосредственном соприкосновении с ним. Сухой перегонке подвергают твердые и жидкие топлива. [28]
Она определяется в лаборатории при нагревании топлива в тигле и составляет для парафинистых мазутов 60 СС, для топочных крекинг-мазутов 90 - 140 С. [30]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Горение топлива
Горение топлива - это процесс окисления горючих компонентов, происходящий при высоких температурах и сопровождающийся выделением тепла. Характер горения определяется множеством факторов, в том числе способом сжигания, конструкцией топки, концентрацией кислорода и т. д. Но условия протекания, продолжительность и конечные результаты топочных процессов в значительной мере зависят от состава, физических и химических характеристик топлива.
Состав топлива
К твердому топливу относят каменный и бурый уголь, торф, горючие сланцы, древесину. Эти виды топлив представляют собой сложные органические соединения, образованные в основном пятью элементами - углеродом С, водородом Н, кислородом О, серой S и азотом N. В состав топлива также входит влага и негорючие минеральные вещества, которые после сгорания образуют золу. Влага и зола - это внешний балласт топлива, а кислород и азот - внутренний.
Основным элементом горючей части является углерод, он обуславливает выделение наибольшего количества тепла. Однако, чем больше доля углерода в составе твердого топлива, тем труднее оно воспламеняется. Водород при сгорании выделяет в 4,4 раза больше тепла, чем углерод, но его доля в составе твердых топлив невелика. Кислород, не будучи теплообразующим элементом и связывая водород и углерод, снижает теплоту сгорания, поэтому является элементом нежелательным. Особенно велико его содержание в торфе и древесине. Количество азота в твердом топливе небольшое, но он способен образовывать вредные для окружающей среды и человека оксиды. Также вредной примесью является сера, она выделяет мало теплоты, но образующиеся оксиды приводят к коррозии металла котлов и загрязнению атмосферы.
Технические характеристики топлива и их влияние на процесс горения
Важнейшими техническими характеристиками топлива являются: теплота сгорания, выход летучих веществ, свойства нелетучего остатка (кокса), зольность и влагосодержание.
Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания - это количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (кДж/кг) или объема топлива (кДж/м3). Различают высшую и низшую теплоту сгорания. В высшую входит тепло, выделяемое при конденсации паров, которые содержатся в продуктах сгорания. При сжигании топлива в топках котлов уходящие дымовые газы имеют температуру, при которой влага находится в парообразном состоянии. Поэтому в этом случае применяют низшую теплоту сгорания, которая не учитывает теплоту конденсации водяных паров.
Состав и низшая теплота сгорания всех известных месторождений угля определены и приводятся в расчетных характеристиках.
Выход летучих веществ
При нагревании твердого топлива без доступа воздуха под воздействием высокой температуры сначала выделяются водяные пары, а затем происходит термическое разложение молекул с выделением газообразных веществ, получивших название летучих веществ.
Выход летучих веществ может происходить в интервале температур от 160 до 1100 °С, но в среднем – в области температур 400-800 °С. Температура начала выхода летучих, количество и состав газообразных продуктов зависят от химического состава топлива. Чем топливо химически старше, тем меньше выход летучих и выше температура начала их выделения.
Летучие вещества обеспечивают более раннее воспламенение твердой частицы и оказывают значительное влияние на горение топлива. Молодые по возрасту топлива - торф, бурый уголь - легко загораются, сгорают быстро и практически полностью. Наоборот, топливо с низким выходом летучих, например, антрацит, загорается труднее, горит намного медленнее и сгорает не полностью (с повышенной потерей тепла).
Свойства нелетучего остатка (кокса)
Твердая часть топлива, оставшаяся после выхода летучих, состоящая в основном из углерода и минеральной части, называется коксом. Коксовый остаток может быть в зависимости от свойств органических соединений, входящих в горючую массу: спекшимся, слабоспекшимся (разрушающимся при воздействии), порошкообразным. Антрацит, торф, бурые угли дают порошкообразный нелетучий остаток. Большинство каменных углей спекается, но не всегда сильно. Слипшийся или порошкообразный нелетучий остаток дают каменные угли с очень большим выходом летучих (42-45%) и с очень малым выходом (менее 17%).
Структура коксового остатка важна при сжигании угля в топках на колосниковых решетках. При факельном сжигании в энергетических котлах характеристика кокса не имеет большого значения.
Зольность
Твердое топливо содержит наибольшее количество негорючих минеральных примесей. Это прежде всего глина, силикаты, железный колчедан, но также могут входить закись железа, сульфаты, карбонаты и силикаты железа, оксиды различных металлов, хлориды, щелочи и т.д. Большая часть их попадает при добыче в виде пород, между которыми залегают пласты угля, но присутствуют и минеральные вещества, перешедшие в топливо из углеобразователей или в процессе преобразования его исходной массы.
При сжигании топлива минеральные примеси претерпевают ряд реакций, в результате которых образуется твердый негорючий остаток, называемый золой. Вес и состав золы не идентичны весу и составу минеральных примесей топлива.
Свойства золы играют большую роль в организации работы котла и топки. Ее частички, уносимые продуктами сгорания, при высоких скоростях истирают поверхности нагрева, а при малых скоростях отлагаются на них, что ведет к ухудшению теплопередачи. Зола, уносимая в дымовую трубу, способна нанести вред окружающей среде, во избежание этого требуется установка золоуловителей.
Важным свойством золы является ее плавкость, различают тугоплавкую (выше 1425 °С), среднеплавкую (1200-1425 °С) и легкоплавкую (менее 1200 °С) золу. Зола, прошедшая стадию плавления и превратившаяся в спекшуюся или сплавленную массу, называется шлаком. Температурная характеристика плавкости золы имеет большое значение для обеспечения надежной работы топки и поверхностей котла, правильный выбор температуры газов около этих поверхностей позволит исключить шлакование.
Влагосодержание
Влага - нежелательная составляющая топлива, она наряду с минеральными примесями является балластом и уменьшает содержание горючей части. Помимо этого, она снижает тепловую ценность, так как дополнительно требуются затраты энергии на ее испарение.
Влага в топливе может быть внутренней и внешней. Внешняя влага содержится в капиллярах или удерживается на поверхности. С химическим возрастом количество капиллярной влаги сокращается. Поверхностной влаги тем больше, чем меньше куски топлива. Внутренняя влага входит в органическое вещество.
Содержание влаги в топливе снижает теплоту его сгорания, ведет к увеличению его расхода. При этом увеличиваются объемы продуктов сгорания, потери теплоты с уходящими газами и снижается КПД котлоагрегата. Повышенная влажность в зимнее время приводит к смерзанию угля, затруднениям при размоле и уменьшению сыпучести.
Способы сжигания топлива в зависимости от вида топки
Основные виды топочных устройств:
- слоевые,
- камерные.
Слоевые топки предназначены для сжигания крупнокускового твердого топлива. Они могут быть с плотным и кипящим слоем. При сжигании в плотном слое воздух для горения проходит через слой, не влияя на его устойчивость, то есть сила тяжести горящих частиц превышает динамический напор воздуха. При сжигании в кипящем слое благодаря повышенной скорости воздуха частицы переходят в состояние "кипения". При этом происходит активное перемешивание окислителя и топлива, благодаря чему интенсифицируется горение топлива.
В камерных топках сжигают твердое пылевидное топливо, а также жидкое и газообразное. Камерные топки подразделяются на циклонные и факельные. При факельном сжигании частицы угля должны быть не более 100 мкм, они сгорают в объеме топочной камеры. Циклонное сжигание допускает больший размер частиц, под влиянием центробежных сил они отбрасываются на стенки топки и полностью выгорают в закрученном потоке в зоне высоких температур.
Горение топлива. Основные стадии процесса
В процессе горения твердого топлива можно выделить определенные стадии: подогрев и испарение влаги, возгонка летучих и образование коксового остатка, горение летучих и кокса, образование шлака. Такое деление процесса горения относительно условно, так как хотя эти этапы протекают последовательно, частично они налагаются друг на друга. Так, возгонка летучих веществ начинается до окончательного испарения всей влаги, образование летучих идет одновременно с процессом их горения, так же как и начало окисления коксового остатка предшествует окончанию горения летучих, а дожигание кокса может идти и после образования шлака.
Время течения каждой стадии процесса горения в значительной мере определяется свойствами топлива. Дольше всего длится стадия горения кокса, даже у топлив с большим выходом летучих. Существенное влияние на продолжительность стадий процесса горения оказывают разнообразные режимные факторы и конструктивные особенности топки.
1. Подготовка топлива до воспламенения
Топливо, поступающее в топку, подвергается нагреванию, в результате чего при наличии влаги происходит ее испарение и подсушка топлива. Время, необходимое на подогрев и подсушку, зависит от количества влаги и температуры, с которой топливо подается в топочное устройство. Для топлив с большим содержанием влаги (торф, влажные бурые угли) стадия прогрева и подсушивания сравнительна продолжительна.
В слоевые топки топливо подают с температурой, приближенной к окружающей среде. Только в зимнее время в случае смерзания угля его температура ниже, чем в котельном помещении. Для сжигания в факельных и вихревых топках топливо подвергают дроблению и размолу, сопровождаемому сушкой горячим воздухом или дымовыми газами. Чем выше температура поступающего топлива, тем меньше времени и тепла необходимо на подогрев его до температуры воспламенения.
Подсушка топлива в топке происходит за счет двух источников тепла: конвективного тепла продуктов сгорания и лучистого тепла факела, обмуровки, шлака.
В камерных топках подогрев осуществляется преимущественно за счет первого источника, то есть подмешивания к топливу продуктов сгорания в месте его ввода. Поэтому одно из важных требований, предъявляемых к конструкции устройств для ввода топлива в топку, - обеспечение интенсивного подсоса продуктов сгорания. Уменьшению времени нагрева и подсушки также способствует более высокая температура в топке. С этой целью при сжигании топлив с началом выхода летучих при высоких температурах (более 400 °С) в камерных топках делают зажигательные пояса, то есть закрывают экранные трубы огнеупорным теплоизоляционным материалом, чтобы снизить их тепловосприятие.
При сжигании топлива в слое роль каждого вида источников тепла определяется конструкцией топки. В топках с цепными решетками нагревание и подсушка осуществляются преимущественно лучистым теплом факела. В топках с неподвижной решеткой и подачей топлива сверху подогрев и подсушивание происходят за счет движущихся через слой снизу вверх продуктов сгорания.
В процессе нагревания при температуре выше 110 °С начинается термическое разложение органических веществ, входящих в состав топлив. Наименее прочными являются те соединения, которые содержат значительное количество кислорода. Эти соединения распадаются при сравнительно невысоких температурах с образованием летучих веществ и твердого остатка, состоящего преимущественно из углерода.
Молодые по химическому составу топлива, содержащие много кислорода, имеют низкую температуру начала выхода газообразных веществ и дают их больший процент. Топлива с малым содержанием соединений кислорода имеют небольшой выход летучих и более высокую температуру их воспламенения.
Содержание в твердом топливе молекул, которые легко подвергаются разложению при нагревании, оказывает влияние и на реакционную способность нелетучего остатка. Сначала разложение горючей массы происходит преимущественно на наружной поверхности топлива. По мере дальнейшего прогревания пирогенетические реакции начинают происходить и внутри частиц топлива, в них повышается давление и внешняя оболочка разрывается. При сжигании топлив с большим выходом летучих коксовый остаток становится пористым и имеет большую поверхность по сравнению с плотным твердым остатком.
2. Процесс горения газообразных соединений и кокса
Собственно горение топлива начинается с воспламенения летучих веществ. В период подготовки топлива происходят разветвленные цепные реакции окисления газообразных веществ, сначала эти реакции протекают с малыми скоростями. Выделяющееся тепло воспринимается поверхностями топки и частично накапливается в виде энергии движущихся молекул. Последнее приводит к возрастанию скорости цепных реакций. При определенной температуре реакции окисления идут с такой скоростью, что выделяющееся тепло полностью покрывает теплопоглощение. Эта температура является температурой воспламенения.
Температура воспламенения не является константой, она зависит как от свойств топлива, так и от условий в зоне воспламенения, в среднем составляет 400-600 °С. После воспламенения газообразной смеси дальнейшее самоускорение реакций окисления вызывает повышение температуры. Для поддержания горения необходим непрерывный подвод окислителя и горючих веществ.
Воспламенение газообразных веществ приводит к окутыванию коксовой частицы огневой оболочкой. Горение кокса начинается, когда к концу подходит горение летучих. Твердая частица прогревается до высокой температуры, и по мере уменьшения количества летучих веществ снижается толщина пограничного горящего слоя, кислород достигает раскаленной поверхности углерода.
Горение кокса начинается при температуре 1000 °С и является самым длительным процессом. Причина в том, что, во-первых, снижается концентрация кислорода, во-вторых, гетерогенные реакции протекают более медленно, чем гомогенные. В итоге длительность горения частицы твердого топлива определяется в основном временем горения коксового остатка (около 2/3 общего времени). Для топлив с большим выходом летучих, твердый остаток составляет менее ½ начальной массы частицы, поэтому их сжигание происходит быстро и возможность недожога невысока. Химически старые топлива имеют плотную частицу, горение которой занимает почти все время нахождения в топке.
Коксовый остаток большинства твердых топлив в основном, а для некоторых видов - целиком состоит из углерода. Горение твердого углерода происходит с образованием окиси углерода и углекислого газа.
Оптимальные условия для тепловыделения
Создание оптимальных условий для процесса горения углерода - основа правильного построения технологического метода сжигания твердых топлив в котельных агрегатах. На достижение наибольшего тепловыделения в топке могут оказывать влияние следующие факторы: температура, избыток воздуха, первичное и вторичное смесеобразование.
Температура. Тепловыделение при сжигании топлива существенно зависит от температурного режима топки. При относительно низких температурах в ядре факела имеет место неполнота сгорания горючих веществ, в продуктах сгорания остаются окись углерода, водород, углеводороды. При температурах от 1000 до 1800-2000 °С достижимо полное сгорание топлива.
Избыток воздуха. Удельное тепловыделение достигает максимального значения при полном сгорании и коэффициенте избытка воздуха, равном единице. С уменьшением коэффициента избытка воздуха выделение тепла падает, так как недостаток кислорода приводит к окислению меньшего количества топлива. Понижается температурный уровень, снижаются скорости реакций, что приводит к резкому уменьшению тепловыделения.
Повышение коэффициента избытка воздуха больше единицы снижает тепловыделение еще сильнее, чем недостаток воздуха. В реальных условиях сжигания топлива в топках котлов предельные значения тепловыделения не достигаются, так как присутствует неполнота сгорания. Она во многом зависит от того, как организованы процессы смесеобразования.
Процессы смесеобразования. В камерных топках первичное смесеобразование достигается подсушкой и перемешиванием топлива с воздухом, подачей в зону подготовки части воздуха (первичного), созданием широко раскрытого факела с широкой поверхностью и высокой турбулизацией, применением подогретого воздуха.
В слоевых топках задача первичного смесеобразования состоит в том, чтобы подавать необходимое количество воздуха в разные зоны горения на решетке.
С целью обеспечения догорания газообразных продуктов неполного горения и кокса организуют процессы вторичного смесеобразования. Этим процессам способствуют: подача вторичного воздуха с высокой скоростью, создание такой аэродинамики, при которой достигается равномерное заполнение факелом всей топки и, следовательно, вырастает время пребывания газов и коксовых частичек в топке.
3. Образование шлака
В процессе окисления горючей массы твердого топлива происходят значительные изменения и минеральных примесей. Легкоплавкие вещества и сплавы с низкой температурой плавления растворяют тугоплавкие соединения.
Обязательным условием нормальной работы котлоагрегатов является бесперебойный отвод продуктов сгорания и образующегося шлака.
При слоевом сжигании шлакообразование может приводить к механическому недожогу - минеральные примеси обволакивают недогоревшие частиц кокса либо вязкий шлак может перекрывать воздушные проходы, преграждая доступ кислорода к горящему коксу. Для снижения недожога применяют различные мероприятия - в топках с цепными решетками увеличивают время нахождения шлака на решетке, производят частую шуровку.
В слоевых топках вывод шлака производится в сухом виде. В камерных топках шлакоудаление может быть сухим и жидким.
Таким образом, горение топлива является сложным физико-химическим процессом, на который оказывает воздействие большое количество различных факторов, но все они должны быть учтены при проектировании котлов и топочных устройств.
topky.ru
Температура - нагрев - бензин
Температура - нагрев - бензин
Cтраница 1
Температура нагрева бензина в топливной системе автомобиля зависит от конструктивных особенностей системы и температуры окружающего воздуха. Температура воздуха в подкапотнсгм пространстве обычно намного выше, чем температура окружающего воздуха. Так, по данным испытаний при температуре воздуха около 40 С температура воздуха под капотом поднимается до 90 - 95 С, а бензин при этом нагревается до 70 - 75 С. Особенно высокие температуры нагрева бензина отмечены у автомобилей, эксплуатирующихся в условиях бездорожья, при езде в колоннах и с прицепами, при эксплуатации автомобилей в гористой местности. [1]
Температура нагрева бензина в топливной системе автомобиля зависит от конструктивных особенностей системы и температуры окружающего воздуха. [2]
Температура нагрева бензина в топливной системе автомобиля зависит от конструктивных особенностей системы и температуры окружающего воздуха. Температура воздуха в подкапотном пространстве обычно намного выше, чем температура окружающего воздуха. Так, по данным испытаний при температуре воздуха около 40 С температура воздуха под капотом поднимается до 90 - 95 С, а бензин при этом нагревается до 70 - 75 С. Особенно высокие температуры нагрева бензина отмечены у автомобилей, эксплуатирующихся в условиях бездорожья, при езде в колоннах и с прицепами, при эксплуатации автомобилей в гористой местности. [4]
Снижение температуры нагрева бензина может быть достигнуто простейшими конструктивными мероприятиями. [6]
Снижение температуры нагрева бензина может быть достигнуто простейшими конструктивными мероприятиями. Замеры показывают, что даже на новых отечественных автомобилях бензонасосы, как правило, устанавливаются в наиболее горячих местах подкапотного пространства. Организация хорошей вентиляции воздуха близ бензонасоса, теплоизоляция бензонасоса, увеличение диаметра трубок системы питания, сокращение их длины и ряд других конструктивных мер способствуют снижению температуры нагрева бензина в системе питания. [8]
Следует отметить, что температура нагрева бензина в системе питания двигателя может быть на 20 - 40 С выше температуры окружающего воздуха за счет нагревания бензина в подкапотном пространстве автомобиля теплоизлучением от двигателя. [10]
Решающим фактором, обусловливающим образование паровых пробок, является температура нагрева бензина. Некоторые авторы [7] излишне большую роль в образовании паровых пробок отводят воздуху, растворенному в бензине и выделяющемуся из него при нагревании. Имеющиеся данные ( рис. 4.12) свидетельствуют о том, что при нагревании бензина объем выделяющегося воздуха может составить максимально 20 - 25 % от объема бензина, тогда как объем образующихся паров в 150 - 200 раз больше объема того же количества бензина, остающегося в жидкой фазе. [11]
Решающим фактором, обусловливающим образование паровых пробок, является температура нагрева бензина. Некоторые авторы [18] излишне большую роль в образовании паровых пробок отводят воздуху, растворенному в бензине и выделяющемуся из него при нагревании. [12]
При температуре перегонки 10 % бензина выше 70 С температура нагрева бензинов до образования паровых пробок резко возрастает. В этом случае пропускная способность топливной си стемы оказывается достаточной для обеспечения бесперебойной работы двигателя при высоких температурах нагрева бензинов. Количество паров, образующихся из таких топлив, настолько мало, что поступление жидкой фазы полностью обеспечивает расход топлива на данном режиме работы двигателя. [13]
Решающим фактором, обусловливающим образование паровых пробок, является температура нагрева бензина. Некоторые авторы [18] излишне большую роль в образовании паровых пробок отводят воздуху, растворенному в бензине и выделяющемуся из него при нагревании. Имеющиеся данные ( рис. 74) свидетельствуют о том, что при нагревании бензина объем выде-ляющегося воздуха может составить максимально 20 - 25 % от объема бензина, тогда как объем образующихся паров в 150 - 200 раз больше объема того же количества бензина, остающегося в жидкой фазе. [14]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Процесс сгорания топлива
12.05.2010
Введение
Для обеспечения сгорания в двигателе внутреннего сгорания небольшое количество топлива смешивается с поступающим воздухом. К сожалению, двигатель внутреннего сгорания не может сжигать без остатка все топливо, которое он использует. Вследствие этого двигатель выпускает побочные продукты сгорания в виде отработавших газов. Некоторые из этих побочных продуктов вредны и загрязняют воздух. Борясь с этой проблемой, изготовители автомобилей разработали так называемые устройства понижения токсичности выхлопа, которые ограничивают выброс этих вредных веществ или полностью устраняют его.
СгораниеВ процессе сгорания происходят несколько химических реакций. Одни соединения разрушаются, а новые соединения образуются. Управление процессом сгорания - это ключ к управлению всей работой и токсичностью выхлопа двигателя внутреннего сгорания.
Для процесса сгорания требуются три элемента:
1. Воздух2. Топливо3. Искра зажигания
Эти три элемента иногда упоминаются как "триада сгорания". Если один элемент триады отсутствует, сгорание невозможно. Двигатель внутреннего сгорания рассчитывается на объединение этих трех элементов, поддерживая полный контроль над процессом.
Воздух
Воздух состоит из атомов азота (N), кислорода (О ) и других газов. Большую часть воздуха составляет азот, являющийся инертным, негорючим газом. Воздух не горит, но в нем содержится достаточное количество кислорода, что позволяет поддерживать сгорание.
ТопливоБензин состоит из углеводородов, которые образуются в результате переработки сырой нефти. Углеводороды состоят из атомов водорода (Н) и углерода (С). В бензин добавляются различные химикаты, типа ингибиторов коррозии, красителей и очищающих средств. Эти химикаты называются присадками.Тепло и давление, присутствующие в двигателе внутреннего сгорания, могут заставить бензин, находящийся в камере сгорания, воспламениться раньше, чем генерируется искра зажигания. Это называется преждевременным воспламенением и более подробно описывается дальше. Октановое число бензина указывает на то, насколько хорошо он противостоит преждевременному воспламенению. Дополнительная очистка может способствовать увеличению октанового числа.В настоящее время в регионах с чрезвычайно высоким уровнем загрязнения воздуха используется тип топлива, называемый улучшенным бензином (подвергнутым реформингу) (RFG). Такой бензин имеет специальные присадки, называемые окислителями, которые улучшают сгорание, увеличивают октановое число и уменьшают токсичность выхлопа.
Искра зажигания
В двигателе внутреннего сгорания воздух и топливо поступают в камеру сгорания, и затем генерируется искра зажигания, вызывающая сгорание. Перед зажиганием воздушно-топливной смеси двигатель нагревается и сжимает смесь. Нагревание помогает процессу смесеобразования, а сжатие увеличивает энергию, генерируемую при сгорании.
Процесс сгорания
В двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит в течение доли секунды (приблизительно в течение 2 миллисекунд). В этот момент разрушаются связи между атомами водорода и углерода. Разрушение связей приводит к высвобождению энергии в камере сгорания, толканию поршня вниз и инициированию вращения коленчатого вала.После разделения атомов водорода и углерода они соединяются с атомами кислорода, содержащимися в воздухе. Атомы водорода объединяются с кислородом, образуя воду. Атомы углерода объединяются с кислородом, образуя двуокись углерода (углекислый газ).
Говоря языком химии, полное сгорание в двигателе внутреннего сгорания выражается формулой:
НС + О2 = Н2 О + СО2
Другими словами:
топливо + кислород = вода и двуокись углерода
Абсолютно эффективный двигатель внутреннего сгорания на выпуске имел бы только воду (Н О) и двуокись углерода (СО ), что соответствует Данной выше химической формуле. Это означало бы, что все углеводороды в процессе сгорания разложились. К сожалению, дело обстоит не так.
Неэффективное сгорание -это главная причина наличия вредных веществ в выхлопе автомобиля. Эффективное сгорание ведет к наименьшей токсичности выхлопа. Эффективность сгорания увеличивается посредством корректировки соотношения "воздух/топливо".
Соотношение "воздух/топливо"
Инженеры-автомобилестроители определили, что токсичность выхлопа автомобиля можно уменьшить, если бензиновый двигатель работает с соотношением "воздух/топливо", равным 14.7:1. Технический термин известен как "стехиометрическое соотношение". Стехиометрическое соотношение означает химически правильную воздушно-топливную смесь, которая производит желаемую химическую реакцию, входе которой происходит полное сгорание топлива с желаемой токсичностью выхлопа.Соотношение "воздух/топливо" 14.7:1 обеспечивает наилучшее управление всеми тремя компонентами (углеводороды, одноокись углерода и оксиды азота) при выпуске почти во всех условиях. Соотношение "воздух/топливо" также увеличивает эффективность каталитического нейтрализатора, который является частью системы выпуска автомобиля.
Бедная воздушно-топливная смесь
Обеднение воздушно-топливной смеси обычно вызывается неисправностью в двигателе. Обеднение - это состояние, когда двигатель получает слишком много воздуха или кислорода. Причиной слишком высокого уровня кислорода могут стать утечки вакуума или неисправная система подачи топлива.
Богатая воздушно-топливная смесь
Богатая воздушно-топливная смесь - это также указание на неисправность двигателя. Обогащение - это состояние, когда двигатель не может сжечь все топливо, которое вошло в камеры сгорания. Состояние обогащения может возникать в результате высокого давления топлива, проблем с опережением зажигания или низкой компрессии.
Аномальное сгорание
Имеются два типа аномального сгорания, которое может происходить в двигателе: детонация и преждевременное воспламенение.Детонация - это неустойчивый процесс горения, который может вызывать неисправность прокладки головки цилиндров, а также и другие повреждения двигателя. Детонация возникает, когда в камере сгорания наблюдается перегрев и повышенное давление. Когда это происходит, создается взрывная сила, которая инициирует резкий рост давления в цилиндрах, сопровождаемый сильным металлическим стуком. Ударные волны, похожие на удары молотка, генерируемые при детонации, подвергают прокладку головки цилиндров, поршень, кольца, свечу зажигания и подшипники шатуна серьезным перегрузкам.Преждевременное воспламенение - это другое аномальное состояние горения, которое иногда путают с детонацией. Преждевременное воспламенение имеет место, когда какая-либо точка в камере сгорания становится настолько горячей, что становится источником зажигания и заставляет топливо воспламеняться до генерирования искры зажигания. Оно может сделать свой вклад в детонацию или даже стать ее причиной.Вместо воспламенения топлива в правильный момент времени, чтобы дать коленчатому валу плавный толчок в требуемом направлении, топливо загорается преждевременно. Это вызывает мгновенный обратный удар в тот момент, когда поршень пытается повернуть коленчатый вал в неправильном направлении. Этот удар вследствие напряжений, которые он создает, может быть очень разрушительным. Кроме того, преждевременное воспламенение может локализовать тепло до такой степени, что оно может частично проплавить или прожечь отверстие в головке поршня.
Токсичность выхлопа
Стехиометрическая воздушно-топливная смесь обеспечивает наилучший компромисс между динамическими характеристиками, экономичностью и токсичностью выхлопа.При богатой воздушно-топливной смеси все топливо не сгорает. Поэтому увеличивается уровень выделений углеводородов и одноокиси углерода. Бедная воздушно-топливная смесь может при сгорании генерировать повышенное количество тепла. Поэтому увеличивается содержание оксидов азота. Чрезмерно обедненная воздушно-топливная смесь в результате приводит к пропускам воспламенения. Это увеличивает выделения углеводородов.Каталитические нейтрализаторы, которые химически нейтрализуют токсичные отработавшие газы, наиболее эффективны в очень узком диапазоне, близком к стехиометрическому соотношению.
Побочные продукты сгорания
Поскольку двигатель внутреннего сгорания не имеет абсолютной эффективности, в процессе сгорания генерируются три нежелательных побочных продукта:1. Углеводороды (НС)2. Одноокись углерода (СО)3. Оксиды азота (N0 X )
Неполное сгорание вызывает выделение углеводорода и одноокиси углерода. Выделения углеводорода - это углеводороды, которые не разрушились в процессе сгорания. Одноокись углерода образуется, потому что не имеется достаточного количества атомов кислорода, чтобы связать углерод.
В идеальном случае азот должен проходить камеру сгорания неизменным. Но когда температура в камере сгорания достигает приблизительно 1 371 °С (2 500 °F), атомы азота и кислорода связываются, образуя (N0 X )
Химическая формула процесса сгорания, при котором образуются оксиды азота выглядит следующим образом:
НС + О2 + N2 = Н2 О + СО + N0x
Формула "NO " используется для оксидов азота, потому что OHci отражает комбинацию атома азота и любого количества атомов кислорода. Например, оксид азота (N0) состоит из одного атома азота и одного атома кислорода, в то время как двуокись азота (N0 ) состоит из одного атома азота и двух атомов кислорода.
Высокое содержание НС
Высокое содержание НС может быть вызвано недостаточной эффективностью системы зажигания, неправильным опережением зажигания или неправильными фазами газораспределения, протечками вакуума, попаданием масла или низкой степенью сжатия. Доля углеводородов измеряется в количестве частиц на миллион.
Высокое содержание СО
Высокое содержание СО может быть вызвано такими факторами, как:• Чрезмерно богатая воздушно-топливная смесь• Загрязнение воздушного фильтра• Выход из строя клапана PCV• Загрязнение топлива маслом• Заедание или протечки в топливной форсункеНа исправном автомобиле с каталитическим нейтрализатором выделение одноокиси углерода обычно приближается к нулю. Содержание одноокиси углерода измеряется в процентах от полного объема в воздухе.
NOx
NOx генерируются при высокой температуре горения (выше приблизительно 1 371 °С (2 500 °F)) и обычно образуются, если температура горения не контролируется. Содержание оксидов азота измеряется в количестве частиц на миллион.
Так же рекомендуем прочитать Вам интересную статью Кузовные детали
www.mskjapan.ru
Горение - бензин - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4
Горение - бензин
Cтраница 4
В результате разности температур между стенкой и бензином возникают конвективные течения, что обусловлено кипением слоя бензина около стенки. Формируется прогретый слой при горении бензина, увеличивается скорость испарения. При подаче на поверхность горящего бензина воды или пены может произойти вскипание и выброс бензина. Вскипание и выброс горючих жидкостей представляет большую опасность, так как внезапно выброшенная горящая жидкость может покрыть большую площадь вблизи очага горения и увеличить масштабы пожара. [46]
При проведении испытаний поджигают горючее в поддоне. После его выгорания противень убирают из-под штабеля. Время свободного горения штабеля ( без учета времени горения бензина) устанавливают равным ( 7 1) мин. Наддув корпуса огнетушителя вытесняющим газом производят заранее перед началом тушения. Тушение начинают при полностью открытом клапане. [47]
Отопительная установка работает независимо от двигателя. Бензин, подаваемый регулятором, сгорает в специальной камере и нагревает воздух, нагнетаемый вентилятором. Одновременно второй вентилятор, установленный на другом конце вала электродвигателя, нагнетает воздух, необходимый для горения бензина. [48]
Конечно, этот эксперимент, взятый отдельно, еще не доказывает влияния воды на явление детонации. Однако совокупность всех экспериментальных данных о влиянии воды и водяного пара на детонацию в двигателях, в частности данные Автомобильной лаборатории, убеждают нас, что гашение детонации обусловливается также и непосредственным участием воды в процессе горения бензина. Во всяком случае вода, растворенная в бензине, согласно опытам Автомобильной лаборатории, оказывает в несколько раз более интенсивное гашение детонации, нежели вода, впрыснутая в цилиндры двигателя. [50]
Для таких двигателей необходим высококачественный бензин. До последнего времени, как указывалось, повышение качества ( ожтанового числа) бензинов достигается добавкой этиловой жидкости, содержащей тетра-этиловинец. При горении бензина это соединение разлагается, пары свинца выделяются в атмосферу, резко повышая токсичность отходящих газов. Повышение качества бензина без добавки соединения свинца может быть достигнуто в результате каталитического риформинга, при значительных капитальных и эксплуатационных затратах, а также при необходимости использования дорогой аппаратуры и платинового катализатора; естественно, стоимость бонзина при этом существенно повышается. [52]
Температура паровой фазы ( рис. 39) по мере удаления от поверхности испарения повышается от отрицательной температуры ( для пропана - 42 С) на поверхности раздела жидкость-пар до положительной. Отрицательная температура препятствует тушению жидкости струями воды, так как приносимое водой тепло значительно повышает испарение жидкости. Внешне процесс тушения водой сжиженных углеводородных газов напоминает случай, когда в горящую жидкость выплескивают бензин. В отличие от горения бензина и мазута при горении сжиженных углеводородных газов не образуется гомотермического слоя с температурой, равной температуре на поверхности горящих жидкостей, которая для бензина достигает 100 - 110 С, дизельного топлива 340 - 350 С. В каждой точке пламени температура быстро и беспорядочно изменяется с течением времени. Измерение температуры пламени представляет собой сложную задачу. Обычно ее измеряют оптическим пирометром с исчезающей нитью, но этот прибор замеряет яркостную температуру, которая на сотни градусов может отличаться от истинной температуры, что зависит от степени черноты пламени. [53]
Нефть и мазут прогреваются вглубь весьма интенсивно и температура прогретого слоя при этом почти всегда выше 100 С. Керосин, дизельное топливо при Горении прогреваются медленно и не образуют прогретого слоя одинаковой температуры. Бензин прогревается тоже быстро, как нефть и мазут, но температура прогретого слоя ниже температуры кипения воды. Поэтому выброс при горении бензина маловероятен. Если же в резервуаре с горящей нефтью нет подстилающего слоя воды ( вода содержится в самой нефти в эмульгированном состоянии), то в начальный период горения вода более или менее равномерно будет распределена в массе нефти. При нагревании вследствие уменьшения вязкости верхнего слоя нефти капли воды опускаются в глубь слоя жидкости и постепенно накапливаются там, где вязкость нефти сравнительно велика. Одновременно с этим капли воды нагреваются и при достижении определенной температуры ( степени перегрева) закипают. [54]
В очаге пожара создается определенная температура, которая характеризует тепловое равновесие между выделяющимися при реакции теплом и теплоотдачей в окружающую среду. Теоретическая температура горения определяется из предположения, что все выделяющееся тепло расходуется только на нагрев продуктов горения. Действительная температура, развивающаяся во время пожара, на 30 - 50 % меньше теоретической из-за потерь тепла в окружающую среду. Так, например, действительная температура при горении бензина составляет 1400 С, а теоретическая 1730 С. [55]
Расчетная производительность откачки обеспечивает полное прекращение потока паров в зону стационарного пламени. Однако для ликвидации горения достаточно лишь до определенной степени уменьшить приток паров. Поэтому на практике рекомендуется постепенно увеличивать производительность откачки от нуля, пока не произойдет сначала заметное изменение, а затем и ликвидация горения. Эффективность настоящего метода достоверно доказана-в лабораторных условиях при горении бензина и в полигонных условиях при горении тюменской нефти. [56]
Горение жидкости с поверхности фактически представляет собой горение паров в воздухе. Поток паров бензина поддерживается непрерывно идущим его испарением. Кислород, необходимый для горения, поступает из окружающей среды. Следовательно, процесс горения бензина или другой жидкости с поверхности является так называемым диффузионным горением, при к-ром размеры фронта пламени и скорости горения определяются не хим. свойствами горючего, а процессами образования топливно-воздушиой смеси. [57]
Опыты по испарению проводились на каплях бензина, бензола и керосина размером 0 9 - 2 мм при скоростях потока 1 - 4 м / сек и температурах 290, 550 и 760 С. В результате проведенных опытов установлено, что как время испарения, так и время сгорания пропорциональны квадрату начального диаметра, а скорость испарения и горения для данного режима практически не зависит от размера капель. Скорость испарения при повышении температуры увеличивается. Как показали проведенные опыты, горение ускоряет процесс испарения, но не вызывает изменения характера зависимости диаметра капли от времени. Опыты также показали, что для данной скорости и температуры потока скорость горения бензина, керосина и бензола почти одинакова. [58]
Исследования показали, что возникновение конвекции в горящей жидкости тесно связано с нагревом стенок резервуара при горении жидкости. Стенки резервуара, как правило, имеют температуру выше, чем соприкасающаяся с ними горючая жидкость. Это вызывает конвекцию в жидкости, вследствие чего она прогревается в глубине. Так, быстрый прогрев бензина в процессе горения ( см. рис. 88) вызван тем, что температура стенки резервуара выше температуры кипения бензина. Образующиеся при кипении пузырьки пара у стенки резервуара поднимаются вверх, что способствует перемешиванию бензина и более быстрому прогреву его. Правильность этого вывода подтверждают опыты [49] по сжиганию бензина в одном и том же резервуаре, но с охлаждением и без охлаждения стенки резервуара. При горении бензина без охлаждения стенки резервуара распределение температур в нем соответствовало распределению второго типа. [60]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Горение топлива.
Топливо и его горение
Топливом называют горючие вещества, применяемые для получения теплоты (тепловой энергии) при их сжигании. Под сжиганием обычно подразумевают окисление горючих веществ кислородом воздуха. Промышленным топливом считаются не все горючие вещества, а лишь те, которые удовлетворяют следующим требованиям:
- при сгорании выделяют достаточно большое количество теплоты;
- не дают продуктов сгорания, губительно действующих на окружающий растительный и животный мир;
- встречаются в больших количествах в природе или легко получаются при переработке других веществ;
- легко добываются и транспортируются на большие расстояния;
- быстро воспламеняются.
Топливо, добываемое из недр земли в готовом виде, называют естественным, а получаемое путем переработки горючих веществ и природного топлива – искусственным. Как естественное, так и искусственное топливо подразделяют на твердое, жидкое и газообразное.
В качестве примера естественных твердых топлив можно привести ископаемый уголь, торф, горючие сланцы, дрова, отходы сельскохозяйственного производства. Искусственное твердое топливо – кокс, полукокс, пылевидное топливо, брикеты, древесный уголь. К естественному жидкому топливу относится нефть, а к искусственному – получаемые из нефти продукты – бензин, керосин, дизельное топливо, газойль, мазут, нефтяное и котельное топливо.
По назначению топливо подразделяют на энергетическое и технологическое. К энергетическим относят все низкосортные топлива, которые можно сжигать на электростанциях, в производственно-бытовых и других тепловых установках в натуральном виде или после переработки. Это антрацит, бурые угли, торф, природный газ, а также продукты переработки других топлив. К технологическому топливу относят высокосортное топливо и коксующиеся угли.
По методу добычи и потребления различают местное и привозное топливо.
***
Составные части топлива
Топливо состоит из органической и минеральной частей. Органическую часть топлива составляют следующие химические элементы: углерод (С), водород (Н2), кислород (О2), азот (N2) и сера (S). Топливо может состоять из смеси этих элементов или только их части. Так, органическую массу кокса или древесного угля в основном составляет углерод, а нефтепродуктов и газового топлива – углерод, водород и кислород.
Наиболее ценные из перечисленных элементов топлива – углерод и водород. Кислород и азот являются внутренним балластом топлива, поскольку они не горят. Сера является нежелательным компонентом топлива, несмотря на то, что сгорая, она выделяет теплоту. При сгорании этого элемента образуется сернистый газ и серная кислота, пагубно влияющие на экологию и вызывающие сильную коррозию металлов.
Минеральная часть топлива составляют вода и минеральные примеси, которые являются внешней балластной частью (внешним балластом) топлива. Содержание балластной части в топливе очень нежелательно, поскольку увеличивая массу и объем топлива, она уменьшает его тепловую ценность. Минеральные составляющие после сжигания образуют твердый остаток – золу.
***
Сущность процесса горения
Горение есть окисление горючих элементов топлива кислородом, сопровождающееся выделением теплоты. В зависимости от скорости распространения пламени различают нормальное горение и горение со взрывом. При нормальном горении скорость распространения пламени равна 15-25 м/с, а при взрывном горении – 2000-3000 м/с. Чтобы топливо начало гореть, его необходимо нагреть до определенной температуры, называемой температурой воспламенения. Так, например, каменный уголь воспламеняется при температуре 225-375 ˚С, сухой торф – 225-300 ˚С, дрова – 350-450 ˚С, керосин – 380 ˚С, бензин – 415 ˚С, метан (СН4) – 650-700 ˚С и т. д.
При нагревании топлива до температуры воспламенения начинается распад горючей массы на составные элементы, которые затем окисляются кислородом и выделяют теплоту. Эта теплота способствует нагреву массы близлежащего топлива, в которых начинают протекать аналогичные процессы (распад и окисление), и, таким образом, вся масса топлива, находящегося в топке, начинает гореть. Для того, чтобы процесс горения не прекратился, выделяющаяся теплота должна поддерживать температуру топлива не ниже температуры воспламенения.
Горение может быть полным и неполным. Полным горением называют процесс окисления горючих элементов топлива кислородом, при котором выделяются продукты, не способные гореть в дальнейшем. Неполное сгорание топлива сопровождается выделением продуктов горения, которые в дальнейшем могут воспламеняться и сгорать повторно. Так, при полном сгорании углерода выделяется углекислый газ СО2, который в дальнейшем гореть не способен.
Однако, если углерод сгорает при недостаточном количестве кислорода, то продуктом его окисления является углекислота СО, которая может загореться при соответствующих условиях. При этом неполное горение сопровождается выделением значительно меньшего количества теплоты, т. е. считается нежелательным явлением. Для того чтобы процесс горения был полным, необходимо обеспечить подачу достаточного количества воздуха (содержащего кислород) в зону горения. На практике, сжигая топливо, стараются придерживаться определенного баланса между количеством воздуха и топлива, поскольку избыток воздуха сопровождается потерями теплоты на его подогрев.
***
Количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива
Количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, определить несложно, если известно процентное содержание в топливе основных горючих элементов – углерода, водорода, серы и кислорода. Так как атомная масса углерода 12, а кислорода – 16, то для получения углекислого газа СО2 необходимо 12 частей углерода соединить с 32 частями кислорода, т. е. на одну массовую долю углерода должно приходиться 2,67 частей кислорода. Зная атомную массу водорода и серы, а также формулы продуктов их полного окисления, можно аналогично рассчитать необходимое количество кислорода для сжигания 1 части любого горючего элемента.
При определении количества воздуха, необходимого для полного горения, следует учитывать, что в топливе тоже содержится некоторое количество кислорода, а также то, что массовая доля кислорода в воздухе - 23,2 %. В общем случае формула для определения массового количества воздуха для полного сгорания топлива имеет вид:
mT = (2,67Ср + 8Нр + Sр – Ор)/0,232,
где: Ср, Нр, Sр, Ор – соответственно массовое содержание углерода, водорода, серы и кислорода в топливе.
При сгорании топлива часть кислорода воздуха не успевает вступить в реакцию окисления, поэтому для обеспечения полного сгорания топлива следует к нему подводить воздух с некоторым избытком по сравнению с теоретически необходимым количеством. Отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому количеству называют коэффициентом избытка воздуха. На практике этот коэффициент (в зависимости от вида топлива) может принимать значения от 1,05 (газообразное и пылевидное топливо) до 1,8 (твердое топливо).
***
Теплота сгорания топлива
Важнейшая характеристика топлива – теплота его сгорания – количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы количества топлива (для жидких и твердых топлив – кг, для газообразных – м3). Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания Qв называют теплоту, выделяемую при полном сгорании единицы количества топлива, в результате которого образующаяся влага конденсируется и выделяется в виде жидкости из продуктов сгорания. Если в результате сгорания единицы количества топлива образуемая влага остается в продуктах сгорания в парообразном состоянии, то выделяемую при этом теплоту называют низшей теплотой сгорания Qн. Эта величина меньше высшей теплоты сгорания топлива на теплоту парообразования (конденсации) влаги, образуемой при сжигании единицы количества топлива.
Теплоту сгорания топлива, кДж/кг, можно определить опытным путем (при сжигании порции топлива в специальном приборе – калориметре) или расчетом (по формулам Менделеева), если известен элементарный состав топлива.Например, для твердого топлива:
Qв = 339С + 1250Н – 108,85(О – S);
для жидкого топлива:
Qн = Qв – 25,1(9Нр + Wр),
где: С, Н, О, S и W – соответственно процентное содержание углерода, водорода, кислорода, серы и влаги в рабочем топливе.
***
Условное топливо
При расчете расхода топлива, а также топливных ресурсов пользуются понятием условное топливо. Это реальное топливо, теплота сгорания которого равна 29,3 МДж/кг. Для перевода любого топлива в условное, пользуются тепловым эквивалентом, который получается от деления теплоты Qрц сгорания данного топлива на теплоту сгорания условного топлива, т. е. на 29300 кДж/кг или 29,3 МДж/кг. Так, например, для торфа Эт = 8500/29300 = 0,29, т. е. 1 тонна торфа по своей тепловой ценности равноценна 0,29 тонны условного топлива.
***
Температура горения топлива
Следует различать теоретическую и действительную температуру горения.Теоретической температурой горения называют максимальную температуру, которую способно давать данное топливо при полном сгорании с теоретически необходимым количеством воздуха. Ее определяют опытным путем, или аналитически, используя формулы, в которых учитывается массовая доля и теплотворная способность каждого горючего элемента в топливе. При этом теоретическая температура горения будет равна отношению теплоты, полученной от сгорания единицы топлива, к сумме произведений массовых составляющих горючих элементов на их теплотворную способность. Теоретически определенная температура горения топлива всегда выше действительной, поскольку при расчетах не учитывается ее понижение из-за потерь теплоты на лучеиспускание, избыток воздуха при сжигании, неполное сгорание топлива и т. п.
Действительная температура горения (при коэффициенте избытка воздуха равном 1,0): антрацита - 2270 ˚С, торфа – 1700 ˚С, мазута – 1125 ˚С, природного газа – 2000 ˚С.
***
Способы сжигания топлива
В котельной практике известны слоевой, факельный и вихревой способы сжигания топлива.
Слоевой способ сжигания топлива (рис. 1а) заключается в следующем. Загруженное в топку топливо распределяется ровным слоем по колосниковой решетке, через которую проходит воздух, встречающий на своем пути неподвижный или движущийся слой горящего топлива. При взаимодействии с топливом воздух превращается в газовоздушный поток, который, пройдя через топочное пространство, выходит наружу. Для предотвращения уноса топлива необходимо, чтобы вес частичек топлива был больше силы газовоздушного потока. Однако, при слишком больших размерах кусков топлива замедляется процесс горения и уменьшается количество теплоты, получаемой в единицу времени, поэтому оптимальный размер кусков – 20-30 мм.
Основным достоинством слоевого способа сжигания твердого топлива является наличие на колосниках запаса горящего топлива, обеспечивающего устойчивость протекания процесса. Существенным недостатком этого способа является необходимость использования твердого топлива с оптимальными размерами кусков, что требует предварительной их сортировки и дробления.Факельный способ сжигания топлива (рис. 1б), в отличие от слоевого, заключается в том, что частицы топлива движутся вместе с газовоздушным потоком в топочном пространстве. Поэтому масса частиц должна быть как можно меньше, и они должны удерживаться в газовоздушном потоке. Этим обеспечивается очень тщательное перемешивание частичек топлива с воздухом, интенсивное их горение, получается более однородный, устойчивый факел горения и происходит наиболее полное выгорание горючих элементов, составляющих горючую массу топлива. Поэтому при факельном способе применяют твердое топливо в виде очень мелких частичек (пыли), размеры которых составляют доли миллиметра.
Существенный недостаток этого способа – малая скорость обтекания частиц топлива газовоздушным потоком, которая не позволяет значительно увеличить интенсивность горения, а также большая чувствительность к изменению режима работы, поскольку в топочном пространстве постоянно находится небольшое количество (запас) топлива. Поэтому регулирование процесса возможно при одновременном изменении подачи топлива и воздуха.
Вихревой способ сжигания топлива (рис. 1в) заключается в создании в топочном пространстве вихря, благодаря которому топливо, поступающее в топку, подхватывается газовоздушным потоком и движется вместе с ним по определенной траектории до полного выгорания горючих элементов из горючей массы. Вихревое движение топлива в газовоздушном потоке способствует более длительному нахождению топлива в топочном пространстве, что создает условия для полного сгорания частиц размером 3-5 мм и для получения более устойчивого горения, чем при факельном способе сжигания.
***
Котлы и котельные установки
Скачать теоретические вопросы к экзаменационным билетам по учебной дисциплине "Основы гидравлики и теплотехники" (в формате Word, размер файла 68 кБ)
Скачать рабочую программу по учебной дисциплине "Основы гидравлики и теплотехники" (в формате Word):
Скачать календарно-тематический план по учебной дисциплине "Основы гидравлики и теплотехники" (в формате Word):
k-a-t.ru
