по курсу «История развития нефтегазового дела» Тема: «Горение и топливо» (стр. 1 из 3)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)

Кафедра печных технологий и переработки энергоносителей

Реферат

по курсу «История развития нефтегазового дела»

Тема: «Горение и топливо»

Выполнил: студент группы ТХ-06-2 ___________ /Федоров П.А./

(подпись)

ОЦЕНКА: _____________

Дата: _____________

Проверил: ___________ /Дубовиков О.А./

(подпись)

Санкт-Петербург

2006

Основные сведения о топливе.

Топливом называются горючие вещества, которые сжигаются для получения тепла.

В соответствии с физическим состоянием топливо разделяют на твёрдое, жидкое и газообразное.

К твёрдому топливу относят древесину, торф, горючие сланцы и весь каменный уголь, который добывается.

К жидкому топливу в основном относят сырую нефть, различные нефтепродукты и мазут.

К газообразному топливу относят природный газ, а также различные промышленные газы: доменный, коксовый, генераторный и пр.

В зависимости от происхождения топливо разделяется на природное и искусственное.

Природным называют топливо в том виде, в котором оно было получено при добыче: каменный уголь, древесина, торф, сырая нефть, природный газ и др.

Искусственное топливо – это продукт, полученный при технологической переработке природного топлива. Например: кокс, брикеты, дизельное топливо, мазут, генераторный газ и др.

Топливо, которое по техническим и экономическим соображениям невыгодно перевозить на большие расстояния из-за его низкого качества, как правило, используют вблизи места добычи или получения, называется местным.

К высококачественному топливу относятся каменный уголь, антрациты, жидкое топливо и природный газ.

Все виды топлива состоят из горючей и негорючей частей.

К горючей части относятся: углерод, водород, углеводороды, а также сера, которая вредна для котлов и окружающего воздуха.

К негорючей части относятся кислород О2, азот N2, влага Н2О, и зола А. Влага и зола составляют внешний балласт топлива, а кислород и азот – внутренний

Топливо характеризуется рабочей, сухой и горючей массами.

Условия сжигания твёрдого топлива зависят от количества и свойств имеющихся в нём золы, влаги, количества летучих горючих веществ.

При сжигании жидкого топлива (мазута), имеющего высокую вязкость, одна из основных задач – распыление его на мелкие капельки.

Газовое топливо наиболее пригодное для смешивания его с воздухом, который необходим для горения, поскольку топливо и воздух находятся в одном агрегатном состоянии.

Горение природного газа.

Горение – это реакция, при которой происходит преобразование химической энергии топлива в тепло.

Горение бывает полным и неполным. Полное горение происходит при достаточном количестве кислорода. Нехватка его вызывает неполное сгорание, при котором выделяется меньшее количество тепла, чем при полном, и окись углерода (СО), отравляюще действующая на обслуживающий персонал, образовывается сажа, оседающая на поверхности нагрева котла и увеличивающая потери тепла, что приводит к перерасходу топлива и снижению к.п.д. котла, загрязнению атмосферы.

Для сгорания 1 м3 метана нужно 10 м3 воздуха, в котором находится 2 м3 кислорода. Для полного сжигания природного газа воздух подают в топку с небольшим избытком. Отношение действительно израсходованного объёма воздуха Vд к теоретически необходимому Vт называется коэффициентом избытка воздуха a = Vд/Vт. Этот показатель зависит от конструкции газовой горелки и топки: чем они совершеннее тем меньше a. Необходимо следить, чтобы коэффициент излишка воздуха не был меньше 1, так как это приводит к неполному сгоранию газа. Увеличение коэффициента избытка воздуха снижает к.п.д. котлоагрегата.

Полноту сгорания топлива можно определить с помощью газоанализатора и визуально – по цвету и характеру пламени:

прозрачно-голубоватое – сгорание полное;

красный или жёлтый – сгорание неполное.

Горение регулируется увеличением подачи воздуха в топку котла или уменьшением подачи газа. В этом процессе используется первичный (смешивается с газом в горелке – до горения) и вторичный (соединяется с газом или газовоздушной смесью в топке котла в процессе горения) воздух.

В котлах, оборудованных диффузионными горелками (без принудительной подачи воздуха), вторичный воздух под действием разряжения поступает в топку через поддувочные дверцы.

В котлах, оборудованных инжекционными горелками: первичный воздух поступает в горелку за счёт инжекции и регулируется регулировочной шайбой, а вторичный – через поддувочные дверцы.

В котлах со смесительными горелками первичный и вторичный воздух подаётся в горелку вентилятором и регулируется воздушными задвижками.

Нарушение соотношения между скоростью газовоздушной смеси на выходе из горелки и скоростью распространения пламени приводит к отрыву или проскакиванию пламени на горелках.

Если скорость газовоздушной смеси на выходе из горелки больше скорости распространения пламени – отрыв, а если меньше – проскок.

При отрыве и проскоке пламени обслуживающий персонал должен погасить котёл, провентилировать топку и газоходы и снова разжечь котёл.

Горение и топливо

Наибольшее практическое значение для человека имеет горение с участием кислорода, например, горение различных видов топлива в топках печей, различных горелках, двигателях внутреннего сгорания и т. д.

Горелка для газовой сварки

Что необходимо для горения? Конечно, для этого прежде всего нужны вещества, между которыми происходит реакция, т.е. горючее вещество и кислород. Эти вещества должны находиться в тесном соприкосновении друг с другом.
Но этого недостаточно. Дрова, положенные в печку, не загораются сами, хотя и окружены со всех сторон воздухом, содержащим кислород. Их нужно зажечь, т. е. довести температуру дерева до той, при которой начинается его взаимодействие с кислородом. Для этого вовсе не обязательно вводить дерево в непосредственное соприкосновение с огнем; достигнуть нужной температуры можно, например, приложив кусок дерева к раскаленному железу. Первобытный человек добивался повышения температуры трением двух кусков сухого дерева друг о друга.
Температура, при которой начинается горение, различна у разных веществ. Керосин загорается при 400 °С, сера – при 450 °С, древесная пыль – при 610 °С, фосфор белый – при 45–60 °С (в зависимости от степени его измельчения). Для продолжения начавшегося горения дальнейшее нагревание уже не требуется: вещество нагревается за счет тепла, выделяющегося при самом горении. Чтобы началось горение, например, лучинки, мы вводим ее конец в пламя горящей спички. В этом месте дерево нагревается до нужной температуры и загорается. Выделяющееся при горении тепло нагревает ближайший к огню участок лучинки, начинается горение этого участка. Затем нагревается следующий участок, и горение распространяется все дальше и дальше, захватывая все новые и новые участки.
Если горючее вещество сильно измельчено и находится в виде тонкого порошка (уголь) или в виде мелких капель (керосин, бензин) и вещества эти будут смешаны с воздухом так, что он будет окружать каждую их частицу, то при поджигании таких смесей тепло, выделившееся в одном месте, быстро распространится во все стороны и нагреет до температуры воспламенения всю смесь. Произойдет быстрое сгорание всей смеси.

Подобное сгорание веществ называют вспышкой. Так вспыхивает иногда накопившаяся в печных трубах сажа или вдуваемый в печь с помощью форсунки мазут при его поджигании. Если насыпать в бумажную трубочку споры плауна, имеющие вид тонкой желтой пыли (применяется для пересыпки пилюль под названием «ликоподий»), подуть в трубочку с одного конца и поджечь вылетающие споры с другого, то состоящее из спор облачко вспыхивает, образуя большое яркое пламя. В XVI—XVII вв. такими вспышками спор ликоподия пользовались в театрах для имитации молнии, а скоморохи развлекали народ на улицах Москвы и других городов во время праздничных гуляний, нередко направляя безопасное пламя в бороду проходившего жителя или в проезжавший мимо воз сена.
Особенно легко вспыхивают при поджигании смеси горючих газов с воздухом или чистым кислородом, потому что в этом случае создается тесное соприкосновение реагирующих веществ, а потому горение, начавшееся в одном месте, быстро распространяется и охватывает всю массу смеси. При еще более быстром сгорании веществ происходит взрыв — мгновенное сгорание, сопровождающееся сильным звуком и нередко большими разрушениями. Разрушения вызываются давлением газов, образующихся при горении и занимающих во много раз больший объем, чем взрывающееся вещество: газы ударяют о препятствие, мешающее их распространению, и разрушают его.
Горение может стать причиной больших бедствий: разбушевавшаяся стихия огня, выйдя из подчинения воле человека, уничтожает здания, приводит в негодность машины, пожирает имущество, уносит человеческие жизни. Взрывы могут также приносить большие несчастья. Особенно опасны взрывы смесей воздуха с горючими газами и парами горючих жидкостей - бензина, керосина, эфира и др. Поэтому в обращении с такими огнеопасными веществами нужно быть особенно осторожным и внимательным: следить, чтобы краны газовых плит и других приборов не оставались открытыми, когда этими приборами не пользуются, хранить горючие жидкости в хорошо закрытой посуде и дальше от огня, помещения, в которых установлены большие газовые приборы (топки, колонки и др.), перед зажиганием газа необходимо проветривать.
Несмотря на то что взрывы могут нести с собой большие разрушения, человек нередко использует их силу в своей практической деятельности. Взрывы используются при разведке и добыче руд и других полезных ископаемых, при проведении каналов, дорог в горах, для разрушения заторов ледяных глыб на реках во время весеннего ледохода и т.п.
Для возникновения горения, как мы видели, необходимо тесное соприкосновение горючего вещества с воздухом и температура, при которой между ними начинается химическая реакция. Если хотя бы одно из этих условий не будет выполнено, горение не возникнет. Отсюда ясно, что для предотвращения возникновения горения достаточно нарушить хотя бы одно из названных условий.
На практике, желая прекратить горение в том или ином случае, мы этим и пользуемся. Чтобы погасить зажженную спичку, мы делаем рукой, в которой держим ее, быстрое движение, и огонь гаснет; чтобы погасить свечу, мы дуем на ее пламя. И в том и в другом случае мы понижаем температуру горючего вещества до более низкой, чем та, при которой может идти реакция его с кислородом. Желая прекратить горение газа, горение керосина в лампе, мы закрываем кран или опускаем фитиль и тем самым прекращаем поступление горючего материала.
Но чаще всего мы прекращаем горение, преграждая доступ кислорода к горящему веществу. Это мы делаем, когда прикрываем пламя горящей спиртовки колпачком, когда гасим огонь, накрывая его доской или тряпкой, засыпая песком или землей. Чтобы прекратить горение топлива в топках печей или ослабить горение, сокращают приток кислорода, закрывая поддувало. Нередко горение прекращают, заливая огонь водой. Вода при этом выполняет двоякую роль: попадая на горящее вещество, она понижает его температуру и, быстро испаряясь, обволакивает горящее вещество паром и тем самым прекращает подход кислорода к нему.
Условия прекращения горения учитываются и при тушении пожаров. Огонь заливают водой, а при горении деревянного дома, кроме того, стремятся с помощью багров удалить от огня доски, бруски, бревна и другие горючие материалы.
Почему различные вещества горят неодинаково? Почему одни вещества горят пламенем, а другие, как уголь, только накаляются, пламени не образуя? И пламя у различных веществ неодинаковое: у одних оно бледное, бесцветное, например пламя водорода или спирта, а у других — яркое, светящееся. Кроме того, пламя различных веществ может быть различного цвета — желтого, зеленого, фиолетового, красного. В чем же причина этого различия?
Все это очень хорошо и просто объяснил великий английский ученый Майкл Фарадей. Он разъяснил, что пламенем горят все газы, а также жидкие и твердые вещества, переходящие при сжигании в газообразное состояние. Само пламя (огонь) представляет собой раскаленные за счет тепла, выделяющегося при горении, газы и пары.
Но пламенем сгорают и дерево, и бумага, и другие вещества, которые, как мы знаем, при нагревании не переходят в парообразное состояние. Чем же объясняется возникновение пламени при горении этих веществ? Наблюдения и опыты дадут нам ответ и на этот вопрос. Если погасить огонь горящей лучинки, то от ее черного обуглившегося конца некоторое время струится сизый дымок. Подобный дым в еще большем количестве идет от горящего полена, если его вынуть из печки или костра и потушить пламя. Дым идет и от разгорающегося или не совсем погашенного костра.
Зажженные в печке дрова сначала горят пламенем (мы видим языки огня), а потом пламя пропадает и остается лишь раскаленный уголь — «жар». Огонь был до тех пор, пока не вышли при разложении дерева все горючие газы и пары, а когда их не стало, пламенное горение прекратилось: уголь горит без пламени, потому что в пар он не переходит и, как вещество простое, не разлагается с выделением горючих газов.
Что сказано о дереве, можно сказать и о других веществах, которые горят пламенем, но сами в парообразное состояние не переходят.
Почему пламя при горении одних веществ бледное, бесцветное, а других — яркое, светящееся? Простые опыты дадут нам ответ и на этот вопрос. Введем стеклянную пластинку в бледное пламя спиртовки, другую пластинку — в яркое, светящееся пламя парафиновой свечи. Вынув первую пластинку, мы увидим, что с ней никаких изменений не произошло, а в пламени парафина пластинка покрылась слоем копоти — сажи, состоящей из мельчайших частичек угля.
Присутствие в пламени парафина частичек угля и делает пламя ярким: эти-то частицы, раскаляясь при высокой температуре, и светятся. В парафине содержится примерно 90% углерода, в спирте – 52%. Притекающего к пламени спирта кислорода достаточно, чтобы он быстро соединился с углеродом и образовал углекислый газ, но его недостаточно, чтобы быстро соединиться со всем углеродом в парах парафина. Свободный углерод, находящийся в пламени парафина в виде мелких частиц угля, задерживается в нем, накаливается и придает пламени яркость и светимость.