vsebina: • goriva -...

Generatorji toplote 1

Vsebina:

• GORIVA

– vrste,

–karakteristike, lastnosti

– goriva v Sloveniji

Predavanje

Karakteristike goriv

Pojem goriva

Goriva so snovi z veliko kemične notranje energije, se sprošča pri zgorevanju. Zgorevanje je hiter proces oksidacije.

Sproščena kemična notranja energija se prenaša na molekule produktov zgorevanja,predvsem kot kinetična notranja energija molekul dimnih plinov. S tem se poveča njihova kalorična notranja energija in temperatura. Dobili smo vir toplote.

Goriva delimo po agregatnem stanju na trdna, kapljevita in plinasta ter po nastanku na naravna in umetna oz. sintetična. Naravna goriva so fosilna in jedrska goriva ter biogoriva, umetna pa dobimo s predelavo naravnih goriv.

Vrste goriv


4

Karakteristike goriv

Fizikalne lastnosti goriv moramo poznati za projektiranje in konstruiranje transportnih in zgorevalnih naprav, gorilnikov in priprave goriva za zgorevanje. Poznavanje kemičnih lastnosti goriv pa rabimo za kvalitetno vodenje procesa zgorevanje ter za projektiranjesistemov, ki to omogočajo.

Med fizikalne lastnosti goriv štejemo: gostoto, specifično toploto, vnetljivot, transportnelastnosti, itd,. ter še posebej nasipno težo in meljivost pri trdnih gorivih, viskoznost pri kapljevitih in meje eksplozivnosti pri plinastih gorivih.

Med kemične lastnosti štejemo: elementno sestavo, kurilnost, zgorevalno toploto, količino zgorevalnega zraka, produkte zgorevanja, itd.

Kemične lastnosti določamo na osnovi kemične sestave goriva, ki jo izmerijo v akreditiranihkemijskih laboratorijih.

5

Sestava goriv

Sestavo goriv se določa s kemično analizo vzorcev goriva, ki jih s postopkom vzorčevanja odvzamemo iz celotne mase goriva.

Zaradi različnih fizikalnih lastnosti se vsebina kemične analize za trdna in kapljevitagoriva razlikuje od vsebine rezultatov analize za plinasta goriva.

Trdna in kapljevita goriva

Pri trdnih in kapljevitih gorivih se določajo masni deleži elementov: ogljika, vodika, dušika, žvepla in še vsebnost vode ter vsebnost negorljivih snovi, ki jih imenujemo pepel. Dodani so lahko še podatki o izmerjeni kurilnosti, gostoti, viskoznosti, itd.

Plinasta goriva

Kemična analiza plinastih goriv vsebuje masne deleže vseh plinastih komponent, kisestavljajo gorivo. Dodani so lahko še podatki o izmerjeni kurilnosti, gostoti, itd.

6

Analize goriv za določanje sestave

Razlikujemo dve obliki analiz:

- kemična analiza ali elementna analiza in

- kratka analiza.

Kemična analiza trdnih in kapljevitih goriv vsebuje izmerjene vrednosti masnih deležev elementov v gorivu ter še podatke o deležih vode in pepela. Pri plinastih gorivih pa ne določamo elementov temveč masne deleže plinov, ki sestavljajo gorivo.

Kratka analiza vsebuje podatke o masnih deležih vlage, pepela, gorljivega dela in lahko tudi druge podatke, npr. deleži hlapljivih snovi, fiksnega, neizparljivega ogljika, itd.


7

Primer rezultatov kemične analize goriva

Kemična kratka analiza velenjskega lignita, ki se kuri v termoelektrarni Šoštanj:

kratka analiza:

Kemična elementna analiza velenjskega lignita, ki se kuri v termoelektrarni Šoštanj:

elementna analiza:

vlaga%

pepel%

žveplo%

gorljivo%

kurilnostMJ/kg

35 14 1,6 51 11

ogljik%

vodik%

dušik%

kisik%

žveplo%

32,43 3,36 0,86 12,74 1,61

63,59 6,59 1,69 24,98 3,15

dostavljeno

brez vode inpepela


8

Prikaz sestave trdnih goriv je narejen za velenjski lignit.

Grafični prikaz sestave trdnih goriv


9

Trdna goriva -premog

NASTANEK IN STAROST PREMOGOV

Antracit - prične nastajati delno že v devonu (pred cca. 400 milijoni let), večinomapa je nastal v zgodnjem karbonu pred 350 milijoni let.

Črni premog - pozni karbon in perm v času pred 250 do 320 milijoni let.

Rjavi premog - je mlajši, pričel je nastajati po permu pred nekaj deset milijoni let.Lignit - je najmlajša vrsta premogov, stara nekaj milijonov let.

Trboveljski rjavi premog - je iz oligocena in je star od 20 do 35 milijonov let.Velenjski lignit - je iz obdobja pliocen v terciarju in je star od 2 do 5 milijonov let.

Za nastajanje premogov so bili potrebni tudi pogoji za potek procesa karbonizacije, prikaterem v organski masi narašča delež ogljika, niža pa se delež dušika, vodika in kisika. Za nastanek črnih premogov je bila potrebna temperatura do 350 ºC, za nastanek antracita pa tja do 500 ºC.


10

Trdna goriva - premog

Snovi, ki ne gorijo imenujemo pepel. Večinoma so to minerali, zemlja,itd. Pri uporabi povzročajo neželjene učinke, zmanjšujejo gorljivi delež v gorivu, otežujejo mletje, povzročajo zažlindravanje ogrevalnih površin in tudi abrazijo kotlov.

Zažlindravanje je pojav nalaganja lepljivega pepela na hladnejših površinah v kurišču. Intenziteta pojava je odvisna od sestave pepela in temperature. Nagnjenost pepela k zažlindravanju je odvisna od deležev posameznih mineralnih komponent v pepelu in razmerja med njimi. Nagnjenost pepela k zažlindravanju ugotavljamo na več načinov:- z določanjem karakterističnih temperatur s postopkom po DIN 51730- s pomočjo Altmanovega trikotnika in- s testnim kurjenjem premoga v kotlu.

Negorljive snovi v premogu - pepel

11


Določanje karakterističnih temperatur zažlindravanja po DIN 51730

zaèetna temperatura 20 ° C

temperatura taljenja

t temperatura mehèanja

temperatura utekoèinjenja

A

B Ct t

Temperature določamona osnovi deformacij pri segrevanju valja.

12


Določanje nagnjenosti k zažlindravanju po Altmanovi metodi

0,8 0,6 0,4 0,2

0,2

0,4

0,6

0,8 0,2

0,4

0,6

0,8

(CaO + MgO + SO )3

(Al

O )3

2

(Fe O

)2

3

velika

srednja

majhna

A

1

1

1

Nagnjenost k zažlindravanju:

w

w

w

Osnovna predpostavka za Altmanovo metodo je:

w(Al2O3) + w(Fe2O3) + w(CaO) + w(MgO) + w(SO3) = 1

A: nagnjenost k zažlindravanju premoga iz trboveljskaga rudnika.


13


Rudniki premoga v Sloveniji

Velenjski lignit: je humusni, ksilitni lignit z zaznavno lesno strukturo. Slabost je količina vlage (nad 40 %) in vsebnost žvepla. Debelina plasti v rudniku je 150 m na globini od 250 m do 400 m. Pri sedanji količini izkopa bodo zaloge zadostovale vsaj do leta 2050.Izkopani premog se uporablja izključno za termoelektrarno v Šoštanju.

Trboveljski rjavi premog: je starejši od velenjskega lignita in z višjo kurilnostjo. Vsebuje manj vlage, vendar več pepela in žvepla. Rudnik je zaradi izčrpanosti zalog že dolgo časav zapiranju. Izkopani premog se uporablja izključno za termoelektrarno v Trbovljah.Slabost slovenskih premogov je predvsem v visoki vsebnosti vlage, pepela in žvepla.

V Sloveniji je bilo včasih veliko premogovnikov, ki danes zaradi nerentabilnosti ne obratujejoveč: Kočevje, Seča, Zagorje, Senovo, Laško, Zabukovec, Kanižarica, Krmelj, ...

14

Sestava lignita iz rudnika Velenje, jama Pesje


15

Trdna goriva

K lesni biomasi prištevamo les, namenjen za kurjavo, ostanke sečnje v gozdu ter ostanke Industrijske predelave lesa - krajniki, lubje, žaganje in lesni prah, in tudi okoljsko problematični kemijsko obdelani ostanki, ki vsebujejo lepila, premaze, zaščitna sredstva. Suh les je sestavljen iz celuloze in lignina, vsebuje še smole, maščobe, voske, tanin in mineralne snovi. Vlažnost lesa je določena kot razmerje med maso vode in maso suhega lesa, v katerem se ta voda nahaja.

Tehnično razlikujemo:

Lesna biomasa


16

Kapljevita goriva - nafta

NAFTA

Je naravno kapljevito gorivo, ki ga sestavljajo metanski, naftalinski in aromatični ogljikovodiki, torej molekule, ki imajo od 4 do 20 atomov ogljika.

Nastanek: obstajata dve teoriji, organska in anorganska teorija. Bolj verjetna je teorija nastanka iz organskih snovi, ki predpostavlja nastanek nafte na dnu morjij iz razpadlih organskih snovi alg, enoceličnih organizmov in drugih živali pod posebnimi pogoji: anaerobno v globinah med 2200 m in 4500 m.Druga, manj verjetna teorija predpostavlja nastajanje nafte globoko v zemeljskih plasteh iz anorganskih snovi zaradi delovanja anaerobnih bakterij.

Sestava: ogljik 83 % do 87 %, vodik 11 % do 14 %, kisik 0,1% do 1 % ter tudi nekaj procentov vode in negorljivih snovi.

Gostota: surove nafte je med 820 kg/m3 in 920 kg/m3. Gostota frakcij se giblje od okoli700 kg/m3 pri bencinih, do 840 kg/m3 pri ekstra lahkih kurilnih oljih in 970 kg/m3pri ekstra težkih kurilnih oljih ter tudi nad 1000 kg/m3 pri katranskih oljih.

17

Kapljevita goriva - nafta

Vsebnost vanadija in žvepla v nafti iz različnih nahajališč

0 1 2 3 4 5

0,001

2

5

0,01

2

5

0,1

Bližnji in Srednji

vzhod (Kuvajt,

Iran)

vsebnost žvepla (S)/ %

vseb

nos

t va

nad

ija

kot

V

O

(

V

O

)/ %

25

Srednja in Južna

Amerika

(Venezuela,

Mehika, Peru)

ZDARusijaRomunija

25

w

w

18

Kapljevita goriva – naftni derivati

Poročilo o meritvah gostote in kurilnosti, ki ga dobaviteljgoriva dostavi naročniku.


19


Kurilnost kurilnih olj v odvisnosti od gostote in masnih deležev žvepla

Olja iz nafte so glede na gostoto razdeljenana: ekstra lahko, lahko, srednje, težko, ekstratežko in še dve vrsti katranski olj. Gostota oljse giblje od 840 kg/m3 pri ekstra lahkem do970 kg/m3 pri ekstra težkem in tudi preko1000 kg/m3 pri katranskih oljih. Razen od vrsteje gostota olj odvisna tudi od temperature.Računamo jo po izrazu:

kjer je t temperatura olja.

]/[)15(00062,0 2

150 smtCt

−−= ρρ

20


Kinematična viskoznost kurilnih olj

Viskoznost kapljevitih goriv določa njihovosposobnost za transport in razprševanje. Vindustriji uporabljamo Englerjevo skalo zaviskoznost. Med kinematično viskoznostjo inEnglerjevo obstoja povezava:

kjer je D eksperimentalno določen koeficient. Za vodo pri 20 0C je vrednost viskoznosti poEnglerju in kinematične viskoznosti enaka 1.

]/[ 2smED=ν

21

Plinasta goriva

• Zemeljski plin je na izstopu iz vrtine zmes alkanskih ogljikovodikov z največjim delom metana CH4, ki ga je običajno več kot 90 vol.% in manjšim delom višjih alkanov.

• Sestava plina se razlikuje glede na črpališče in tudi glede na izčrpanost nahajališča.• Iz nahajališč do uporabnikov se transportira po plinovodih, ki so površinski, vkopani

ali podmorski. • Za čezoceanski transport zemeljskega plina se uporabljajo tankerji za ukapljen

zemeljski plin, ki ima pri tlaku okolice temperaturo –161,5 °C.

Zemeljski plin

Tranzitni plinovodi - za transport velikih količin zemeljskega plina na velikih razdaljah.So jekleni premera do 1,5 m in dolgi več tisoč kilometrov. Tlak plina je od 70 do 100 bar. Magistralni plinovodi - za transport znotraj držav. Premer plinovoda manjši od 1 m, tlak v plinovodu je nižji od 70 bar. Distribucijski plinovodi - za transport do končnih uporabnikov. Tlak plina je pod <8 bar. Pri porabnikih je dodatna redukcija tlaka plina na 0,03 bar.

Plinovodi za zemeljski plin


22

Magistralni plinovod zemeljskega plina

23

Ukapljen naftni plin

Lastnosti in skladiščenje

Pri standardnem stanju (15 ºC, 1013 mbar) je naftni plin (NP) v plinastem stanju, v jeklenkahpa je vedno v kapljevitem stanju kot ukapljen naftni plin (TNP). Za rezervoarje, ki so v ogrevanih prostorih se uporablja mešanica z masnimi deleži 65 % butana in 35 % propana. Pri temperaturi okolice je tlak mešanice v jeklenki oz. rezervoarju višji od 6 bar.

V rezervoarjih, ki so nameščeni izven zgradb, mora mešanica vsebovati vsaj 98 % masnega deleža propana, ker pri nizkih temperaturah butan ni več v plinastem stanju oziroma ni več uparljiv. Pri tlaku 1013 mbar butan kondenzira pri -0,49 ºC, propan pa pri temparaturi -41,9 ºC.

vsebina: • goriva -...

Documents