Перейти к содержанию

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

 

Содержание

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Металлургия

Доменное производство является наиболее крупным потребителем энергоресурсов. Здесь расходуется около 50% топлива, потребляемого отраслью.

Процесс плавки в доменной печи является энергетическим процессом: кокс, горячее дутьё, кислород в дутьё; природный газ, мазут, пылеугольное топливо (ПУТ) используют как заменители кокса. Кокс выполняет функции топлива и восстановителя. Стоимость кокса составляет 40…50% себестоимости чугуна. Поэтому снижение расхода кокса или замена его более дешёвым топливом эффективны.

На экономию кокса оказывают влияние многие технологические и энергетические факторы. Так, например, повышение температуры дутья на 100°С сверх 900°С приводит к снижению расхода кокса на 2…4%.

Расход дутья определяет производительность печи и её тепловую мощность. Однако увеличение расхода дутья лимитируется некоторыми технологическими и эксплуатационными факторами. Расход дутья выше определённого значения для данной печи может привести к нарушению ровного хода печи и нормального движения шихтовых материалов.

В настоящее время на 1 м 3 полезного объёма вдувается

2 м 3 /мин воздуха. Для подачи воздуха в печь применяют центробежные турбовоздуходувки. В качестве привода воздуходувок используют паровые турбины, работающие на паре с давлением от 3,5 до 9 МПа.

Нагрев дутья для доменной печи осуществляется в воздухонагревателях регенеративного типа. Отапливаются водонагреватели в основном доменным газом с добавками коксового и природного газа. В современных печах температура дутья достигает 1100…1300°С. С целью уменьшения размеров воздухонагревателей и более эффективного использования их рабочего объёма применяют насадки с развитой поверхностью теплообмена.

Интенсификация доменного процесса в значительной степени достигается применением дополнительных, кроме кокса и горячего дутья, энергоносителей. Обогащение дутья кислородом – один из эффективных методов интенсификации доменной плавки. С увеличением содержания кислорода в дутье снижается содержание азота, уменьшается расход дутья, растёт теоретическая температура горения. На действующих заводах содержание кислорода в дутье достигает 25…30%.

Вторичные энергоресурсы доменного производства

Источниками вторичных энергоресурсов являются: топливные – доменный газ и тепловые ВЭР – физическое тепло чугуна, шлака, доменного газа, тепло охлаждающей среды. Эти статьи превышают 65% тепла, внесенного в доменную печь.

Ко вторичным энергоресурсам доменного производства относятся также тепло уходящих газов воздухонагревателей, составляющее 15…20% от расхода тепла на подогрев дутья. Для использования тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей разработана установка-теплообменник, в которой нагревается воздух и доменный газ, подаваемые в горелки воздухонагревателя, до 200…300°С. Физическое тепло доменного газа зачастую не используется, т. к. после применяемой мокрой газоочистки газ поступает при низкой температуре. Тепло охлаждения печи может быть использовано при замене водяного охлаждения испарительным. Коэффициент использования тепловых ВЭР доменного производства составляет в среднем 30%.

Доменный газ представляет собой дешевое топливо с теплотой сгорания Qн р = 3,5…4,5 МДж/м 3 . В составе газа содержатся горючие компоненты СО=24-28%, Н2=2-3% , СН4≈0,1% и негорючие СО2=10-12%, N2=54-56%, Н2О=3-4%. Выход газа зависит от многих факторов: качества и подготовки сырья, расхода кокса, температуры дутья, концентрации кислорода в дутье, вдувание заменителей кокса и др. Чем ниже расход кокса, тем меньше выход газа. С увеличением доли кислорода и заменителей газа в дутье выход доменного газа снижается.

Состав доменного газа и его теплота сгорания также переменны, как и выход его. И здесь решающее влияние оказывают интенсификаторы плавки. Повышение температуры дутья способствует некоторому снижению теплоты сгорания. При вдувании природного газа теплота сгорания несколько повышается. Обогащение дутья кислородом сопровождается увеличением содержания в доменном газе СО и Н2 и повышением, следовательно, теплоты сгорания доменного газа.

Повышение давления на колошнике позволяет увеличить производительность доменной печи за счёт увеличения массового расхода дутья. При повышении давления газа на колошнике остаются резервы давления газа, которые можно использовать в газовой турбине, для обеспечения электроэнергией потребностей доменного цеха. Себестоимость электроэнергии, полученной на таких установках в 3 раза меньше, чем электроэнергии от центральной энергосистемы.

Плитовые водяные холодильники

Рисунок 1.9 – Плитовые водяные холодильники: а– с гладкой внутренней поверхностью; б – ребристый; в – ребристый с залитым кирпичом; г – холодильник фурменной зоны; д –холодильник чугунной летки (1 – отверстие для болтов крепления к кожуху; 2 – залитая стальная трубка; 3 – подвод воды; 4 – отвод воды; 5 – залитый кирпич).

Значительная часть футеровки доменной печи охлаждается при помощи специальных холодильников, назначение которых заключается в отводе некоторого количества тепла для стабилизации теплового состояния футеровки, кожуха и его опорных элементов и соответственно продления срока их службы. Различаются водяные и испарительные системы охлаждения. Первые характеризуются повышенными расходами охладителя. Для вторых к показателям качества воды предъявляются повышенные требования. Схемы некоторых видов холодильников для элементов конструкций доменных печей представлены на рис. 1.9.

Теплоэнергетика в производстве и разливке стали

Несмотря на то, что в мировой практике доля мартеновской стали крайне мала, на украинских металлургических предприятиях до половины производимой стали выплавляется в мартеновских печах.

Топливом для мартеновских печей служат доменный, коксовый, природный газы и мазут, а также смеси этих топлив. Большинство печей сейчас отапливается природным газом.

Лучшие технико-экономические показатели работы печей получены при использовании природного газа с добавкой 20…30% мазута.

Мазут как самостоятельное топливо применяют значительно реже, чем как добавочное к природному газу. На чистом мазуте выплавляется 10% стали.

Воздух, необходимый для горения, подогревается предварительно в регенераторах до 1200…1250°С.

Кислород применяется в мартеновском производстве как мощный интенсификатор. Большая часть выплавляемой в настоящее время мартеновской стали выплавляется с применением кислорода.

Для повышения температуры, улучшения организации факела применяют подачу в факел технического кислорода при давлении 1,0 – 1,2 МПа. Подача кислорода в факел увеличивает производительность печи, т. к. при этом повышается температура горения топлива.

В настоящее время факельный метод использования кислорода в чистом виде применяют редко. На большинстве крупных заводов применяется более эффективный метод – продувка жидкой ванны. Большая эффективность продувки кислородом по сравнению с обогащением факела объясняется следующими факторами: с одной стороны, при продувке кислородом резко увеличивается доля участия газообразного кислорода в окислении примесей ванны. С другой стороны, при кислородной продувке резко увеличивается интенсивность экзотермических реакций в ванне, термический КПД которых в 2…3 раза выше, чем реакций в факеле. В тоже время значительно увеличивается износ огнеупорной футеровки.

Практика передовых отечественных заводов подтвердила возможность повышения производительности печей на 20% и снижения расхода топлива на 10…17% при обогащении дутья до 25% кислородом.

Наиболее рациональный оказался комбинированный подвод кислорода: в факел и в ванну. При этом количество вдуваемого в факел кислорода в два раза больше, чем в ванну.

Особенности теплоэнергетики двухванных сталеплавильных агрегатов

Для увеличения мощности агрегата при минимальных капитальных затратах производят реконструкцию мартеновских печей в двухванные сталеплавильные агрегаты. В такой печи одна плавильная ванна заменена двумя ваннами, разделёнными между собой порогом в подине и пережимом в своде. В печи отсутствуют регенераторы. Двухванные печи следует рассматривать как временную конструкцию, соответствующую сложному (в техническом и экономическом отношении) полному переходу отечественной металлургии на конвертерный способ производства стали.

Процесс в двухванных печах по интенсивности приближается к конвертерному. Интенсификация процесса и экономия топлива достигается сдвигом во времени периодов плавки. При этом в первой «горячей» ванне по ходу газов идут периоды плавления и доводки с интенсивной продувкой кислородом, которые требуют большего подвода тепла и более высокой температуры. Во второй холодной ванне в это время идут процессы завалки и прогрева шихты за счёт догорания СО; сюда поступают газы, отдавшие уже часть тепла в горячей ванне. Недостающее тепло восполняется подачей природного газа через горелки, установленные в своде печи.

Технико-экономические показатели рабочих двухванных печей зависят от эффективности использования в них тепловой энергии. Источниками энергии в процессе являются: тепло сгорания топлива, физическое тепло чугуна, тепло окисления примесей металла, тепло окисления железа.

Холодная ванна частично выполняет роль регенератора, аккумулируя тепло газов, покидающих горячую часть с температурой 1700°С.

Количество уходящих газов из рабочего пространства печи составляет 50…60 тысяч м 3 /час их температура 1400…1500°С. Полная утилизация высокотемпературных газов осуществляется с установкой котлов утилизаторов специальной конструкции радиационно-конвективного тепла.

Теплоохлаждение конструкции печи осуществляется путём оборудования её испарительным охлаждением.

Теплоэнергетика кислородно-конвертерного производства

Сущность кислородно-конвертерного процесса заключается в продувке жидкого чугуна кислородом, вводимым через водоохлаждаемую фурму.

Процесс в конвертере – периодический. За один цикл чередуются два положения конвертера: вертикальное, при котором производится продувка и получение стали, и наклонное, при котором осуществляется выпуск стали и загрузка материалов для следующей плавки. Продолжительность плавки составляют 20…50 минут. Период продувки составляет 30…50% цикла.

Особенностью конвертерной плавки является получение в ней стали без использования топлива. Необходимое для процесса тепло вносится на 50% жидким чугуном и на 50%
экзотермическими реакциями технологического процесса.

Образующиеся в процессе плавки газы покидают конвертер через горловину. Основные составляющие этих газов: СО — до 90% и СО2 — 10%; теплота сгорания Q р н = 8-10 МДж/м 3 .

Температура конвертерных газов колеблется в пределах 1400 –1800 °С. Конвертерные газы охлаждают в охладителях до температуры 300°С. Габариты охлаждающих устройств значительно превышают габариты самого конвертера.

Газы отводят из конвертеров различными способами, которые отличаются в основном величиной коэффициента расхода воздуха на входе в охладитель:

  • α > 1,0 – с доступом воздуха и полным дожиганием газов;
  • 0< α <1 с доступом воздуха и частичным дожиганием газов;
  • α = 0 – без доступа воздуха и без дожигания газов.

Опыт работы установок по охлаждению конвертерных газов с дожиганием и использованием тепла для производства пара показал экономическую целесообразность их применения. Охладитель конвертерных газов за конвертером даёт выработку пара примерно в 10 раз больше, чем котёл утилизатор за большегрузной мартеновской печью. Опыт работы без дожигания привел к выводу о нецелесообразности из-за взрывоопасности, непостоянства состава и нестабильности подачи.

Теплоэнергетика производства стали в электродуговых печах

Дуговая электропечь – сталеплавильный агрегат, в котором основным источником энергии для нагрева шихтовых материалов и их плавления является энергия электрических дуг. Электрические дуги возникают между тремя электродами и жидким металлом или металлической шихтой. Дуговые электропечи являются мощными потребителями электроэнергии, поэтому для уменьшения потерь ее подают к печам под напряжением 6–110 кВ. Рабочее напряжение, подаваемое на электроды, должно быть в пределах 110–800 В, поэтому каждая печь имеет отдельный понижающий трансформатор и другое электрическое оборудование, обеспечивающие снижение напряжения до рабочего, подвод тока к электродам и регулирование подводимой электрической мощности.

Печной трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии высокого напряжения в энергию низкого напряжения. Трехфазный печной трансформатор состоит из трех связанных между собой сердечников, на каждом из которых закреплены обмотки высокого и низкого напряжения. Сердечник с обмотками помещены в кожух, заполненный трансформаторным маслом, являющееся изолятором и охлаждающее трансформатор. В трансформаторах мощностью более 5 MBА применяют принудительную циркуляцию масла, которое пропускают через водяной маслоохладитель. У некоторых трансформаторов мощностью до 10 MBА в кожухе с маслом дополнительно размещен дроссель, а у многих высокомощных – переключатель ступеней напряжения, работающий под нагрузкой. Современной тенденцией является увеличение мощности печных трансформаторов (в настоящее время эта величина может достигать сотен МВА) с целью сокращения длительности плавки.

Электрическая дуга является основным источником тепла в дуговой сталеплавильной печи. Электрическая дуга или дуговой электрический разряд в газовой среде – это поток электронов и ионов между анодом и катодом. При приложении к последним напряжения достаточной величины происходит эмиссия электронов с катода, которые, соударяясь с молекулами газа в межэлектродном пространстве, вызывают их ионизацию; при этом положительно заряженные частицы движутся к катоду, а электроны к аноду, создавая дугу. Движущиеся к аноду электроны бомбардируют его, в результате чего кинетическая энергия электронов превращается в тепловую и световую энергию, аналогичный процесс идет на катоде, бомбардируемым положительно заряженными частицами; температура бомбардируемого пятна анода составляет 3600-4000 °С, катода 3200-3600 °С, а температура столба дуги достигает 6000°С.

В дуговой сталеплавильной печи дуга горит между электродами и металлом (жидкая ванна, нерасплавившаяся шихта) и представляет собой поток электронов, ионизированных газов и паров металла и шлака. Поскольку дуговые печи питаются переменным током, в течение каждого полупериода меняются катод и анод, а напряжение и сила тока дуги достигают максимума и проходят через ноль. Эмиссия электронов с катода существенно облегчается при повышении температуры катода, поэтому в дуговой печи после расплавления шихты дуга горит более устойчиво, чем в начале плавки при холодной шихте. Длина дуги на больших высокомощных печах может достигать 150–200 мм, сила тока 60–100 кА.

В электродуговых печах предусмотрено водяное охлаждение ряда элементов при помощи водяных холодильников.

В современных печах для интенсификации процессов нагрева и плавления шахты в свод печи вводятся газокислородные горелки, тепловая мощность которых может достигать 20-30 % от подводимой в печь электрической мощности.

Теплоэнергетика внепечной обработки стали

Ограниченные возможности регулирования физических и физико-химических условий протекания процессов плавки стали в сталеплавильных агрегатах, повышение требований к качеству стали, а также необходимость разработки технологии и производства стали принципиально нового качества привели к развитию технологий внепечной обработки стали.

Методы внепечной обработки стали могут быть условно разделены на простые (обработка одним способом) и комбинированные (обработка металла несколькими способами одновременно). К простым методам относятся:

  • обработка металла вакуумом;
  • продувка инертным газом;
  • обработка металла синтетическим шлаком, жидкими и твёрдыми шлаковыми смесями;
  • введение реагентов в глубь металла.

В мировой практике получает всё большее распространение процесс, названный процессом ковш-печь. В зарубежной литературе процесс получил наименование LF-процесс (Ladle-Furnace), в отечественной литературе часто используют аббревиатуру АКОС (агрегат комплексной обработки стали). Процесс включает в себя перемешивание путём продувки металла аргоном в ковше, дуговой подогрев и обработку металла синтетическим шлаком в процессе его перемешивания аргоном. Процесс обеспечивает не только получение металла заданного химического состава и температуры, но и снижение количества неметаллических включений в результате удаления серы и кислорода. Такой агрегат может быть установлен в любом сталеплавильном цехе.

Для реализации внепечной обработки стали необходимо использование следующих энергоносителей:

  • электрическая энергия для подогрева расплава за счет тепла выделяющегося при горении электрических дуг;
  • аргон для продувки металла и организации его перемешивания с целью выравнивания температурного поля, более полного усвоения реагентов, всплытия неметаллических включений и дегазации металла;
  • кислород для продувки расплава в агрегатах доводки, предполагающих покрытие теплопотерь за счет некоторого окисления примесей расплава;
  • пар или другие энергоносители, необходимые для работы вакууматоров.

Разливка стали

Жидкий металл принципиально может быть разлит двумя способами: в изложницу и на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Исторически вид разливки стали в изложницу возник первым. Его сущность состоит в заливке жидкой стали в специальную форму (изложницу) и затвердевания расплава. Различают разливку стали сверху и сифонную разливку. Каждый из методов имеет свои достоинства, которые определяют ряд технологических преимуществ, и недостатки, определяющие вероятность появления специфических дефектов. Масса слитков, отливаемых для прокатки, колеблется от 200кг до 30т. Масса слитков для поковок достигает 350 т. Слитки для кузнечных поковок разливают в многогранные изложницы. Основной проблемой при разливке стали в изложницы является высокая доля обрези перед прокаткой. Удалению перед прокаткой подлежат части слитка с серьезными дефектами макроструктуры (головная часть слитка из спокойной стали, содержащая усадочную раковину), а также характеризующиеся значительной химической неоднородностью (например, донная часть слитка). Для слитков из спокойной стали суммарная доля обрези может достигать 25-30%, что определяет низкие показатели ресурсоэнергосбережения таких технологий. Доля обрези на усадочную раковину может быть значительно уменьшена благодаря утеплению прибыльной надставки, использованию экзотермических засыпок или даже практически сведена к нулю при помощи метода электрошлаковой разливки стали. Эффективным способом разливки особо крупных кузнечных слитков является порционный метод электрошлаковой разливки.

Под непрерывной разливкой стали понимают систему операций, которые позволяют обеспечить квазинепрерывный переход жидкой стали в твердое состояние в виде заготовок заданной геометрической формы. При этом реализуется последовательная разливка определенного количества сталеразливочных ковшей, подаваемых от сталеплавильного агрегата. Получаемая заготовка разрезается на мерные длины. Выход годного составляет от 98,5 до 99,5% от исходной массы разливаемого металла. Агрегатом для реализации непрерывной разливки стали является машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). В ряде работ для названия этих агрегатов иногда используется устаревшее понятие «установка непрерывной разливки стали» (УНРС). Основными технологическими участками МНЛЗ являются кристаллизатор и зона вторичного охлаждения (ЗВО). Кристаллизатор представляет собой конструктивный элемент, в который заливается жидкий металл и происходит образование твердой корочки по периметру сечения заготовки. Различают гильзовый кристаллизатор (для сортовых МНЛЗ) и сборный плитовый кристаллизатор (для слябовых МНЛЗ). Кристаллизаторы охлаждаются водой в оборотном цикле, рекомендуется чтобы повышение температуры воды при прохождении кристаллизатора не превышало 10°С, при этом расход воды на один кристаллизатор может достигать несколько сотен м 3 /ч. В зоне вторичного охлаждения тепло отводится от поверхности заготовки, орошаемой водой или водовоздушной смесью, распыливаемыми затвердевающего металла в результате омывания наружной поверхности гильзы или плит через специальные форсунки. Для гибкости регулирования интенсивности охлаждения по длине ЗВО ее разделяют на несколько секторов. Расход воды на сектора ЗВО принято измерять в л/мин и для одного сектора он может находиться в пределах 50-400 л/мин.

Стоимость тонны проката, полученного из непрерывнолитых заготовок, приблизительно на 28% ниже, чем слитков, отлитых в изложницу. Существенной является не только экономия металла, но и экономия энергии. Исключение обжимного цеха определяет снижение итоговых затрат топлива на нагрев, и сокращение расхода электроэнергии на прокатку. Также исключается тяжелый ручной труд по ремонту и обслуживанию парка изложниц.

В конце XX века доля стали, полученной непрерывным литьем, составила для стран ЕС – 96,4%, Японии – 97,2%, США – 95,6%. В целом для украинской металлургии доля стали, разлитой непрерывным способом составляет не более 50%.

Необходимо иметь в виду, что при разливке стали любым способом имеет место расход газообразного топлива на разогрев сталеразливочных ковшей, а при непрерывной разливке стали добавляется такая статья расхода как разогрев промежуточного ковша МНЛЗ.

Теплоэенергетика в производстве проката

Прокатное производство — это получение путём обработки давлением (прокатки) стали и других металлов в различных изделиях и полуфабрикатах, а также дополнительная обработка их с целью повышения качества (термическая обработка). К основным видам проката относятся: полупродукт, или заготовка (блюмы, слябы), листовой и сортовой прокат, катаные трубы, заготовки деталей машин, колёса, кольца, оси, свёрла, шары, профили переменного сечения и др.

Производство стального проката на современном металлургическом заводе осуществляется двумя способами. При первом исходным материалом служат слитки (отлитые в изложницы), которые перерабатываются в готовый прокат обычно в две стадии. Сначала слитки нагревают и прокатывают на обжимных станах в заготовку (блюмы, слябы). После производят повторный нагрев и прокатку готовой продукции на специализированных станах (рис. 1 .10а).

Cхемы производства конечного продукта металлургического производства в виде сортового проката

Рисунок 1.10 – Cхемы производства конечного продукта металлургического производства в виде сортового проката: 1 — сталеразливочный ковш, 2–состав для разливки в слиток, 3–нагревательный колодец, 4–обжимной стан, 5–склад сортовых заготовок, 6–методическая
нагревательная печь, 7–сортопрокатный стан, 8–сортовая МНЛЗ, 9– адъюстаж МНЛЗ, 10–концептуальная сортовая МНЛЗ для заготовок с размерами конечного проката; 11–печь для термообработки проката; 12– клеть холодной прокатки; а–схема для разливки стали в изложницу, б–для непрерывной разливки стали; в–совмещенный процесс разливки-прокатки;
г–размер заготовки максимально приближен к размеру готового проката.

При втором способе получение исходной заготовки заменяется непрерывным литьём (разливкой) на машинах непрерывного литья заготовок (рис. 1.10б). Благодаря применению непрерывнолитой заготовки упраздняются нагрев слитков и соответствующие затраты энергии, а также уменьшаются потери металла на обрезь, доходящие до 15–20%.

Преимущества применения непрерывнолитой заготовки в производстве проката становятся ещё более значительными при совмещении процессов непрерывного литья и прокатки в одном неразрывном потоке. Для этой цели создаются литейно-прокатные модули (ЛПА), в которых в слитках на выходе выравнивается температура по сечению, и затем они поступают в валки прокатного стана (рис. 1 .10в).

Таким образом, осуществляется процесс кристаллизации и прокатки бесконечного слитка, т.е. непрерывное производство проката из жидкого металла.

Округленные значения удельных расходов условного топлива, затрачиваемого на нагрев металла в печах, для производства тонны готового сортового проката по разным технологическим схемам представлены на рис. 1.11.

Эволюция схем производства проката с точки зрения расхода условного топлива в технологической цепочке разливка стали

Рисунок 1.11 – Эволюция схем производства проката с точки зрения расхода условного топлива в технологической цепочке разливка стали — тепловая обработка заготовок: 1 – схема производства проката, основанная на разливке стали в изложницу; 2 – схема производства проката, основанная на непрерывной разливке стали; 3 – схема производства проката, основанная на непрерывной разливке стали и использовании энергоэффективных печных агрегатов; 4 – схема производства проката, основанная на реализации совмещенных
процессов разливки-прокатки.

Как видим, переход на каждый очередной этап эволюции рассматриваемых технологических систем (внедрение процессов непрерывной разливки стали, повышение энергоэффективности процессов тепловой обработки заготовок в печах, совмещение процессов разливки-тепловой обработки заготовок в рамках литейно-прокатных модулей) позволяет существенно снизить затраты энергии для производства тонны готового продукта.

Производство проката характеризуется высокой энергоемкостью и потреблением практически всех видов топливо-энергетических ресурсов, при этом преобладают затраты энергии, связанные с нагревом исходных заготовок.

Нагрев заготовок в печах представляет собой сложный теплообменный процесс, включающий передачу тепла от греющей среды, как правило, продуктов сгорания топлива путем излучения и конвекции к поверхности нагреваемого металла и распределение тепла внутри массива заготовок. Для нагрева при температурах греющей среды более 900°С преобладает доля лучистого теплового потока. По мере спада температур доля конвективного теплообмена является все более весомой и при температурах менее 500°С преобладает конвективный теплообмен.

Для охлаждения элементов конструкции печей, особенно толкательных методических, используется тепло охлаждающей среды. В данном случае возможно применение испарительного охлаждения, также как в доменных печах (охлаждение кожуха) и сталеплавильных печах (охлаждение подпятовых балок).

Известно, что снижение температуры нагрева заготовок на прокатку, на 100°С обеспечивает уменьшение удельного расхода топлива на 9,0-10,0%. При этом на самом участке нагрева заготовок как правило не требуется проведение дополнительных технических или организационных мероприятий. Производство проката характеризуется высокой энергоемкостью и потреблением практически всех видов топливо-энергетических ресурсов.

Основным фактором, определяющим выбор температуры нагрева заготовок под прокатку, является необходимость получения заданной структуры металла, обеспечивающей соответствующие служебные свойства готового проката. В то же время снижение температуры нагрева исходных заготовок ограничивается возможностями прокатного стана, так как приводит к повышению механических и электрических нагрузок на весь прокатный стан. Кроме того, из-за неоднозначности изменения температуры конца прокатки при снижении температуры нагрева заготовок на действующих прокатных станах усложняется управление температурным режимом прокатки, что весьма существенно при термической обработке готового проката в потоке стана.

Пропускная способность участков нагрева заготовок под прокатку позволяет реализовать энергоэкономные технологии, в частности технологии прокатки с пониженными температурами нагрева исходных заготовок и низкотемпературной прокатки. Энергозатраты в нагревательных печах и прокатных станах определяется путем совместной оптимизации работы этих участков.

Элементы конструкции печных агрегатов, определяющие уровень энергоэффективности их работы

Уровень энергоэффективности печного агрегата определяется не только выбором рациональных технологических параметров, но и в значительной мере зависит от используемых конструктивных решений.

Некоторая часть энергии топлива теряется на потери аккумуляцией, теплопроводностью через ограждающую конструкцию, с охлаждающей средой. Величина потерь через ограждающую конструкцию зависит от установленного внутри печи температурного уровня, характера работы агрегата во времени, однако в наибольшей мере она зависит от теплоизоляционных характеристик элементов ограждающей конструкции.

В отечественной промышленности вплоть до последнего времени традиционно ограждающая конструкция состояла из двух слоев:

  • огнеупорного, выполненного из плотного кирпича, как правило, шамотного (среднее значение коэффициента теплопроводности 1 Вт/(м·К));
  • теплоизоляционного, выполненного из пористого кирпича (среднее значение коэффициента теплопроводности 0,4-0,6 Вт/(м·К)).

В последнее время усиливается тенденция использования керамоволокнистых материалов для изоляции тех участков ограждающей конструкции, которые не испытывают значительных механических нагрузок (футеровка свода и стен агрегатов). Керамоволокнистые материалы имеют плотность 100-200 кг/м 3 и коэффициент теплопроводности 0,05-0,2 Вт/(м·К). Огнеупорность керамоволокнистых материалов несколько меньше, чем для традиционно используемых плотных кирпичей. Однако этот показатель их работы постоянно совершенствуется. Керамоволокнистые материалы могут использоваться как для тепловой изоляции элементов создаваемых печных агрегатов, так и для реконструкции существующего печного оборудования путем добавления на внутреннюю поверхность имеющейся футеровки.

Продукты сгорания, покидающие камеру печи, уносят значительную часть энергии топлива. Для повышения эффективности печей традиционно используют теплообменные устройства (рекуператоры или регенераторы), позволяющие использовать часть тепла уходящих продуктов сгорания для нагрева воздуха, идущего на сжигание топлива.

Основное топливо для печей. Свойства характеристических функций

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теплотехника — наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека.

Для установления наиболее рациональных способов ее использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники. Различают два принципиально различных направления использования теплоты — энергетическое и технологическое.

При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания.

При технологическом — теплота используется для направленного изменения свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических свойств). Количество производимых и потребляемых энергоресурсов огромно.

Теплотехника является общетехнической дисциплиной при подготовке специалистов технических специальностей и состоит из трех взаимосвязанных предметов: технической термодинамики, основ теории теплообмена, в которых исследуются законы превращения и свойства тепловой энергии и процессы распространения теплоты.

Задача курса теплотехники заключается в подготовке инженера-химика-технолога, владеющего навыками грамотного руководства проектированием и эксплуатацией современного химического производства, представляющего собой совокупность технологических и тепловых процессов и соответствующего технологического и теплоэнергетического оборудования. Эта подготовка будет способствовать успешному выполнению указанных выше задач выпускниками химико-технологических вузов. Значение такой подготовки будет расти по мере вовлечения атомной, термоядерной и возобновляемых видов энергии в ряд практически значимых и эффективных, ибо, по известному выражению, никакой вид энергии не обходится так дорого, как его недостаток.

газовый парциальный газотурбинный конвективный

Теоретический вопрос № 1

Понятие газовой смеси. Парциальное давление. Закон Дальтона. Парциальный объем. Закон Амага. Способы задания газовых смесей. Пожарная опасность смесей горючих с воздухом

Газовая смесь — это смесь нескольких идеальных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Примерами газовой смеси могут служить: атмосферный воздух который состоит из смеси, преимущественно, азота и кислорода; природный газ; выхлопной газ двигателей внутреннего сгорания (ДВС), который содержит СО 2 , СО, N 2 , NO 2 , O 2 и другие газы, влажный воздух(водяной пар) в сушильных установках и т. п.

Главный принцип, определяющий свойства газовой смеси, принцип независимости действия газов в смеси, то есть каждый газ в смеси действует независимо от других газов, не меняет своих свойств и подчиняется всем газовым законам. Кроме того, каждый газ занимает весь объем смеси и все газы в смеси имеют одинаковую температуру, а свойства смеси газов складываются из свойств всех ее компонентов.

Из этого следует, что газовые смеси подчиняются тем же законам и уравнениям, что и однородные идеальные газы. Основным законом, определяющим поведение газовой смеси, является закон Дальтона: полное давление газовой смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений всех входящих в нее компонентов:

Р см = р 1 + р 2 + … + р n =

где Р см — давление газовой смеси; Р 1 , Р 2 , Р n — парциальные давления компонентов смеси.

Каждый компонент смеси, занимая весь объем смеси, находится под своим парциальным давлением. Но если этот компонент поместить под давлением Р см при той же температуре смеси T см, то он займет объем меньший (V i), чем объем смеси V см). Этот объем Vi называют приведенным или парциальным.

Парциальное давление вычисляется по уравнению состояния данного компонента:

Для сравнения газов входящих в смесь по объему вводится понятие парциального объема.

Парциальным (приведенным) объемом данного компонента называется условный объем, который имел бы данный компонент, если он один находился при температуре и давлении смеси. Зависимость между объемом газовой смеси и парциальными объемами отдельных газов в смеси отражает закон Амага (закон аддитивности): общий объем газовой смеси равен сумме парциальных объемов ее компонентов:

V см = V 1 + V 2 +. + V n = .

Для вычисления парциального объема запишем два уравнения состояния для какого-либо газа, входящего в смесь:

первое — когда газ, имеющий парциальное давление Р 1 , занимает весь объем смеси V см имеет температуру смеси T см :

Р 1 V см =m 1 ·R 1 ·T см;

второе — когда газ имеет приведенный объем V i при давлении Р см и температуре смеси T см:

Р см V 1 =m 1 ·R 1 ·T см .

Разделив первое уравнение на второе, получим уравнения состояния компонента

где Р см и V см — давление и объем смеси; Р i и V i — давление и объем i компонента.

Отсюда выразим парциальный объем компонента:

Свойства газовой смеси зависят от ее состава, который может быть задан массовыми, объёмными и мольными долями.

Массовой долей компонента смеси g i называется величина, равная отношению массы компонента к массе всей смеси:

где m i — масса данного компонента; m см — масса всей смеси, содержащая n компонентов.

Так как масса смеси m равна сумме масс всех компонентов:

то сумма массовых долей равна:

Зная массовые доли отдельных газов, входящих в смесь, можно определить их парциальные давления

Массовые доли часто задаются в процентах. Например, для сухого воздуха: g(N 2) = 77%; g(О 2) = 23%.

Объемной долей компонента смеси r i называется величина, равная отношению парциального объема компонента к объему смеси:

где V i — парциальный объем данного компонента; V см — объем всей смеси.

Поскольку объем смеси равен сумме парциальных объемов компонентов, то сумма объемных долей равна: .

Объемные доли задаются в процентах. Например, для воздуха: r(N 2) = 79%; r(О 2) = 21%.

Мольной долей компонента смеси х i называется величина, равная отношению числа молей этого компонента к общему числу молей смеси:

Так как общее число молей смеси равно сумме чисел молей каждого компонента, очевидно, что:

В соответствии с законом Авогадро объемы моля любого газа при одинаковых давлении и температуре, в частности при температуре и давлении смеси, в идеально газовом состоянии одинаковы. Поэтому приведенный объем любого компонента может быть вычислен как произведение объема моля V м на число молей этого компонента, т.е. V i = V м N , а объем смеси — по формуле V = V м N .

следовательно, задание газов, входящих в смесь, мольными долями равно заданию их объемными долями.

Соотношение между массовой и мольной долей можно найти из уравнения:

В итоге имеем следующие соотношения:

В полученных уравнениях М СМ — средний (кажущийся) молекулярный вес данной газовой смеси, т.е. молекулярный вес такого условного однородного газа, который по своим свойствам аналогичен данной газовой смеси.

Исходя из этого, величина М СМ определяется по составу смеси следующим образом:

Так как соотношение:

Складывая зависимости для величины g i по всем компонентам газовой смеси, имеем:

После преобразований получим:

Уравнение состояния для газовой смеси может быть принято по следующим соображениям. Из принципа независимости следует, что если каждый газ в смеси независимо от других подчиняет уравнению состояния, то и вся смесь может рассматриваться, как один однородный газ со своими особыми свойствами, который так же подчиняется уравнению состояния, т.е.

где R CM — средняя кажущаяся газовая постоянная смеси, определяемая на основе среднего молекулярного веса смеси:

Величина R CM может быть также найдена по составу смеси после подстановки зависимостей для М СМ :

Суммируя по всем компонентам, получим:

Сумма в левой части уравнения равна объему смеси. Поделив обе части уравнения на массу смеси m получим

Сумма в правой части уравнения представляет собой газовую постоянную смеси:

Некоторые газы и пары в определенной смеси с воздухом взрывоопасны. Пожарная опасность газовых смесей определяется концентрацией горючих газов, паров или пылей в смеси. На нижнем концентрационном пределе воспламенения (НКПВ) в смеси небольшое количество горючего и избыток воздуха. По мере повышения концентрации горючего в смеси появляется недостаток воздуха, что приводит к потере способности воспламенения.

Взрыв смеси может произойти только при определенных соотношениях горючих газов, входящих в смесь, с воздухом или кислородом, характеризуемых нижним и верхним пределами взрываемости. При выборе состава смеси учитывают границы взрываемости. Например, метано-воздушная смесь взрывоопасна при содержании 5,3—14,9% СН 4 , а аммиачно-воздушная смесь — при содержании 14,0—27% NН 3 . Таким образом, применяемая в производстве газовая смесь, содержащая 12—13% СН 4 и 11—12% МН 3 , в воздухе взрывобезопасна. Однако такая исходная смесь находится близко к пределам взрываемости, и для предупреждения возможного нарушения состава предусматривают автоматическое регулирование соотношения газов. Для полной безопасности к исходной смеси добавляют азот.

Теоретический вопрос № 2

Циклы газотурбинных установок

Газотурбинными установками (ГТУ) называются теплоэнергетические устройства, в которых рабочим телом служат газообразные продукты сгорания топлива (или другие газы, нагретые тем или иным способом), а рабочим двигателем является газовая турбина. ГТУ относятся к числу двигателей внутреннего сгорания. Они отличаются от поршневых двигателей внутреннего сгорания тем, что полезная работа производится в них за счет кинетической энергии движущегося с большой скоростью газа.

Газотурбинные установки обладают по сравнению с поршневыми двигателями рядом технико-экономических преимуществ, а именно:

Меньшим весом и малыми габаритами установки при большой мощности;

Отсутствием кривошипного -шатунного механизма;

Равномерностью хода и возможностью непосредственного соединения с потребителями работы — электрическими генераторами, центробежными компрессорами и т.д.;

Осуществлением цикла с полным расширением и тем самым с большим термическим КПД;

Возможностью применения дешевых сортов топлива (керосин).

Эти преимущества ГТУ способствовали их распространению во многих областях техники.

Конструкция первой газовой турбины была разработана инженером-механиком русского флота П.Д. Кузьминским в 1897 г. Она предназначалась для небольшого катера. Отличительной особенностью этой турбины являлась ее работа с водяным паром, который впрыскивался в камеру сгорания для понижения температуры газов перед турбиной.

Широкое распространение ГТУ стало возможным лишь после решения двух основных проблем: создания газового компрессора с высоким КПД (турбокомпрессора) и получения новых жаропрочных сплавов металла, способных длительно работать при температурах 650 — 750 ?С и выше.

В основе работы ГТУ лежат идеальные циклы, состоящие из простейших термодинамических процессов. Термодинамическое изучение этих циклов базируется на предположениях аналогичных циклам ДВС, а именно: циклы обратимы, подвод теплоты происходит без изменения химического состава рабочего тела цикла, отвод теплоты предполагается обратимым, гидравлические и тепловые потери отсутствуют, рабочее тело представляет собой идеальный газ с постоянной теплоемкостью. В отличие от поршневых ДВС, где процессы сжатия, подвода теплоты и расширения осуществляются в одном и том же цилиндре, в газотурбинных установках эти процессы происходят в различных элементах установки, в которые последовательно попадает поток рабочего тела. ГТУ могут работать со сгоранием топлива при постоянном давлении и при постоянном объеме. Соответствующие им идеальные циклы делят на циклы:

С подводом тепла при постоянном давлении (Р = const ) — цикл Брайтона;

С подводом тепла при постоянном объеме (v = const) — цикл Гемфри;.

Цикл с регенерацией теплоты.

Наибольшее практическое применение получил цикл с подводом тепла при постоянном давлении.

p = const (цикл Брайтона)

Принципиальная схема газотурбинной установки, в которой сгорание топлива происходит при постоянном давлении, приведена на рис.1, а осуществляемый в ней обратимый цикл представлен в pv и Ts — диаграммах на рис.1.1. В этой установке атмосферный воздух из окружающей среды, имеющий давление р 1 и температуру Т 1 , поступает на вход компрессора(1), вращающегося на одном валу с газовой турбиной (4). В компрессоре воздух адиабатно сжимается (1-2 ) до давления р 2 , при котором подается в камеру сгорания(3), куда поступает газообразное или жидкое топливо. Здесь при постоянном давлении происходит сгорание топлива при р= idem (2-3 ), вследствие чего температура получившихся газообразных продуктов сгорания повышается до значения Т 3 . При этой температуре и давлении р 3 = р 2 газ поступает в турбину (4), где при адиабатном расширении (3-4 ) до атмосферного давления р 1 совершает работу, одна часть которой затрачивается на привод компрессора, а другая — на привод генератора, вырабатывающего электроэнергию. Из турбины (4) газ при давлении р 4 =р 1 выбрасывается в окружающую атмосферу(4-1 ), а в компрессор забирается из атмосферы новый чистый воздух.

В качестве определяющих параметров идеального цикла принимаются:

Степень повышения давления воздуха или (степень сжатия) ;

Степень предварительного расширения.

Основным термодинамическим показателем эффективности цикла является его термический КПД

а количество отводимого тепла — по формуле

Тогда, термический КПД цикла

Его обычно выражают как функцию степени повышения давления у. Для адиабаты 1 — 2 имеем:

Для изобары 2 — 3

Для адиабаты 3 — 4

Подставляя полученные значения температур Т 2 , Т 3 и Т 4 в уравнение термического КПД, получим

Из формулы следует, что термический КПД ГТУ с подводом тепла при постоянном давлении зависит от степени повышения давления у и показателя адиабаты k, возрастая с увеличением этих величин.

С учетом зависимости

Следовательно, для одного и того же рабочего тела повышение степени

сжатия всегда приводит к росту КПД.

Несмотря на то, что увеличение степени повышения давления воздуха благоприятно сказывается на экономичности газотурбинной установки, повышение этой величины приводит к увеличению температуры газов перед рабочими лопатками турбины. Величины этой температуры лимитируются жаропрочностью сплавов, из которых изготовлены лопатки. В настоящее время максимально допустимая температура газов перед турбиной составляет 800 — 1000° С и дальнейшее повышение температуры может быть достигнуто только при применении новых жаропрочных материалов и внедрении конструкций турбин с охлаждаемыми лопатками.

Схема и цикл ГТУ с подводом теплоты при V = const (цикл Гемфри)

В газотурбинной установке, работающей по циклу с подводом теплоты при постоянном объеме(V=const), процесс сгорания топлива происходит при закрытых впускных и выпускных клапанах, установленных в камере сгорания. Компрессор 1, приводимый в движение турбиной 6, подает сжатый воздух в камеру сгорания 4 через управляемый клапан 7. Второй клапан 5 находится в конце камеры сгорания и предназначен для выхода продуктов сгорания на турбину. Топливо в камеру сгорания подается насосом 2, находящимся на валу турбины, через форсунку. Подача топлива должна осуществляться периодически топливным клапаном 3.

При увеличении давления клапан 5 открывается, и продукты сгорания поступают в сопловой аппарат и на лопатки турбины 6. При прохождении через лопатки турбины газ совершает работу и выбрасывается в окружающую среду.

Цикл этой установки состоит из адиабатного сжатия в компрессоре (а-с ); подвода теплоты при v = const (c-z ); адиабатного расширения газа в турбине (z-e ); изобарной отдачи газом теплоты окружающему воздуху (е-а ). Термодинамический цикл в координатах pv и Ts представлен на рисунке 2.1. Основными параметрами цикла являются:

Степень повышения давления в компрессоре;

Степень изохорного повышения давления.

КПД цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме определится как:

Параметры газа в характерных точках цикла определяются через начальную температуру Та из соотношений:

Подставляя эти выражения для температур в формулу термического КПД, получим:

Таким образом, значение КПД в ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме зависит от степени повышения давления в компрессоре и от степени повышения давления в камере сгорания, зависящего от количества подводимой теплоты (q 1 ) в изохорном процессе.

Удельная работа за цикл определяется:

Сравнения между собой циклы с подводом теплоты при p=const и v = const видно, что при одной и той же степени повышения давления и одинаковом отводимом количестве теплоты цикл с подводом теплоты при постоянном объеме выгоднее цикла с подводом теплоты при постоянном давлении. Это объясняется большей степенью расширения в цикле v = const , а следовательно, и большими значениями термического КПД. Несмотря на это преимущество, цикл с подводом теплоты при постоянном объеме широкого применения в практике не нашел в связи с усложнением конструкции камеры сгорания и ухудшением работы турбины в пульсирующем потоке газа, хотя работы по совершенствованию этого цикла продолжаются.

Из-за сложной конструкции камеры сгорания цикл ГТУ с изохорным подводом теплоты применяется крайне редко даже несмотря на то, что имеет повышенный КПД по сравнению с циклом Брайтона.

Цикл ГТУ с регенерацией теплоты

Одной из мер повышения термического КПД ГТУ является применение регенерации тепла. Регенерация тепла заключается в использовании тепла отработавших газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания. Регенерация теплоты возможна при условии, что Т 4 >Т 2 . Для этого в схему установки вводят дополнительное устройство — теплообменник.

Схема газотурбинной установки со сгоранием при Р = const с регенерацией тепла представлена на рисунке 3. Отличие газотурбинной установки с регенерацией тепла от установки без регенерации состоит в том, что сжатый воздух поступает из компрессора 1 не сразу в камеру сгорания 4, а предварительно проходит через воздушный регенератор — теплообменник 3, в котором он подогревается за счет тепла отработавших газов. Соответственно газы, выходящие из турбины, перед выходом их в атмосферу проходят через воздушный регенератор, где они охлаждаются, подогревая сжатый воздух. Таким образом, определенная часть тепла, ранее уносившаяся отработавшими газами в атмосферу, теперь полезно используется.

Цикл газотурбинной установки с регенерацией и с изобарным подводом тепла в P,v — и T,s — диаграммах изображен на рисунке 1.

Рис. 1 Тепловая диаграмма ГТУ с регенерацией теплоты

Рассматриваемый цикл состоит из адиабатного процесса сжатия воздуха в компрессоре 1 — 2, процесса 2 — 5, представляющего собой изобарный подогрев воздуха в регенераторе, изобарного процесса 5 — 3, соответствующего подводу тепла в камере сгорания за счет сгорания топлива, процесса адиабатного расширении газов 3 — 4 в турбине, изобарного охлаждения выхлопных газов в регенераторе 4 — 1.

Количество тепла, подводимое к рабочему телу в изобарном процессе

а отводимое в изобарном процессе

Подставляя q 1 и |q 2 | в общее соотношение

Температуры в основных точках цикла определяются:

Термический КПД цикла ГТУ с подводом тепла при Р = const и полной регенерацией зависит от начальной температуры Т 1 и температуры в конце адиабатного расширения Т 4 .

В реальных условиях теплота регенерации передается не полностью, так как теплообменники не идеальные. Термический КПД цикла будет зависеть от степени регенерации. Степень регенерации — это отношение количества теплота, переданного воздуху, полученного сжатым воздухом в регенераторе, к тому количеству тепла, которое он мог бы получить, будучи нагрет от Т 2 до Т 5 = Т 4 на выходе из газовой турбины.

Термический КПД цикла ГТУ с неполной регенерацией, т.е. при r 10000) используют следующее уравнение:

где е l — поправочный множитель, учитывающий влияние начального участка потока на коэффициент теплообмена в трубе.

Определяющей температурой является средняя температура жидкости или газа. Характерным размером l является: для круглой трубы — внутренний диаметр трубы d; для трубы произвольной формы — эквивалентный диаметр d экв

F — площадь поперечного сечения канала, м 2 ;

П — полный периметр сечения, независимо от того, какая часть этого периметра участвует в теплообмене, м.

Для газов формула упрощается, т.к. в этом случае критерий Pr является практически постоянной величиной, не зависящей от температуры, Pr = 0,67…1,0 (определяется количеством атомов в молекуле): .

При теплообмене в изогнутых трубах (змеевиках) вследствие центробежного эффекта в поперечном сечении трубы возникает вторичная циркуляция, наличие которой приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. Поэтому коэффициент теплоотдачи следует умножить на поправочный коэффициент е зм:

где d — диаметр трубы, м; D — диаметр спирали змеевика, м.

В случае ламинарного течения жидкости (Re закона парциальных давлений газов

Закон Дальтона Парциальное давление каждого газа, входящего в состав смеси, это давление, которое создавалось бы той же массой данного газа, если он будет занимать весь объем смеси при той же температуре.

Закон Дальтона устанавливает, что давление смеси (идеальных) газов составляет сумму парциальных давлений компонент смеси (парциальное давление компоненты – это давление, которое компонента оказала бы, если бы она одна занимала все пространство, занятое смесью). Этот закон указывает, что на каждую компоненту не воздействует присутствие других компонент и свойства компоненты в смеси не меняются.

Два закона Дальтона

Закон 1 Давление смеси газов равно сумме их парциальных давлений. Из этого следует, что парциальное давление компонента газовой смеси равно произведению давления смеси на молярную долю этого компонента.

Закон 2 Растворимость компонента газовой смеси в данной жидкости при постоянной температуре пропорциональна парциальному давлению этого компонента и не зависит от давления смеси и природы других компонентов.

Законы сформулированы Дж. Дальтоном соотв. в 1801 и 1803.

Уравнение закона Дальтона

Как уже отмечалось, отдельные компоненты смеси газов считаются независимыми. Поэтому каждая компонента создает давление:

[ p = p_i k T quad left(1right), ]

а полное давление равно сумме давлений компонент:

[ p = p_ <01>k T + p_ <02>k T + cdots + p_ k T = p_ <01>+ p_ <02>+ cdots + p_ quad left(2right),]

где (p_i ) — парциальное давление i газовой компоненты. Это уравнение — закон Дальтона.

При больших концентрациях, больших давлениях закон Дальтона не выполняется в точности. Так как проявляется взаимодействие между компонентами смеси. Компоненты перестают быть независимыми. Дальтон объяснил свой закон с помощью атомистической гипотезы.

Пусть имеется i компонент в смеси газов, тогда уравнение Менделеева — Клайперона будет иметь вид:

где (m_i ) — массы компонент смеси газа, (_i ) — молярные массы компонент смеси газа.

Если ввести (leftlangle mu rightrangle ) такую, что:

то уравнение (3) запишем в виде:

Закон Дальтона можно записать в виде:

[ p_i=x_ip quad left(7right), ]

где (x_i-молярная концентрация i-го ) газа в смеси, при этом:

где (_i ) — количество молей (i-го ) газа в смеси.

В вашем браузере отключен Javascript.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!

1. Основные виды ресурсов.

Основные составляющие жидкого топлива

Топливо – источник получения энергии; горючее вещество, вырабатывающее при сгорании значительное количество теплоты.

По агрегатному состоянию выделяют твердое, жидкое и газообразное топливо.

К твердому естественному топливу относят дрова, бурые и каменные угли, торф, антрацит; к твердому искусственному топливу – кокс, древесный уголь, брикеты и пыль из бурого и каменного углей, термоантрацит. Естественного жидкого топлива нет. В качестве искусственного жидкого топлива используют различные смолы и мазут. Газообразное топливо может быть естественным, таким как природный газ. В качестве искусственного газообразного топлива применяют газы, получаемые в коксовых печах (коксовые), в доменных печах (доменные или колошниковые) и в газогенераторах (генераторные).

Жидкие топлива – это в основном вещества органического происхождения, основные составляющие элементы которых – углерод, водород, кислород, азот и сера.

Углерод (С) – основной носитель теплоты. При сгорании 1 кг углерода выделяется 34 000 кДж теплоты. Углерод может содержаться в мазуте до 85%, образуя соединения.

Водород (Н) – второй наиболее важный элемент топлива: при сгорании 1 кг водорода выделяется около 125 000 кДж теплоты. Содержание водорода в жидких топливах составляет 10%.

В состав жидкого топлива входят также влага (W) и до 0,5% золы (А).

Азот (N) и кислород (О) входят в состав сложных органических кислот и фенолов, содержатся в топливе в небольших количествах (около 3%).

Сера (S) при сгорании выделяет большое количество теплоты, однако сернистые соединения при взаимодействии с расплавленными или нагреваемыми металлами ухудшают их качество: продукты горения, содержащие сернистые соединения, повышают коррозию металлических деталей печей, сталь, насыщенная серой, обладает повышенной красноломкостью. Сера обычно входит в состав углеводородов (до 4% и более).

Состав рабочего топлива:

C p + H p + O p + N p + S p + А p = 100 %.

Высушенное топливо, не имеющее влаги, называют сухой массой (с):

C с + H с + O c + N с + S c + А с = 100%. Органическую массу топлива, содержащую серу, называют горючей массой (г):

С г + Н г + О г + N г + S г = 100.

2. Основные составляющие газообразного топлива

Газообразные топлива – это в основном смесь различных газов, таких как метан, этилен, и других углеводородов. Также в состав газообразного топлива входят оксид углерода, диоксид углерода или углекислого газа, азот, водород, сероводород, кислород и другие газы, а также водяные пары.

Природный газ добывают из чисто газовых месторождений или вместе с нефтью (попутный газ). В первом случае основной горючей составляющей является метан, содержание которого может доходить до 95– 98%. Попутные газы, помимо метана, содержат значительные количества других углеводородов: этан (С2Н6), пропан (С 3 Н 8), бутан (С 4 Н 10), пентан (С 5 Н 12) и др. Попутные газы имеют высокую теплоту сгорания, но в качестве топлива их используют редко. Их применяют в основном в химической промышленности.

С помощью приборов, называемых газоанализаторами, определяют состав газообразного топлива.

В состав сухого газообразного топлива входят:

CH 4 + C 2 H 4 + CO 2 + H 2 + H 2 S + C m H n + N 2 + O 2 +… = 100.

Метан (СН4) – основная составляющая часть многих природных газов. При сгорании 1 м 3 метана выделяется 35 800 кДж теплоты. Метана в природных газах может содержаться до 93-98%.

Этилен (С2Н4) – при сгорании 1 м 3 этилена выделяется 59 000 кДжтеплоты. В газах может содержаться небольшое его количество.

Водород (Н 2) – при сгорании 1 м 3 водорода выделяется 10 800 кДж теплоты. Многие горючие газы, кроме коксового, содержат относительно небольшое количество водорода. Однако в коксовом газе его содержание может достигнуть 50-60%.

Пропан (С 3 Н 8), бутан (С 4 Н 10) – при горении этих углеводородов выделяется большее количество теплоты, чем при сгорании этилена, но в горючих газах их содержание незначительно.

Оксид углерода (СО) – при сгорании 1 м 3 этого газа выделяется 1 2 770 кДж теплоты. Оксид углерода – основная горючая составляющая доменного газа. Этот газ не имеет ни цвета, ни запаха, очень ядовит.

Сероводород (H 2 S) – при горении 1 м 3 сероводорода выделяется 23 400 кДж теплоты. При наличии в газообразном топливе сероводорода повышается коррозия металлических частей печи и газопровода. При одновременном присутствии в газе кислорода и влаги коррозирующее воздействие сероводорода усиливается. Сероводород – тяжелый газ с неприятным запахом, обладает высокой токсичностью.

Остальные газы (СО 2 , N 2 , О 2) и пары воды – балластные составляющие. Их присутствие в топливе приводит к понижению температуры его горения. При повышении содержания этих газов снижается содержание горючих составляющих. Содержание в топливе более 0,5% свободного кислорода считается опасным по условиям техники безопасности.

3. Теплота сгорания топлива

Теплота сгорания топлива – это то количество теплоты Q (кДж), которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или 1 м 3 газообразного топлива.

В зависимости от агрегатного состояния влаги в продуктах сгорания имеет место разделение на высшую и низшую теплоту сгорания.

Влага в продуктах сгорания жидкого топлива образуется при горении горючей массы водорода Н, а также при испарении начальной влаги топлива w. В продукты сгорания попадает также и влага воздуха, использованного для горения. Однако ее обычно не учитывают. При содержании в топливе водорода с горючей массой Н р кг при горении образуется 9Н Р кг влаги. При этом в продуктах сгорания содержится (9Н Р + W P) кг влаги. На превращение 1 кг влаги в парообразное состояние затрачивается около 2500 кДж теплоты. Теплота, затраченная на испарение влаги, не будет использована, если конденсации паров воды не произойдет. В этом случае получим низшую теплоту сгорания.

Q p H =Q p B -25(Н p +W p).

Теплоту сгорания определяют двумя методами: экспериментальным и расчетным.

При экспериментальном определении теплоты сгорания применяют калориметры.

Методика определения: навеску топлива сжигают в приборе (калориметре), теплота, выделяющаяся при горении топлива, поглощается водой. Зная массу воды, по изменению ее температуры можно вычислить теплоту сгорания. Этот метод хорош тем, что прост. Для определения теплоты сгорания достаточно иметь данные технического анализа.

Расчетный метод. Здесь теплоту сгорания определяют по формуле Д. И. Менделеева:

Q p H = 339С p +1030Н p -109(О p -S p) – 25 W p кДж/ кг,

где С р, Н р, О р, S p и W р соответствуют содержание углерода, водорода, кислорода, серы и влаги в рабочем топливе, %.

Условное топливо – это понятие, которое используют для нормирования и учета расхода топлива.

Условным принято называть топливо с низшей теплотой сгорания (29 310 кДж/кг). Для перевода любого топлива в условное следует разделить его теплоту сгорания на 29 310 кДж/кг, т. е. найти эквивалент данного топлива: для мазута он равен 1,37-1,43, для природных газов – 1,2-1,4.

4. Основное топливо для печей

Мазут является продуктом переработки нефти, его используют для розжига печей. Теплота сгорания мазута равна 39-42 МДж/кг. Примерный состав мазута: 85-80% С; 10-12,5% Н Р; 0,5-1,0% (О Р + N P); 0,4– 2,5% S P ; 0,1-0,2% А Р; 2% W P . Содержание влаги в мазуте не должно превышать 2% при отправлении с нефтеперегонного завода. В мазуте также содержится сера, в зависимости от процентного содержания которой мазут подразделяют на малосернистый ( 1% Sp).

Мазут подразделяют также по содержанию парафина и способу переработки нефти. Бывает мазут прямой перегонки (маловязкий) и крекинг-мазут, обладающий повышенной вязкостью. В зависимости от вязкости мазут классифицируют по маркам. Номер марки мазута показывает условную вязкость при температуре 50 o С (ВУ50). Вязкость определяют с помощью приборов – вискозиметров. За условную вязкость принимают отношение времени истечения 200 см 3 нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения такого же объема воды, имеющей температуру 20 o С. В связи с этим показателем мазут подразделяют на марки 40, 100, 200 и МП (мазут для мартеновских печей).

С увеличением номера марки мазута увеличивается его плотность, которая составляет 0,95-1,05 г/см 3 при 20 o С; при повышении температуры плотность уменьшается.

При подготовке мазута к сжиганию необходимо учитывать его плотность и марку. Подготовка заключается в отстое и фильтрации мазута для отделения воды и механических примесей (глины, песка и т. п.), которая проходит при повышенной температуре, в результате чего происходит отделение мазута от воды: вязкость и плотность мазута при нагреве уменьшаются, вследствие чего он всплывает вверх. Внизу емкости скапливается влага, вверху – обезвоженный мазут.

При сливе из железнодорожных цистерн, при подаче по трубопроводам из заводских и цеховых емкостей к печам, а также при распылении форсунками (мазут обычно сжигают в распыленном состоянии) большое значение имеет вязкость мазута. На перекачку и распыление мазута затрачивается тем меньше энергии, чем ниже его вязкость. Следовательно, чем выше температура, тем ниже вязкость. Температуру выбирают по графикам вязкости, исходя из обеспечения условной вязкости мазута 5-10 ед.

Температуру вспышки мазута, т. е. температуру нагрева, при достижении которой начинается интенсивное выделение летучих составляющих, способных загораться от искры или пламени, необходимо учитывать при разогреве. Температура вспышки обычно изменяется в пределах 80-190 о С. И не следует путать температуру вспышки и температуру воспламенения, под которой понимают температуру нагрева, при достижении которой (температура воспламенения мазута 530-600 o С, газов – 500-700 o С) мазут самопроизвольно воспламеняется и при благоприятных условиях продолжает гореть.

5. Основные положения теории горения

Горением называют процесс быстрого химического соединения горючих элементов топлива с окислителем (обычно с кислородом воздуха), сопровождающийся выделением теплоты и света.

Факел – один из видов пламени, который образуется при струйной подаче топлива и воздуха в печь. В факеле, который имеет конкретные формы и размеры, происходят единовременно процессы непосредственно горения, подогрева смеси до температуры воспламенения и перемешивания.

В теории горения различают гомогенное и гетерогенное горение. Гомогенное горение происходит в объеме, а гетерогенное горение – на поверхности капелек, а затем, после испарения летучих составляющих – на сажистых частицах. Чем меньше размер частиц жидкого топлива, тем больше будет удельная поверхность взаимодействия жидкой фазы с газовой. Поэтому распыление жидкого топлива позволяет сжечь больше топлива в единице объема, т. е. интенсифицировать горение.

Гомогенное горение может происходить в двух случаях, которые называются кинетическим и диффузионным. В кинетическом случае в зону горения (скажем, в рабочее пространство печи) подают заранее подготовленную топливно-воздушную смесь. Главная часть процесса – это непосредственный прогрев смеси и окисление горючих составляющих топлива и горение. При этом факел становится коротким и высокотемпературным. Предварительный подогрев смеси или обогащение воздуха кислородом ускоряют процесс горения: подогрев практически всех газовоздушных смесей до 500 °С способствует увеличению скорости горения почти в 10 раз.

Но температура предварительного подогрева смеси не должна превышать температуры ее воспламенения. При диффузионном горении процессы прогрева, смешения смеси и горения осуществляются в факеле одновременно. Наиболее медленная стадия – встречная диффузия молекул микро– и макрообъемов газа и воздуха, другими словами – смесеобразование. Поэтому факел будет длиннее, чем в первом случае. В стремлении сократить длину факела производят дробление газового и воздушного потоков на отдельные струйки. Также уменьшить факел помогает увеличение скоростей струй и направление потоков газа и воздуха под углом друг к другу и т. д.

Воспламенение смеси горючего газа и воздуха возможно только при их определенном соотношении. Их предельные соотношенияназывают концентрационными пределами. Различают нижний и верхний пределы, определяемые предельным содержанием горючего газа в смеси, %. Для водорода пределы имеют значения 4,1 – 75; оксида углерода – 12,5-75; метана – 5,3-14; коксового газа – 5,6-30,4, а для природного газа – 4-13.

В теплотехнике часто используют понятие теплового напряжения, под которым подразумевают количество теплоты, выделяющееся при сжигании топлива в единицу времени, отнесенное к 1 м 3 топки или рабочего пространства печи. Для жидкого топлива оно доходит до 600 кВт/м 3 , а для газообразного – вдвое больше.

6. Аналитический расчет горения топлива

Для расчетов используют следующие соотношения и величины:

1) отношение объемного содержания азота к кислороду в обычном воздухе, не обогащенном кислородом, k = 3,76;

2) молекулярную массу химических элементов (для водорода она приближенно равна 2, для азота – 28, кислорода и серы – 32 кг/моль);

3) объемы воздуха и продуктов горения при нормаль-ныхусловиях (температура 0 °С, давление 101,3 кПа).

Рассмотрим состав жидкого топлива:

С P + Н P + О P + N P + S p + А р + W p = 100.

Горючими составляющими являются углерод, водород и сера. При использовании сухого воздуха реакции полного горения составляющих имеют вид:

С + О 2 + kN 2 =CO 2 + kN 2 + Q 1 ;

2H 2 + O 2 + kN 2 =2H 2 O + kN 2 + Q 2 ;

S + O 2 + kN 2 = SO 2 + kN 2 +Q 3 .

При горении 1 моля углерода и серы расходуется по 1 молю кислорода. При горении 2 молей водорода расходуется также 1 моль кислорода. С каждым молем кислорода в печь вносится k молей азота. Азот переходит в продукты горения. Поэтому, например, при горении 1 моля углерода получаются 1 моль углекислого газа и 3,76 моля азота. При горении углерода по этой реак ции выделяется количество теплоты Qt. При горении водорода образуется свой состав продуктов горения и выделяется иное количество теплоты.

На горение 1 моля углерода затрачивается 1 кмоль кислорода объемом 22,4 м 3 . Если надо рассчитать расход кислорода на 1 кг углерода, то объем 1 кмоля кислорода делят на молекулярную массу углерода, равную 12. Поэтому на 1 кг углерода расходуется 22,4 / 12 = = 1,867 м 3 /кг кислорода. Рассуждая аналогично, получим, что на горение 1 кг водорода затрачивается 22,4 / /(2 О2) = 5,5 м 3 кислорода (произведение в знаменателе означает, что в реакции горения принимают участие две молекулы водорода с молекулярной массой 2). На горение 1 кг серы расходуется 22,4 / 32 = 0,7 м 3 кислорода.

Отношение действительного расхода воздуха к теоретически необходимому расходу называют коэффициентом расхода воздуха:

? = L a /L 0 , или L a = ?L 0 ,

где L a и L 0 – действительный и теоретический расходы воздуха, м 3 /кг или м 3 /м 3 . Коэффициент расхода воздуха зависит от вида топлива, конструкции топливосжигающего устройства (горелки или форсунки) и температуры подогрева воздуха и газа.

7. Контроль коэффициента расхода воздуха

При недостатке воздуха или несовершенстве топли-восжигающих устройств горение может быть неполным.

Наличие в продуктах горения горючих составляющих (оксида углерода, водорода, метана или сажистого углерода) обусловливает химическую неполноту горения или, как чаще говорят, химический недожог топлива. Последний характеризуется потерями теплоты в процентах от низшей теплоты сгорания топлива.

Чем больше коэффициент расхода воздуха, тем полнее протекает процесс горения. Однако увеличение этого коэффициента приводит к повышенному расходу воздуха и значительным потерям теплоты с газами, уходящими из печи. Температура в печи снижается, что приводит к ухудшению теплоотдачи в рабочем пространстве и усиленному окислению металлов. Поэтому в практике эксплуатации печей стремятся к выбору оптимального коэффициента расхода воздуха a.

Контроль a осуществляют двумя методами. По одному из них измеряют расходы топлива и воздуха и с помощью заранее вычисленных таблиц определяют а.Од-нако этот метод не позволяет учесть воздух, попадающий в печь через рабочие окна и неплотности в кладке печей. Поэтому периодически коэффициент расхода воздуха проверяют по составу продуктов сгорания при помощи газоанализаторов. Химическим анализом определяют содержание в продуктах сгорания RO2, CO, Н2, СН4 и О2, а затем с помощью формулы С. Г. Тройба определяют a:

? = 1+ UO 2 изб / ?RO 2 .

Здесь O 2 изб = О 2 – 0,5СО – 0,5Н 2 – 2СН 4 – содержание избыточного кислорода.

RO 2 = RO 2 + CO + СН 4 +…,%;

U – коэффициент, зависящий от вида топлива.

Для мазута U= 0,74, для природного газа – 0,5.

Определить a, если RO 2 14%, СО 4%, СН 4 0,5%; Н 2 1%, О 2 2%.

O 2 изб = 2 – 0,5(4 + 1) – 2 О 0,5 = -1,5%;

RO 2 = 14 + 4 + 0,5 = 18,5%;

a = 1 – 0,5 О 1,5 / 18,5 = 0,96.

8. Использование энергии

Некоторые положения в области тепловой работы печей могут быть получены непосредственно из классической термодинамики обратимых процессов.

Под тепловой работой печи понимается совокупность происходящих в ней тепловых процессов, конечной целью которых является совершение того или иного технологического процесса.

Представим себе печь как сочетание зон технологического процесса ЗТП и генерации тепла ЗГТ, огражденных от окружающей среды кладкой (футеровкой) К. В зоне технологического процесса сосредоточен материал М. Согласно первому закону термодинамики может быть записано следующее уравнение:

Q э? K.И.Э =Q M + Q k

где Q э – введенная мощность, Вт/кг;

? K.И.Э – коэффициент использования энергии в пределах рабочего пространства печи;

Q M , Q k – соответственно мощность, усвоенная материалом М и кладкой К, Вт/кг.

Все величины в уравнении (1) отнесены к 1 кг массы материала М.

Коэффициент использования энергии ? K.И.Э зависит прежде всего от вида энергии. Так, электрическая энергия может полностью превращаться в тепло, усвоенное материалом (полезное) и кладкой, поэтому ? K.И.Э = 1. При использовании в печах химической энергии топлива коэффициент использования энергии ? K.И.Э всегда меньше единицы. В топливных печах этот коэффициент называют коэффициентом использования тепла ? K.И.Т Коэффициент характеризует важнейшее понятие о работоспособности энергии в конкретных условиях. В общем виде значение Ькиэ может быть записано следующим образом:

? K.И.Э = (Q эQ? э)/Q э =1 – Q? э /Q э,

где Q3 – мощность, которая в виде химического и физического тепла газовой фазы уходит за пределы рабочего пространства печи, Вт/кг.

Величина ? K.И.Э определяется, с одной стороны, полнотой сжигания топлива при данном коэффициенте расхода кислорода, т. е. быстротой смешиваний топлива и кислорода, и, значит, совершенством процессов мас-сообмена. С другой стороны, величина ? K.И.Э зависит от температуры уходящих из печи газов, т. е. от совершенства процессов теплообмена.

Работоспособность тепла и химической энергии зависит от заданных условий протекания технологического процесса и организации процессов тепло– и массопереноса и поэтому представляет собой величину, значение которой не может быть найдено с помощью термодинамики обратимых процессов, так как связано с кинетикой тепло– и массообмена.

9. Температурный и тепловой режимы

Внутренняя энергия системы слагается из кинетической и потенциальной энергий. Кинетическая энергия – энергия беспорядочного движения атомов и молекул, потенциальная энергия – энергия их взаимного притяжения и отталкивания.

В соответствии с кинетической теорией газов (закон Максвелла-Больцмана) термодинамическое понятие равновесной температуры для идеального газа может быть расшифровано с помощью уравнения:

T = 2NE n /3R = Nmw n 2 / 3R,

где Е п – энергия n частиц с массой m в узком диапазоне значений их скоростей;

N – число Авогадро;

R – газовая постоянная.

Эффективная температура представляет собой некоторую условную (приведенную) температуру греющей части печи, при которой обеспечивается такая же плотность теплового потока излучения на поверхность нагрева только от греющей части печи, какая в действительности имеется в рассматриваемой печи.

Действительные температуры пламени (нагревателя) и внутренней поверхности футеровки зависят от температуры поверхности нагрева и теплогенерации и в общем случае, кроме того, от месторасположения в печи и от времени. Изменение этих величин по длине печи и во времени Т = f (l, t) характеризует температурный режим печи.

Величина теплогенерации, выражаемая в ваттах, называется тепловой мощностью Q Т.М. . При стационарном режиме тепловая мощность является величиной постоянной, не зависящей от времени (Q Т.М. = const). При нестационарном режиме Q Т.М. = f (t). Отношение максимальной тепловой мощности к средней мощности иногда называют коэффициентом форсирования:

Ф = (Q Т.М.) max /(Q Т.М.) cp

Если через Dt обозначить длительность технологической операции:

(Q Т.М. ) ср = Q ? / ? t.

Сочетания температурного и теплового режимов.

1. Практически постоянные во времени температурный и тепловой режимы

(T n (t) = const; Q Т.М. (r) = const).

2. Переменный температурный и постоянный во времени тепловой режимы

(T n (t) = const; Q Т.М. (t) = const).

3. Переменные во времени температурный и тепловой режимы

(T n (t) = const; Q Т.М. (t) = const), например нагревательные колодцы для слитков.

4. Постоянный во времени температурный и переменный тепловой режимы

(T n (t) = const; Q Т.М. (t) = const).

10. Тепловой баланс. Приходные статьи баланса

Тепловой баланс, составляемый на малые промежутки времени, иногда называют мгновенным. Назначение мгновенного баланса – выяснение динамики расхода энергии на технологический процесс, если процесс происходит в нестационарных тепловых условиях (печи периодического действия).

Для печей периодического действия составление тепловых балансов отличается тем, что у них все статьи теплового баланса изменяются во времени (у печей непрерывного действия постоянны во времени), поэтому при составлении баланса за какой-то отрезок времени приходится брать средние значения за указанный период. Второй особенностью является наличие в статье потерь тепла составляющей на аккумуляцию тепла кладкой Qakk, которая может иметь различный знак: положительный – при увеличении температуры в печи и отрицательный – при ее уменьшении в ходе технологического процесса.

В большинстве случаев уравнения тепловых балансов решаются относительно расхода топлива В.

Обратные тепловые балансы, в том числе мгновенные, используются обычно при исследовании действующих печей. Уравнения обратных тепловых балансов обычно решаются относительно полезно используемого тепла Qm и служат для его нахождения на основании экспериментальных определений всех остальных статей баланса.

При составлении теплового баланса необходимо следить за тем, чтобы все входные и выходные величины, используемые в тепловом балансе, брались для границ той части объекта, для которой составляется тепловой баланс. Во избежание возможных ошибок в выборе величины для составления теплового баланса удобно пользоваться схемой соответствующего объекта. Необходимо провести на этой схеме вспомогательные контуры, пересекающие в соответствующих местах линии потоков материалов.

Статьи баланса могут выражаться в количестве тепла в джоулях за какой-то промежуток времени или в соответствующих величинах тепловой мощности.

Приходные статьи баланса

1. Химическая энергия топлива Q XT или электроэнергия Q ээ. Если В – расход топлива, кг/с или м 3 /с, a Q p H – теплота его сгорания, то:

Q XT = В Q p H

2. Тепло, вносимое нагретым топливом, Q ФT .

3. Результирующий тепловой эффект химических реакций, протекающих при технологическом процессе, Q ТЕХН. Если эффект отрицательный, то данная статья переносится в расходную часть баланса.

4. Тепло, вносимое воздухом, вводимым для сжигания топлива для технологических целей, Q ФВ, в.

5. Тепло, вносимое нагретыми твердыми и жидкими шихтовыми материалами,Q ФМ.

11. Расходные статьи баланса

1. Тепло твердых и жидких продуктов технологического процесса Q ФП

2. Тепло уходящих газов (химическое и физическое), включая газообразные продукты технологического процесса и подсосанный из атмосферы воздух, Q yx .

3. Тепловые потери (в сумме) от механического недожога через кладку (теплопроводностью и аккумуляцией), излучением через отверстия с охлаждающей водой Q пот.

Суммируя приходные и расходные статьи баланса, приравнивая эти суммы, получаем уравнение теплового баланса, одинаково справедливого для любого класса и вида печей, причем, естественно, не все статьи в каждом конкретном балансе могут иметь место:

Q XT + Q ээ + Q ФT ± Q ТЕХН + Q ФB + Q ФМ = Q ФП + Q yx + Q пот

В правой части уравнения представлено полезно использованное тепло qм, в левой – его выражение через теплотехнические величины, сравнительно легко измеряемые в практических условиях.

Отношение полезно использованного тепла к приходу тепла с топливом и воздухом называется коэффициентом полезного теплоиспользования:

? КПТ =Q M /(Q XT + Q ФT + Q ФB).

Эта величина аналогична коэффициенту полезного действия – понятию, используемому при оценке работы машин и механизмов. Коэффициент полезного тепло-использования характеризует эффективность тепловой работы печи и позволяет сравнивать совершенство энергетики различных печей. Допустим, что водяные числа W (водяное число W равняется произведению теплоемкости на массовый расход) продуктов сгорания и исходных веществ (топливо и воздух) горения равны, тогда подставив q yx в уравнение теплового баланса и разделив на W, получим:

где ? кит. – коофициент полезного использования топлива;

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

где Т теор иТ ф теор – теоретическая температура горения топлива без учета и с учетом физического тепла топлива и воздуха горения; Т агр ух – температура уходящих газов из агрегата.

Поскольку Т агр. ух и О в. пот относительно малы, постольку теоретическая температура горения при подогреве воздуха за счет тепла отходящих газов зависит (при данной теоретической температуре горения топлива при холодном воздухе) от коофициента использования тепла, в рабочем пространстве печи:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

12. Термодинамические принципы анализа и конструирования печей

Анализ работы печей с точки зрения термодинамики дает возможность установить некоторые общие положения, характеризующие итоговые результаты работы печей.

Применение первого и второго законов термодинамики позволяет оценить энергетические итоги только завершенного процесса переноса тепла или заданных элементов такого процесса и вместе с тем не позволяет определить производительность тепловых устройств и, в частности, печей.

Энергетическая оценка позволяет судить о полноте использования энергии в данном тепловом устройстве и ничего не говорит о работоспособности переданной энергии. Напротив, эксергетическая оценка позволяет судить о безвозвратныхпотеряхэнергиии, о качественной характеристике переданной энергии и не позволяет судить о полноте использования энергии в данном устройстве.

При одном и том же расходе энергии процесс переноса тепла в принципе тем более эффективен, чем выше температура среды, воспринимающей тепло, так как при этом обесценивание энергии меньше. При одинаковой эксер-гии греющей среды использование энергии в тепловом устройстве ухудшается по мере увеличения необходимой по технологическим соображениям температуры поверхности нагрева. Чем выше необходимая температура поверхности нагрева, тем выше должна быть эксергия греющей среды и тем выше требования к качеству топлива и условиям его сжигания. Напротив, при низкой температуре поверхности нагрева или нагреваемой среды применение греющей среды с высокой эк-сергией нецелесообразно, так как все равно происходит процесс обесценивания энергии.

Печи рассчитывают и конструируют, стремясь обеспечить по возможности более высокий коэффициент использования энергии ? k и э.

Для получения максимального ? кит агригата ? кит т рабочего пространства должен иметь некоторое оптимальное, но не максимальное значение.

Оценка топлив путем вычисления возможных значений ? кит. агрегата при различных условиях сжигания топлива является весьма важной для конструирования печей и установления рациональных режимов их работы.

13. Требования, предъявляемые к факелу мартеновских печей

Аэродинамические контуры – это геометрическое место точек, где скорости струи приближаются к нулю. Контуры горения определяют по величине химического недожога топлива, при этом продольная координата, соответствующая длине контура горения, представляет собой длину факела L ф.

Для облегчения математического описания процессов горения в факеле и их расчета целесообразно задаться какой-либо минимальной величиной недожога, которая бы характеризовала контур факела и его длину. Для того чтобы унифицировать этот размер, следует принять цифру 0,5% СО или соответствующее значение q 3 . Для высококалорийного топлива (такого как мазут, природный и коксовый газы) величине 0,5% СО в продуктах сгорания при a =1 соответствует потеря тепла q з =1,3-1,8%. Следовательно, для оценки длины факела этих топлив можно принимать величину равную примерно 2% (учитывая некоторое количество водорода в продуктах сгорания).

Длина факела. Как правило, для мартеновской печи нужен короткий факел. В период завалки его видимая часть должна заканчиваться примерно на середине рабочего пространства печи, а в период доводки желательно удлинять факел, чтобы он занимал 3/4 длины ванны. Но всегда необходимо, чтобы в последнем по ходу факела завалочном окне было чисто и не было никаких признаков догорания топлива.

Форма факела. В мартеновских печах форма факела имеет первостепенное значение. Необходимо, чтобы он был настильным – покрывал ванну, не касаясь повоз-можности передней и задней стенок, и был максимально удален от главного свода, т. е. по визуальным наблюдениям он должен быть тонким и без протуберанцев. Такой факел обычно называют настильным и жестким.

Вот почему для отопления мартеновских печей необходимы специальные форсунки. Угол наклона форсунки к зеркалу ванны следует выбирать таким, чтобы была обеспечена требуемая форма факела и не происходила чрезмерно большая его деформация.

О размерах факела и его форме часто судят по топографии разрушения кладки мартеновских печей (сводов и стен). Как правило, локальные разрушения происходят по контуру факела.

Скоростные характеристики. Разумеется, что для обеспечения настильности и жесткости факела его аэродинамические характеристики должны быть достаточно высокими, т. е. начальная скорость истечения струи из форсунки и скорости разлета факела вблизи ванны на всей ее длине должны быть достаточно большими, чтобы не произошли отрыв факела от ванны и подъем его к своду.

Скоростные характеристики определяют и длину факела, и его окислительную способность. Кроме того, они отражают степень непосредственно механического воздействия факела на ванну печи, что является необходимым для уменьшения пенообразования и улучшения кипения ванны.

14. Окислительная способность, радиационные характеристики факела

Окислительная способность. От организации факела в мартеновской печи в значительной степени зависит и протекание оченьважных для технологии процессов, в частности процесса окисления углерода. Процессы окисления примесей ванны в основном определяются процессами массообмена, как это показано в технической литературе.

Для интенсификации теплообмена в рабочем пространстве мартеновских печей (особенно крупнотоннажных, работающих на жидком чугуне) необходимо принимать все меры для ускорения реализации химической энергии примесей ванны и дожигания окиси углерода непосредственно у поверхности ванны. Этот процесс самоускоряется: создание условий для интенсивного выгорания обеспечивает кипение ванны, что в свою очередь способствует переносу в ванну тепла и кислорода из атмосферы печи. Поэтому всякое улучшение подачи нагретого в регенераторах воздуха к поверхности ванны создает условия для ускорения плавки. Интенсифицировать же массообмен можно созданием короткого и направленного факела и применением интенсификаторов. Нельзя забывать и о необходимости правильного распределения тепла и окислителя по поверхности ванны для того, чтобы ванна кипела равномерно и без вспенивания шлака. Это требование может быть удовлетворено при подборе факела соответствующей длины и при обеспечении его определенных радиационных характеристик, что, естественно, невозможно без средств управления факелом.

Радиационные характеристики. Факел мартеновской печи должен быть светящим, т. е. обладать максимально возможной степенью черноты (при достаточно высокой температуре). Этот не вызывающий сомнений в практических условиях принцип в теории время от времени, начиная с работ Е. К. Венст-рема, подвергается сомнению. Однако каждый раз результаты исследований и опыт работы печей опровергают подобные сомнения как, например, происходило в последнее время при переводе мартеновских печей на отопление природным газом и работе их на легких мазутах. Очевидно, что в совмещении двух последних требований, предъявляемых к факелу («короткий» ив то же время «светящийся»), есть известное противоречие, так как чем быстрее протекают процессы перемешивания топлива с воздухом и процессы горения, тем меньше создается возможностей для выделения углеродистых частиц, обеспечивающих светимость факела.

Теоретические исследования как раз и состоят в том, чтобы помочь конструкторам и производственникам в изыскании наиболее эффективного факела. Так как интенсивность процессов тепло– и массопередачи и стой-костьпечи в большой мере определяются длиной факела, исследователи искали прежде всего ответ на важнейший вопрос: какова длина факела и от каких факторов она зависит.

15. Теплотехнические исследования мартеновских печей

В ходе поисков новых способов отопления мартеновских печей мазутом проводили теплотехнические исследования и изучали поведение серы в рабочем пространстве печи. Исследовали газомазутную печь, печи, отапливаемые мазутом, распыляемым в ее рабочем пространстве, и печи, отапливаемые газифицированным мазутом.

При проведении теплотехнических исследований печи отапливали в основном легкими, маловязкими мазутами, поступающими с южных нефтеперегонных заводов. На всех печах в период доводки поддерживали одинаковую тепловую нагрузку: расход мазута составлял 2400 кг/ч, а к = 1,3.

Для контроля полноты осаждения сажи за основным фильтром из стеклянной ваты устанавливали фильтр из гигроскопической ваты.

Температуру газа в газовом пролете (на расстоянии 150 мм до выхода газов из кессона) измеряли вольф-раммолибденовой штыковой термопарой, вмонтированной в кожух, охлаждаемый водой. Рабочий спай термопары был защищен кварцевым наконечником.

Изучение радиационных свойств факелов начали с замера радиационных температур факела и кладки по длине рабочего пространства печи. Для этого использовали пирометры полного излучения РАПИР с телескопами ТЕРЛ-50. Пять пирометров стационарно устанавливали и направляли на факел через водоохлаждаемые фурмы, заложенные в задней стенке печи. Установка пирометров со стороны задней стенки печи позволила проводить опыты в течение всей плавки.

Для измерения тепловых потоков использовали термозонд ВНИИМТ, который вводили в рабочее пространство печи через гляделки завалочных окон.

Для более полного изучения радиационных характеристик факелов были определены степени их черноты и шмидтовскне температуры. Величины вф определяли в четырех точках по длине рабочего пространства печи.

Тепловые потоки измеряли остроугольным радиационным пирометром.

При градуировке торцового радиометра одновременно с определением величин момент отключения мазута отбирали пробы газов из рабочего пространства печи. Химический анализ этих проб показал, что поглощающие компоненты печной атмосферы не могут сколько-нибудь заметно повлиять на результаты градуировки (содержание СО 2 0; ?Fn – сила, направленная перпендикулярно участку поверхности.

Удельный объем

V – величина, обратная плотности r вещества:

v = 1 / r= dV/ dm,

где dV – бесконечно малый элемент объема;

dm – масса вещества.

Количество вещества, которое содержит число молекул, равное числу атомов, содержащихся в 12 г изотопа углерода 12 С, называется молем.

Число Авогадро

N A = 6,02 ч 10 23 моль -1 . Величина, необходимая при расчетах. Показывает, сколько молекул содержится в одном моле любого вещества.

Молярная масса

М – масса одного моля:

М = N A m x 1а. е. м,

где N A – число Авогадро;

m – молекулярная масса.

Молярная масса [M] = кг/моль и молярный объем = м 3 /моль.

Объем одного моля – молярный объем:

где M – молярная масса;

r – плотность вещества.

Формулы для определения числа молей вещества и числа молекул вещества имеют следующий вид:

u= m /M= V/ V M ,

N = uN A = (m / M)NA = (V/ V M)N A .

Температура

За меру температуры принято брать среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул. Если два тела при соприкосновении не обмениваются энергией путем теплообмена, можно говорить, что эти тела имеют одинаковую температуру и в системе существует тепловое равновесие.

18. Состояния тел. Термодинамическая система. Адиабатический процесс

Существуют три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное.

Если параметры системы не изменяется со временем, то можно говорить о термодинамическом равновесии системы.

Совокупность тел и полей, которые могут обмениваться энергией не только между собой, но и с внешней средой, называют термодинамической системой. Если в термодинамической системе происходит изменение внутренней энергии, то можно говорить о совершении этой системой работы и о теплообмене между частями системы.

Термодинамически параметры состояния

Давление, температура, плотность, концентрация, объем системы – термодинамические параметры состояния.

Процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и внешней средой, называется адиабатическим. Первый закон термодинамики при dQ = 0 выглядит следующим образом:

C v dT + PdV = 0,

а при учете dT = (PdV + VdP) / R

dP / P = -gdV / V,

где g – показатель адиабаты;

Р – давление;

Это уравнение имеет решение в виде:

PV g = const.

Оно называется уравнением Пуассона. С учетом уравнения Менделеева-Клайперона уравнение Пуассона будет выглядеть как:

Tv g -1 = const,

T g p 1-g = const.

Уравнения Пуассона описывают квазистатические адиабатические процессы. Адиабатическое сжатие приводит к тому, что газ нагревается, в случае адиабатического расширения он охлаждается.

В отличие от изотермического процесса для адиабатического процесса характерно более быстрое уменьшение давления с увеличением объема. Работа, которую совершает газ при адиабатическом процессе, всегда меньше работы, совершаемой при изотермическом процессе, если считать изменение объема одинаковым для обоих случаев. При адиабатическом процессе существует зависимость работы от показателя адиабаты. Устремив g -> 1, получим значение работы при изотермическом процессе, т. е. произойдет переход адиабаты (Q = const) в изотерму (T = const).

19. Политропический процесс

Процесс называется политропическим, если считать, что теплоемкость остается постоянной. Первый закон термодинамики при С = const выглядит следующим образом:

(CCv)dT = PdV,

а при учете dT = (PdV + VdP)/ R получим следующую форму записи:

ndV / V = -dP / P,

n = (CCP) / (CCV),

Уравнение имеет решение в виде:

PVn = const,

где P – давление газа;

V – объем газа.

Для политропического процесса характерно наличие частичного теплообмена системы с внешней средой. Кривая политропического процесса расположена на PV-диаграмме между изотермой (Г = const) и адиабатой (Q = const) и называется политропой. С учетом уравнения Менделеева-Клайперона уравнение политропы будет выглядеть следующим образом:

TV n -1 = const,

T n P n-1 = const.

Определим работу, которую совершает газ при политропическом процессе:

А 12 = (m / M)R(T 1 – T 2) / (n – 1),

где m – масса газа;

M – молярная масса газа;

n – показатель политропы;

T 1 и T 2 – начальная и конечная температуры.

Случай Т 2 > T 1 и А 12 V 2 и P 1 , P = nkT, то уравнение идеального газа будет выглядеть следующим образом:

где N – число молекул, содержащихся в объеме V.

PV = m / M x NkT,

PV = m / M x RT,

где M – молярная масса;

Na – число Авогадро;

k – постоянная Больцмана;

R – универсальная газовая постоянная.

Равенство носит название уравнения Менделеева-Клайперона. В случае, когда количество вещества газа – 1 моль, уравнение Менделеева-Клайперона примет вид PV = RT. Газ можно считать идеальным, если его состояние описывается уравнением Менде-леева-Клайперона или одним из его следствий.

F(P, V, t 0) носит название уравнения состояния. На PV-диаграмме совокупность состояний с t 0 = const представлена в виде гиперболы. Множество гипербол, отвечающих различным температурам, называются изотермами. Процесс, при котором происходит переход газа из одного состояния в другое при t 0 = const, называется изотермическим.

В случае P = const (1) имеет место линейная зависимость объема некоторой массы газа от температуры:

V = V 0 (1 + at 0).

Она представляет собой закон Гей-Люссака. Аналогично для V= const:

P = P 0 (1 + at 0).

Из этих уравнений следует, что все изобары и изохо-ры пересекают ось t 0 в одной единственной точке, определяемой из условия 1 + at 0 = 0. Решение этого уравнения:

t 0 = -1 / a = -273,15 o C.

R= 8,31 ч 10 3 Дж/(град. ч кмоль) – универсальная газовая постоянная.

PV = m / m x RT.

26. Универсальное уравнение состояния идеального газа

Отношение массы m газа (вещества) к количеству газа (вещества) v этой системы называют молярной массой газа (вещества):

М = m / v.

Размерность молярной массы следующая: [M] = 1 кг / 1 моль.

Следствие из закона Авогадро позволяет найти отношение удельных объемов:

v 2 / v 1 = M 1 / M 2

v 1 M 1 = M 2 v 2 .

Последнее соотношение отражает важное свойство идеального газа: при одинаковых физических условиях произведение удельного объема газа на его молярную массу является постоянной величиной, не зависящей от природы газа, т. е. vM = idem. Произведение vM представляет собой объем 1 моля идеального газа, а последнее равенство означает равенство молярных объемов всех газов при одинаковых давлениях и температурах.

Уравнение состояния для одного моля газа выглядит следующим образом:

где MR = R m = PV m / T.

Произведение MR есть универсальная (молярная) газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной состоит в том, что это есть ра26б бота одного моля идеального газа при изменении температуры на 1 o и постоянном давлении процесса. Она не зависит от природы газа. R = = 8,314/м. Уравнение вида

PV m = 8,314T

называют универсальным уравнением состояния.

Универсальным уравнением состояния идеального газа можно считать уравнение Менделеева– Клайперона:

Если поддерживать объем постоянным, а в качестве температурного признака взять давление газа, то можно получить термометр, обладающий идеально линейной шкалой. Она называется идеальной газовой шкалой температур. Удобно брать в качестве термометрического вещества водород. Шкала, установленная по водороду, называется эмпирической шкалой температур.

27. Основные свойства газовых смесей

Множество нескольких различных газов, между которыми невозможно осуществить химическое взаимодействие, называют смесью идеальных газов. Давление рассчитывается по формуле:

P i = N i kT / V,

где i = 1, 2, r, называется парциальным,

r – число газов в смеси;

N – число молекул i-го газа;

V – объем смеси;

k – постоянная Больцмана;

Т – температура.

Закон Дальтона отражает зависимость между давлением смеси идеальных газов и их парциальными давлениями. Он гласит: «Давление смеси r идеальных газов и сумма их парциальных давлений равны между собой». Математическая формулировка закона Дальтона выглядит следующим образом:

Р = Р1 + Р2 +… + P r = NkT / V,

где N = N 1 + N 2 +. + N r – число молекул в смеси r газов.

Закон Амага. Он отражает зависимость между объемом смеси идеальныхгазов и их парциальными объемами. Закон Амага гласит: «Объем смеси r идеальных газов и сумма их парциальных объемов равны между собой»:

V = V 1 + V 2 + … + V r .

Параметры газовой смеси можно найти, зная закон Клапейрона:

Отношение массы каждого газа к общей массе смеси называют массовой долей:

g 1 = m 1 / m; g 2 = m 2 / m; …; g n = m n / m,

где g 1 , g 2 , g n – массовые доли;

m 1 , m 2 , m n – массы газов по отдельности;

m – масса смеси.

Сумма массовых долей всех газов смеси равняется единице.

Масса смеси является суммой масс газов, входящих в эту смесь.

Отношение парциального объема к объему всей смеси называют объемной долей:

r 1 = V 1 / V, r 2 = V 2 / V, ., r n = V n / V,

где r 1 , r 2 , r n – объемные доли;

V 1 , V 2 , ., V n – парциальные объемы газов смеси;

V – объем смеси газов.

28. Средняя молярная масса смеси газов

Уравнение для нахождения удельной газовой постоянной смеси:

R = еg i R i = 8314,2(g 1 / M 1 + g 2 / M 2 +… + g n / M n)

Зная молярную массу смеси, можно найти газовую постоянную смеси:

Зная объемный состав смеси, получим следующие формулы:

g i = (R / R i),

еg i = Rе(r i / R i ) = 1.

Формула для вычисления удельной газовой постоянной примет вид:

R = 1 / е(r i /R i ) = 1 / (r 1 / R 1 + R 2 +… + r n / R n).

Средняя молярная масса смеси газов является достаточно условной величиной:

M = 8314,2 / (g 1 R 1 + g 2 R 2 +. + g n R n).

Если произвести замену удельных газовых постоянных R 1 , R 2 , …, R n их значениями из уравнения Клайперона, найдем среднюю молярную массу смеси газов, если смесь определяется массовыми долями:

M = 1 / (r 1 / M 1 + r 2 / M 2 +. + r n / M n).

В случае, когда смесь определяется объемными долями, получаем следующее выражение:

R = 1 / еr i R i = 8314,2 / еr i M i .

Зная, что R = 8314,2 / M, получим:

M = еr i M i = r 1 M 1 + r 2 M 2 +. + r n M n .

Таким образом, средняя молярная масса смеси газов определяется суммой произведений объемных долей на молярные массы отдельных газов, из которых состоит смесь.

29. Парциальные давления

Давление, записанное в виде: P i =N i kT / V,

где i = 1,2. r, называется парциальным. Здесь r – число газов в смеси;

N i – число молекул i-го газа;

V – объем смеси;

k – постоянная Больцмана;

Т – температура.

Оно может быть найдено, если все основные параметры газа известны:

P i = m i R i T / V =m i R i / mR = Pg i R i / R = Pg i M /M i

Если смесь задается объемными долями, то для получения парциального давления каждого газа обращаются к закону Бойля-Мариотта, из которого можно найти, что при Т = const:

P i V = PV i и P i = PV i / V = r i P.

Парциальное давление любого газа вычисляется как произведение общего давления смеси газов на его объемную долю. Последнее уравнение используют при решении технических задач и при проверке тепловых установок. Объемные доли газов получают на опыте, используя газоанализаторы.

Физический смысл парциального давления Pi состоит в том, что это есть давление i-го газа при условии, что он занимал бы объем V.

Закон Дальтона отражает зависимость между давлением смеси идеальных газов и их парциальными давлениями. Он гласит: давление смеси r идеальных газов и сумма их парциальных давлений равны между собой. Математическая формулировка закона Дальтона выглядит следующим образом:

Р = Р 1 + Р 2 + . + P r = NkT / V,

где N = N 1 + N 2 +. + N r – число молекул в смеси r газов.

Давление, которое оказывают молекулы каждого из r идеальных газов, не зависит от давления, оказываемого молекулами остальных газов. Причина такого явления заключается в том, что молекулы в идеальном газе не взаимодействуют. Было показано на опыте, что на высоких давлениях (порядка Ю 6 Па) закон Дальтона не выполняется.

30. Закон сохранения и превращения энергии

Первый закон термодинамики основан на всеобщем законе сохранения и превращения энергии, который устанавливает, что энергия не создается и не исчезает.

Тела, участвующие в термодинамическом процессе, взаимодействуют друг с другом путем обмена энергией. При этом у однихтел энергия уменьшается, а у других – увеличивается. Существует два варианта передачи энергии физическими телами: теплообмен и совершение механической работы.

На практике единицей работы является также джоуль, количество работы обозначается L, удельная работа на единицу массы П кг) обозначается /.

Существует несколько основных положений первого закона термодинамики.

L Любые виды энергии не возникают сами по себе, а взаимно превращаются друг в друга, причем их количества всегда одинаковы.

2. Невозможно построить вечный двигатель первого рода.

3. Если система полностью изолирована, то ее внутренняя энергия остается постоянной.

Предположим, что Q – количество теплоты, подведенное к телу, которое необходимо затратить на осуществление работы и на преобразование внутренней энергии:

где L = ml – количество работы;

ДU = mДu– разность внутренней энергии начального и конечного состояния;

В случае массы тела, равной 1 кг:

q = ?u+l,

где l, q, Du – удельные количества работы, теплоты, разность внутренних энергий начального и конечного состояния. Если процесс бесконечно малый, то

Полученное соотношение является математической моделью первого закона термодинамики. Отсюда следует такая формулировка закона: «Все количество теплоты, которое получает физическое тело, тратится на выполнение работы и на преобразование внутренней энергии тела».

Существует так называемое правило знаков для параметров: q > 0, если теплота подводится к физическому телу, и q 0, если работа совершается самим телом (расширение), и l 0 – если внутренняя энергия тела увеличивается, Du 0 (теплота подводится к рабочему телу) изменение энтропии положительно: S 2 – S 1 > 0, S 2 > S 1 , так как средняя термодинамическая температура должна быть всегда положительной, т. е. T ср > 0. Иными словами, энтропия тела возрастает;

2) при q 1,2 = 0,S 2 > S 1 .

Для изолированной замкнутой системы изменение (приращение) энтропии положительно (необратимый процесс) либо равно нулю (обратимый процесс) для произвольного термодинамического процесса.

Для циклического процесса преобразования теплоты в работу (несамопроизвольного) SdS i = 0 (обратимые процессы) и SdS > 0 (необратимые процессы), следовательно, в изолированной системе энтропия возрастает.

Это утверждение называется принципом возрастания энтропии.

Математическое выражение второго закона термодинамики в дифференциальном виде записывается так:

где знак равенства применяется для обратимого процесса, а неравенства – для необратимого.

Из этого уравнения видно, что общее приращение энтропии зависит от температуры. Известно, что при повышении температуры рабочего тела повышается количество теплоты, которое можно преобразовать в работу. Иначе говоря, энергетическая ценность теплоты возрастает. Таким образом, энтропия через температуру определяет количество теплоты, переведенное в работу, что устанавливает ее связь со вторым законом термодинамики. В этом законе определяются условия преобразования теплоты в полезную работу.

Эксэргетическими функциями называются выражения, позволяющие вычислять величину эксэргии.

40. Энтропия и статический характер второго закона термодинамики

Известно, что в теории механики для изучения движения отдельных молекул применяются динамические закономерности. Молекулярно-кинетическая теория отличается от механики тем, что изучает системы, состоящие из большого количества молекул. Хаотическое движение частиц в таких системах подчиняется другим (статистическим) законам. Несмотря на то что движение каждой молекулы описывается механическими законами, вся совокупность частиц не рассматривается в теории механики, ее поведение изучается статистической физикой. Дело в том, что для всех частиц устанавливается среднее значение их характеристик – средняя скорость, среднее значение энергии и др. (средняя температура, среднее давление).

При таких статистических условиях усреднение характеристик существования любого термодинамического состояния вещества (например, газа) не является строго обязательным, а только имеет некоторую вероятность.

Самым простым примером является случай равенства скоростей всех молекул газа как наименьшая вероятность существования состояния данного вещества. Обозначим условно такую вероятность значением величины В случае неодинаковых скоростей возможное число их комбинаций велико, и существование состояния, при котором скорости частиц не равны, имеет вероятность W > W 0 , причем это отличие довольно значительно. Таким образом, термодинамической вероятностью называется величина:

ее значение намного больше единицы, в связи с чем ее также называют статистическим весом термодинамического состояния. Статистическая физика также устанавливает связь термодинамической вероятности с энтропией системы.

Прямая зависимость энтропии от логарифма термодинамической вероятности определяется выражением:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

где R – постоянная Клайперона;

N 0 – постоянная Авогадро.

Величина K является константой (или постоянной) Больцмана.

Следовательно, с увеличением энтропии увеличивается вероятность наступления того или иного термодинамического состояния. Причем наиболее вероятное состояние наступает при максимальном значении энтропии.

41. Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса

В общем случае для реальных газов при вычислении параметров состояния нельзя использовать уравнение состояния pv = RT,

которое верно для идеальных газов.

Общее уравнение состояния для реальных газов.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

в котором коэффициенты B i – называются вириальными. Эти коэффициенты являются функцией температуры молекул реального газа и потенциальной энергии их взаимодействия.

В определении В i – коэффициентов производят расчет только первых двух членов ряда, остальные вириальные коэффициенты отбрасываются.

Тогда уравнение состояния для реальных газов принимает следующий вид:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

где А и В – два первых вириальных коэффициента, зависящих только от температуры.

В частном случае (малая плотность газа) уравнение имеет форму:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Если В 1 = f(T, U потенц), то уравнение превращается в уравнение состояния для реального газа Ван-дер-Ваальса:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

где b – минимальный объем, который может приобретать реальный газ при сжатии;

а – коэффициент, не являющийся функцией параметров состояния.

Для разных газов величины а и b различны.

Иными словами, уравнение Ван-дер-Ваальса – это частный случай закона Боголюбова-Майера, в котором пренебрегают всеми членами 1/v выше второй степени. Если реальный газ имеет высокую плотность, то уравнения такого типа будут верны при большем количестве членов ряда. В этом случае уравнения состояния реальных газов дают точность вычислений, приемлемую на практике.

42. Уравнение состояния для реальных газов М. Н. Вукаловича и И. И. Новикова

Универсальное уравнение, описывающее состояние любых реальных газов, было получено в 1939 г. русскими учеными И. И. Новиковым и М. Н. Вукаловичем. В нем

уже учитывалось явление силового взаимодействия молекул (ассоциация, диссоциация) и в общей форме оно записывалось в виде:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

где А и В – коэффициенты, вычисляемые по формулам:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

где а и b – для реальных газов постоянные величины в уравнениях состояния;

R – универсальная газовая постоянная; r, c, k, m 1 , m 2 – коэффициенты, выражающие степень ассоциации.

Иначе уравнение Вукаловича-Новикова можно представить в виде:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

где а и b – постоянные величины в уравнении Ван-дер-Ваальса; m, c – постоянные, рассчитываемые опытным путем.

В общем случае основными для перегретого пара (аналогично газу) являются такие параметры состояния, как температура, давление и удельный объем. Перегретый пар близок по свойствам к идеальному газу, так как его параметры расположены далеко от критической точки и от пограничной кривой (верхняя кривая на диаграммах). Если давление перегретого пара не очень велико, то его уравнение состояния можно получить, используя уравнение Ван-дер-Ваальса для случая реального газа, путем введения в него поправок.

Для водяного пара уравнение состояния М. Н. Вукаловича и И. И. Новикова в современной термодинамике является наиболее точным уравнением. Причем его можно использовать и для расчета состояний перегретого пара (при условии и для расчета давления), если добавить к нему несколько последующих членов уравнения.

43. Частные производные параметров состояния. Термические коэффициенты

Свойства реальных веществ описываются термическими коэффициентами.

Определение 1. Коэффициентом объемного расширения a называется изменение объема вещества при повышении его температуры на один градус.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

частная производная параметров состояния.

Она характеризует изменение объема вещества с определенной массой, если его температура повышается на один градус, а внешнее давление остается постоянным.

Определение 2. Термическим коэффициентом давления b называется изменение давления в зависимости от изменения температуры вещества. Эта величина также относительная и рассчитывается как:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

частная производная ,характеризующая изменения давления p, если температура вещества повышается на один градус, а объем остается постоянным, давление p является функцией температуры.

Определение 3. Изотермическим коэффициентом сжимаемости g называется изменение объема в зависимости от изменения давления.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

– частная производная, характеризует изменение объема вещества, если давление меняется на одну единицу.

44. Свойства характеристических функций

Функции, описывающие любые термодинамические свойства, называются характеристическими функциями или термодинамическими потенциалами системы. Наиболее важными характеристическими функциями являются: энтальпия

i = i (S,p),

изобарно-изотермический потенциал, или свободная энтальпия,

изохорно-изотермическтий потенциал, или свободная энергия,

F = F (T,v).

К основным свойствам характеристических функций относятся следующие.

1. Термодинамические потенциалы отличаются от других функций тем, что имеют более простую структуру и определенное физическое значение.

2. Параметры состояния системы равны частным производным от термодинамического потенциала, взятым по тем же параметрам.

3. В результате дифференцирования термодинамического потенциала получается полный дифференциал данной функции.

4. Используя характеристические функции, записанные в дифференциальном виде, можно получить любые термодинамические параметры системы.

5. Термодинамический потенциал всей системы складывается из значений потенциала ее частей, т. е. обладает свойством аддитивности.

6. Характеристические функции устанавливают зависимость между различными термодинамическими свойствами вещества. Так, например, первые производные от потенциала характеризуют термические свойства (т. е. величины, измеряемые непосредственно приборами – объем, температура, давление), а вторые производные соответствуют калорическим свойствам системы (это величины, выраженные в единицах теплоты – теплоемкость, энтропия, энтальпия, внутренняя энергия).

7. Частные производные характеристических функций позволяютсоставлять уравнения теплоемкостей C v и C p , уравнения состояния и другие термодинамические зависимости.

8. Функция является характеристической только при определенных параметрах. При выборе других переменных она утрачиваетсвои свойства, потому что в этом случае частные производные не выражают термодинамические свойства системы.

45. Химический потенциал

Химической энергией называется такая энергия, которая образуется в результате химических взаимодействий и входит в состав внутренней энергии вещества. Химические реакции делятся на экзотермические (проходящие с выделением энергии) и эндотермические (сопровождающиеся ее поглощением).

В случае химической реакции меняется внутренняя энергия системы, так как меняется поглощение атомов в веществах-реагентах. Для таких процессов, можно применить первое начало термодинамики в виде:

U 1 -U 2 =?U=Q+A,

где Q – количество теплоты;

DU – изменение внутренней энергии вещества;

А – полезная работа, включающая работу по преодолению также различных электромагнитных сил.

Работа, совершенная в процессе обратимой химической реакции, является максимальной. Ее выражают с помощью уравнения Гиббса-Гельмгольца:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Рассмотрим химический потенциал реакции. В случае химических реакций масса реагирующих веществ не постоянна, ее можно определить в виде функции т (количество вещества) от основных параметров (v, p, T, F, S, U и т. д). Продифференцируем равенство:

где u – удельное количество внутренней энергии, имеем:

dU = mdu + udm,

ф = uST + pv = iST

j – химический потенциал.

Но, химическим потенциалом называется частная производная по массе, взятая от какого-либо термодинамического потенциала при определенных значениях аргумента. Химический потенциал показывает, как меняется энергия вещества, если его масса изменяется на единицу.

46. Основные дифференциальные уравнения термодинамики

Дифференциальные уравнения в термодинамике используются для исследования реальных газов, при теоретических (и практических) вычислениях.

Рассмотрим следующие случаи.

1. Независимыми переменными являются параметры p, V.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

это первый закон термодинамики в дифференциальной форме.

2. Независимыми переменными являются параметры р, Т.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

а полный дифференциал объема имеет вид:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

3. Независимыми переменными являются параметры V, T.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

4. При p = const теплоемкость

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

при v = const теплоемкость

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

47. Частные производные по объему, давлению, температуре

1. Частная производная по объему:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Это частная производная по объему, взятая от значения внутренней энергии. 2. Частная производная по давлению.

Подставим значение dQ в отношение dS = dQ / T, получаем:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Это частная производная по давлению, взятая от значения внутренней энергии. 3. Частная производная по температуре.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам
Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Это частная производная по температуре, взятая от значения внутренней энергии.

48. Уравнение неразрывности

Согласно газовой теории потока течение газа в случае стационарности определяется с помощью специальной системы уравнений. В нее входят следующие соотношения:

1) уравнение энергии для газового потока;

2) уравнение состояния;

3) уравнение для неразрывности газового потока.

Уравнение энергии следует из первого начала

термодинамики для газовых потоков.

Уравнением неразрывности называется соотношение:

Из него следует, что в случае установившегося течения газа в каждом сечении потока расход газа по массе является постоянной величиной. Иначе это уравнение можно записать в виде:

G =pFw =p 1 F 1 w 1 =P 2 F 2 w 2 =const ,

где r 1 ,r 2 , r = 1/v плотность газа в поперечных сечениях;

F 1 , F 2 – площадь сечения потока;

w 1 , w 2 – скорость потока, измеряется в области сечения.

В данном случае имеется два сечения потока (1-е и 2-е), а величина G из этого уравнения называется массовым расходом газа (в секунду).

Как известно, второй закон Ньютона гласит: «Сила определяется произведением массы и ускорения». Если газовый поток имеет одномерный характер, то из второго закона следует:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

В данном соотношении каждый член имеет определенное физическое значение. Рассмотрим каждый множитель из уравнения.

показывает, как изменяется давление в зависимости от Х-координаты.

показывает, как изменяется скорость в зависимости от Х-координаты.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

равно силе, приложенной к элементарному объему, dV – выделенный объем.

газа равна ускорению массы pdV (элементарная масса).

49. Работа проталкивания

Работа проталкивания. Для ее определения в уравнение:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

подставим равенство i = u + pv, получим в результате:

где d(pv) – работа проталкивания, рассчитанная для элементарного объема,

d(pv) = pdv + vdp – уравнение для элементарной работы.

Соотношение (2), включающее силы гравитации, имеет вид:

В том случае, когда течение газа представлено в виде адиабатного процесса, при котором dq = 0, соотношение (1) записывается таким образом:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

При адиабатном движении потока сумма удельной кинетической энергии и удельной энтальпии является постоянной величиной.

Если техническая работа имеет место в процессе, то для газового потока первое начало термодинамики будет иметь вид:

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

где dl TEK – полезная работа (элементарная).

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

50. Располагаемая работа при истечении газа

Исследуем процесс перемещения (истечения) газового потока.

Предположим наличие некоторой емкости, в ней содержится пар или газ (т. е. рабочее тело), имеющий параметры состояния в виде величин f 1 , v 1 , p 1 . Из данного сосуда, в стенке которого находится отверстие, газ вытекает в окружающую среду. Это происходит вследствие разницы в давлениях (p 1 – p 2), газ на выходе имеет давление p 1 = P к, т. е. пока давление p o уменьшается до критического значения, соблюдается равенство p 2 = p o где p 2 – давление вещества на выходе суживающегося сопла, p o – давление внешней среды;

2) p o W зв), что ведет к уменьшению давления, но при этом удельный объем увеличивается (т. е. v >v k , p b k).

55. Дросселирование газа и уравнение процесса

Для водяного пара критическая температура составляет Т к = 647 К, соответственно, Т инв > 4400 К (температура инверсии). В процессе дросселирования всегда происходит охлаждение водяного пара, это связано с полной диссоциацией молекул пара при таких не очень высоких значениях данной температуры инверсии.

Дросселирование водяного пара характеризуется следующими свойствами, полученными из анализа диаграммы (i, s):

1) для любого состояния пара дросселирование всегда понижает температуру водяного пара;

2) дросселирование влажных паров при небольших давлениях сопровождается переходом из увлажненного в сухое, а затем в перегретое состояние. Влажные пары при высокихдавленияхсначала еще более увлажняются, но потом такжеобразуют сухую и перегретую фазу;

3) дросселирование перегретых паров при больших давлениях (если температура перегрева невелика) сопровождается прохождением ими несколькихфаз (сухого насыщенного, влажного, сухого и наконец, перегретого). Последнее состояние пара характеризуется низкими значениями температуры и давления. В общем случае при дросселировании перегретые пары сохраняют свое перегретое состояние, если в начале процесса их давления были высокими.

Обычно на is-диаграмме процесс дросселирования i 1 = i 2 представляет собой горизонтальную линию, направленную в сторону возрастания энтропии (вследствие необратимости процесса).

Известно, что давление перегретого пара (и его полезная работа) в процессе мятия снижается.

Качественное дизельное топливо. Какое бывает дизельное топливо — определяем лучшие виды. Лабораторная проверка дизельного топлива

Не секрет, что долговечность и надежность техники напрямую зависит от качества заливаемого в нее топлива. Основной задачей качественного дизельного топлива является бесперебойное произведение энергии в процессе сгорания. Однако помимо этого дизельное топливо выполняет еще две не менее важных функции — смазка и охлаждение всех узлов топливной системы. К таковым относятся топливный насос и топливные форсунки. Плюс к этому дизельное топливо имеет влияние на параметры выхлопа. Поэтому взвешенный подход к выбору дизельного топлива — принципиальнейший момент в работе оборудования на базе дизельного двигателя.

Каковы же основные параметры дизельного топлива? К таковым можно отнести следующие показатели: вязкость, содержание серы, цетановое число, содержание воды и твердых взвешенных частиц, углеродистый нагар, плотность топлива, температура помутнения, точка закупорки, несгораемые шлаки, возгонка, смазывающие характеристики.

Давайте более подробно остановимся на данных моментах и рассмотрим их влияние на работоспособность дизельного топлива.

Данный параметр крайне важен для таких процессов как нагнетание топлива и его дальнейший впрыск. Кроме того, именно вязкость оказывает влияние на смазывающие характеристики топлива. Что касается параметров, то они должны четко соответствовать принятому мировому стандарту ISO 3104.

Как правило, любое дизельное топливо имеет в своем составе некое количество определенных сернистых соединений, которые влияют на работу выхлопной системы, коррозийную стойкость, а также на коэффициент кислотности топлива. Если вы использовали топливо с увеличенным содержанием серы, то это может вызвать такие последствия как необходимость повышения смазывающих характеристик с целью компенсации процессов кислотной коррозии. Запомните: использование топлива с излишком серы способно снизить срок службы всех узлов выхлопной системы, а также катализаторов. Именно поэтому специалисты категорически не рекомендуют использовать те марки топлива, в которых содержание сернистых соединений значительно превышает допустимые величины. Имейте в виду: в дизельном топливе помимо стабильных соединений также могут иметься в наличии активные соединения серы, которые способны усилить процессы коррозии.

Это тот параметр, который напрямую влияет на длительность прогрева двигателя, а также его запуск. Если двигатель эксплуатируется в условиях низкой температуры, крайне желательно остановить свой выбор на дизельном топливе с достаточно высоким показателем цетанового числа. Однако при этом имейте в виду, что дизтопливо с цетановым числом пятьдесят пять и выше может привести к увеличению показателя дымности выхлопа. Такой показатель как цетановые показатели топлива также регулируются единым мировым стандартом ISO 5165.

Никто вам не гарантирует отсутствие в данном дизельном топливе воды, а также различных посторонних взвесей. Поэтому настоятельно рекомендуем вам произвести дополнительную фильтрацию топлива, прежде чем приступить к его заливке в топливный бак. Таким нехитрым способом вы дополнительно очистите топливо от разного рода нежелательных добавок. Но все же некоторое количество воды все-таки может проникнуть в топливо. Не забывайте своевременно производить замену фильтрующих элементов насоса для топлива, а также топливных патрубков и топливных фильтров. Если вы регулярно используете предварительно неотфильрованное топливо, содержащее посторонние взвеси, рекомендуем вам чаще менять фильтры.

В процессе сгорания дизельного топлива образуется углеродистый нагар, который имеет свойство оседать на поверхностях камеры сгорания. При этом, чем ниже показатель качества топлива, которое используется, тем больше этого нежелательного нагара, который, как правило, образуется в процессе работы. А это ведет к такой неприятности как постепенное, но неизбежное снижение двигательной мощности.

Это не что иное, как энергетический показатель топлива. Чем выше его плотность — тем больше энергии сможет выработаться при его сгорании. А это приведет к возрастанию показателей экономичности и эффективности. Характеристики плотности дизельного топлива регулируются единым стандартом ISO 3675.

Температурой помутнения принято называть ту температуру, при которой начинаются процессы кристаллизации содержащегося в данном топливе парафина. Данный кристаллизовавшийся парафин располагается, как правило, в топливе неравномерно, его расположение можно сравнить с облаками. Показатели помутнения регулируются единым мировым стандартом ISO 3015.

Та минимальная температура, при которой дизельное топливо может беспрепятственно протекать в канал диаметром сорок пять мкм, называется точкой закупорки. Этот показатель тесно переплетен с коэффициентом температуры помутнения.

В любом, даже самом качественном дизельном топливе имеется некое определенное количество трудно фильтруемых несгораемых соединений, которые принято называть шлаками. Их содержание в топливе регулируется единым стандартом ISO 6245.

Показатели ее также регулируются стандартом ISO 3405. Практически 90% дизельного топлива может полностью испариться при температуре 360°С, а оставшиеся 10% испаряются при температуре 385°С.

Характеристика жидкости, которая обеспечивает смазку всех двигающихся частей, называется смазывающей способностью. Топливо, которое имеет низкий показатель сернистых соединений и низкий показатель вязкости, характеризуется более низким показателем смазывающей способности. Смазывающие характеристики регулируются единым стандартом ISO 12156.

Поставка высококачественного дизельного топлива — залог бесперебойной работы оборудования от дизель генератора до экскаватора.

Прежде чем начать рассказ о дизельном топливе, хотелось бы с огорчением сообщить о том, что наша отечественная солярка на сегодняшний день занимает всего лишь 43-е место по качеству среди ведущих нефтяных компаний Европы. Отсюда и все проблемы дизельных двигателей наших легковых автомобилей, топливная аппаратура которых рассчитана на ДТ стандарта, соответствующего как минимум Евро-3.

Сразу же предупреждение для любителей халявной солярки: если вы не хотите запороть дизель своей иномарки, ни в коем случае не сливайте ДТ из тракторов, оно однозначно Евро-3 не соответствует. Кстати, на наших АЗС дизтоплива стандарта Евро нет вообще, существуют так называемые классы со 2-го по 5-й, у которых нормы по цетановому числу заметно занижены. А что же такое цетановое число дизельного топлива и чем оно отличается от октанового числа того же бензина?

Как известно, октановое число бензина характеризует его детонационную стойкость к давлению и температуре. Но принцип работы дизельного двигателя как раз и заключается в этой самой детонации, поэтому цетановое число и характеризует самовоспламенение ДТ в цилиндре. Другими словами, чем выше ЦЧ, тем больше склонность ДТ к самовоспламенению. Кроме этого, ЦЧ ещё определяет лёгкость запуска двигателя, период белого дымления после запуска и жёсткость работы на холостом ходу, так называемый дизельный стук. Если ЦЧ меньше положенного для данного вида топливной аппаратуры, начнутся проблемы с запуском двигателя, а если больше положенного – падает мощность, возрастает дымность, и ухудшается экономичность.

Расход топлива увеличивается пропорционально превышению ЦЧ над расчётным – до 0.5% на единицу ЦЧ. Поэтому, если вы не хотите вышеперечисленных проблем с запуском и эксплуатацией дизеля, необходимо придерживаться следующих стандартов: для дизельных и турбо дизельных двигателей ЦЧ должно быть в пределах 45-48 единиц, для двигателей типа TDI, CDI и HDI с насос-форсунками или системой Common Rail ЦЧ не менее 51, а для самых современных моторов, соответствующих стандартам Евро-5, ЦЧ должно равняться 55.

Кроме цетанового числа дизельное топливо отличается между собой по фракционному составу, влияющему на пуск двигателя и токсичность выхлопных газов при пуске и прогреве. От фракционного состава зависит также температура перехода топлива в газообразное состояние (чем ниже температура перехода, тем выше мощность и лучше экономичность). Общепринятый норматив требует, чтобы 95 % топлива переходило в газообразное состояние до 360°С. Основными компонентами фракционного состава дизельного топлива являются сера и полициклические ароматические углеводороды, так называемые ПАУ, количество которых не должно превышать более 11%.

Больше всего вреда экологии приносит сера, способствующая к тому же коррозии деталей двигателя и выходу из строя нейтрализаторов выхлопных газов и сажевых фильтров. Но без неё никак нельзя, сера обеспечивает смазку деталей. Остаётся только ограничить её содержание в топливе: для дизельных атмосферных двигателей не более 350 ррм, турбированных – не более 50 ррм и TDI, CDI, HDI – не более 10 ррм.

Конечно, на АЗС вы этого ничего не узнаете, но если задаться целью определения нормальной заправочной станции, торгующей соответствующей для вашего двигателя соляркой, то достаточно взять топливо на пробу на нескольких АЗС и отправить его в лабораторию. Там вам выдадут не только его ЦЧ, но и температуру вспышки, влияющую на пусковые свойства и токсичность, которая должна быть не ниже 40°, а также температуру помутнения (точку начала кристаллизации парафинов). Для летнего дизтоплива она должна быть не выше -5°С, а для зимнего – не выше -25°С. Процесс определения температуры помутнения длится в течение пяти часов, но он стоит того, так как от этого зависит запуск дизеля при минусовых температурах.

Существует ещё так называемая температура предельной фильтруемости, ниже которой топливные фильтры выходят из строя, а также температура застывания, при которой ДТ теряет подвижность. Обычно она ниже температуры предельной фильтруемости на 5-7° С. Ну и, конечно же, нельзя обойти такую характеристику дизельного топлива, как его смазывающая способность, от которой напрямую зависит долговечность деталей топливной аппаратуры. Определяется она по диаметру пятна контакта, составляющему не менее 460 мкм.

На сегодняшний день требуемым показателям по Евро-4 наиболее соответствует дизельное топливо, реализуемое на АЗС корпорации ТНК. Кроме этого, оно полностью отвечает требованиям экологических стандартов, но для обычных атмосферных и турбированных дизелей у топлива ТНК слишком большое цетановое число. Высокие моторные показатели благодаря сбалансированным ФХП (фракционно-химическим присадкам) имеет дизтопливо на АЗС, принадлежащих ЛУКОЙЛ, но у него выявилась недостаточная смазывающая способность. В отличие от ЛУКОЙЛ, топливо Татнефть демонстрирует хорошую смазывающую способность и низкое содержание ПАУ, но при его использовании резко увеличивается расход топлива. Высокое цетановое число обеспечивает топливо компании Shell, но, к сожалению, в нём слишком много серы и очень высокое содержание ПАУ. Такое же высокое ЦЧ гарантирует и корпорация ВР, чьё дизтопливо отлично подойдёт для двигателей TDI, CDI и HDI, но у него слишком низкая смазывающая способность, а ЦЧ категорически не подходит для обычных атмосферных и турбированных дизелей. Для всех без исключения двигателей подойдёт дизельное топливо, реализуемое на АЗС Роснефть, с минимальной дымностью и минимальным количеством ПАУ. У него только один недостаток – много серы.

В общем, если вы хотите минимизировать проблемы эксплуатации топливной аппаратуры дизельного двигателя, выберите одно АЗС, наиболее подходящее для вашего автомобиля и старайтесь заправляться только там. В нашей стране дизельное топливо классифицируется по сортам, классам и низкотемпературным свойствам. Для умеренного климата существует классификация по сортам от А до F, а для холодного и арктического климата установлены классы от 0 до 4, различающиеся температурой воспламенения (до -35°C) и температурой застывания (до — 50° C). В России в теплые месяцы должно реализовываться летнее ДТ, характеризуемое температурой воспламенения равной 62°C и температурами застывания и фильтрации не ниже -5°C. В холодное время года на АЗС поступает зимнее дизтопливо, соответствующее классу 1 с температурой воспламенения не выше 40°C, застывания не меньше -35°C и фильтрации не менее — 26°С.

В переходные климатические периоды (как правило, апрель и октябрь) АЗС должны реализовывать ДТ сорта Е с температурой фильтруемости не выше -15° С. Другими словами, сорт Е – это смешивание летнего и зимнего топлива в пропорции 50х50. Но это всё возможно только в идеале. На самом деле большинство АЗС не станет реализовывать зимнее дизтопливо, пока не продаст летнее, от чего в первую очередь страдают рядовые водители. Что делать? Выхода только два: поиск порядочной АЗС или применение антигелевых присадок. Кстати, многие водители совершают ошибку, заливая антигель в заполненный топливный бак после снижения температуры ниже нулевой отметки. Это в корне неверно. Антигель заливается в пустой бак перед заправкой ещё при плюсовой температуре, чтобы успеть качественно перемешаться с топливом и выполнить свою низкозамерзающую функцию. В крайнем случае, можно использовать керосин, обладающий смазывающими свойствами. При добавлении керосина в топливо в пропорции 1 к 5 (20% керосина) топливная смесь не застынет до — 40°С. Но ни в коем случае не добавляйте в дизтопливо бензин – это смерть для топливной аппаратуры дизеля.

Дизельное топливо – источник энергии для большого числа транспортных средств: сельскохозяйственной техники, автомобильного, железнодорожного и водного транспорта, машин, используемых в горнодобывающей отрасли и т.д. Чтобы обеспечить качественную и бесперебойную работу техники, а также избежать преждевременного износа мотора, важно использовать хорошее топливо, отвечающее всем нормам.

Покупая дизельное топливо с доставкой в Москве , поинтересуйтесь наличием у поставщика специального паспорта. В нем указываются основные характеристики и параметры продукта.

Какие параметры определяют качество дизеля?

  1. Цетановое число. Самый важный показатель. Он него зависит, насколько быстро произойдет воспламенение дизеля в камере сгорания двигателя после впрыскивания. У высококачественного продукта это число варьируется в пределах 50-55. У хорошего – показатель должен быть не ниже 40. Цетановое число менее 40 замедляет воспламенение горючего. Это приводит к потере мощности и преждевременному износу мотора. А при слишком высоком значении (более 55) возрастает расход дизеля, увеличивается объем и количество выхлопа.
  2. Фракционный состав. Характеризует время перехода топлива из жидкого состояния в газообразное. Его определяют по температуре, при которой испаряется определенный объем горючего. Высокий показатель приводит к разжижению масла и интенсивному нагарообразованию, низкий – к уменьшению вязкости и быстрому износу оборудования.
  3. Вязкость. Отвечает за качество подачи горючего, его распыление и эффективность работы фильтра. Жидкий продукт обладает плохими смазывающими качествами и приводит к износу топливного насоса. Густой дизель провоцирует неравномерное горение, что негативно отражается на составных частях мотора.
  4. Содержание серы. Такая добавка обеспечивает двигателю лучшую смазку и продлевает срок его службы. Качественный дизель содержит до 1,5% серы. Большее ее количество провоцирует окисление моторного масла и сильное загрязнение выхлопами окружающей среды.

Защитить свой автомобиль от некачественного топлива можно. Для этого приобретайте горючее у проверенных производителей в известных сетях АЗС. Компании, использующие карты на топливо реализуют качественное топливо с оптимальным соотношением всех параметров.

Заказывайте карты «Роснефть» и «Магистраль» у нас на сайте. Компания «РусПетрол» сотрудничает более чем с 20 брендами АЗС, которых объединяет неизменное качество продуктов.

Выбор подходящей АЗС, обладающей как топливом приемлемого качества, так и не заоблачными ценами – задача зачастую не проще выбора автомобиля, ведь от этих параметров зависит продолжительность и безопасность эксплуатации составляющих вашего транспортного средства, а также безопасность кошелька. Потому мы представляем рейтинг заправок по качеству 2018-2019 года Москвы и области.

Что такое качественный бензин?

Зачем заправлять машину достойным бензином и как определить какой лучше? Отвечаем на первый вопрос: бензин низкого качества отрицательно сказывается на процедуре запуска мотора, быстро выводит из строя свечи зажигания и повреждает составляющие топливной системы. Помните, что чем дольше вы экономите и делаете выбор в пользу заправочных станций, предлагающих бензин низкого качества, тем большей угрозе подвергаете свое авто.

Газпромнефть

Автозаправочная сеть от крупнейшей российской компании не оставляет равнодушными миллионы автовладельцев по всей стране. Все топливо соответствует стандарту Евро 4, а потому вы можете не беспокоится за сохранность элементов вашего автомобиля.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Помимо имеющихся на всех АЗС бензина и дизельного топлива, Газпромнефть ожидаемо предлагает еще и газ. Заправки практически всегда оборудованы уголками для отдыха или покупки перекусить в дорогу, а профессионализм сотрудников не вызывает нареканий.

Роснефть

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Крупный игрок на рынке российского топлива не только предоставляет лицензию на реализацию нефтепродуктов BP, но и имеет широчайшую сеть автозаправок по всей России. Собственное производство, а также статус важнейшей государственной корпорации гарантирует потребителям качество горючего. А еще на их АЗС, пожалуй, самый вкусный кофе.

Лукойл

Широко признанный лидер среди отечественных поставщиков продуктов нефтепереработки. Топливо соответствует стандартам Евро 5 и постоянно завоевывает награды за экологические характеристики своего бензина, а покупатели обычно остаются с Лукойлом на долгий срок после первого же использования.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Большим плюсом на фоне многих конкурентов является широта предложения нефтепродуктов, позволяющая заправить любой автомобиль, не боясь о потери его эксплуатационных качеств. Цены на заправках этой компании довольно высоки, но великолепное качество бензина здесь дополняется отличным сервисом и дополнительными услугами, а потому приходится немного переплатить.

Мы надеемся, что наш обзор, посвященный тому на каких заправках приобретать топливо, поможет вам выбрать подходящую сеть АЗС по душе и бюджету, а так же сбережет в целости и сохранности ключевые технические элементы вашего транспортного средства. Удачи на дорогах и не экономьте на самом важном.

Если статья была вам полезна, не забудьте добавить в закладки (Ctrl+D) чтоб не потерять и подпишитесь на наш канал Яндекс Дзен !

В настоящее время при достаточно высоких ценах на бензин дизельное топливо становится все более популярным. Многие автолюбители отдают предпочтение именно этому виду горючего. Однако нередко встает вопрос: как определить его качество?

Виды дизельного топлива

В соответствии с принятыми в 2006 году нормами ГОСТ, в России выпускается три вида дизтоплива (солярки):

  • летний, с литерой «Л»;
  • , с литерой «З»;
  • арктический, с литерой «А».
  • 350 мг — евростандарт «Евро-3» ;
  • 50 мг — евростандарт «Евро-4» ;
  • 10 мг — евростандарт «Евро-5» .

Определение качества дизтоплива по внешнему виду

Проверить дизельное топливо, не прибегая к сложным лабораторным исследованиям, можно по его органолептическим показателям или, как говорится, «на глаз». С этой целью небольшое количество топлива нужно залить в прозрачную емкость и оставить на некоторое время.

После того как тестируемое дизтопливо отстоится, его сравнивают с образцом масла хорошего качества. Некачественная солярка будет отличаться более темным цветом, а на дне емкости появится осадок. Если в испытываемом образце имеется вода, то она осядет на дно видимым слоем.

Лабораторная проверка дизельного топлива

Если возникают сомнения в качестве топлива, то следует попросить у продавца показать паспорт качества на этот продукт. Такой документ должен иметь все данные о продаваемом дизтопливе.

Небольшое количество солярки можно залить в канистру и отвезти в лабораторию, где ее проверят на наличие воды и различных механических примесей. Присутствие серы в топливе и ее количество определяют при помощи рентгена. От наличия этого вещества в автомобиле наиболее страдает каталитический нейтрализатор, а также окружающая среда. Дизельное топливо с большим количеством серы оказывает на здоровье людей вредное воздействие. Серные выхлопы возвращаются на землю в виде кислотных дождей, которые вызывают заболевания верхних дыхательных путей и губят зеленые насаждения.

Посредством лабораторного исследования можно проверить цетановое число. Оно не должно быть ниже 45. От этого показателя в немалой степени зависит мощность двигателя и его экономичность.

Анализ концентрации полициклических углеводородов поможет определить уровень канцерогенов в выхлопных газах. Температуру вспышки (она должна быть выше 55 градусов С) проверяют в специальных закрытых тиглях. Это исследование помогает установить наличие в солярке бензина.

Качество дизельного топлива играет большую роль: его низкое качество к скорому изнашиванию частей техники, уменьшает эффективность работы. Как понять, качественное топливо или нет? Существует несколько основных характеристик дизтоплива, по которым можно судить о его качестве.

Основные характеристики топлива, влияющие на его качество

Цетановое число

Самая важная характеристика — цетановое число(цч) , показывающее скорость воспламенения солярки в двигателе. ЦЧ качественного топлива имеет значение от 40 до 55. Если цч меньше 40, то дизтопливо воспламеняется медленно, в результате двигатель быстро изнашивается, а при значении большем 60 увеличиваются расход топлива и объем выхлопных газов.

Фракционный состав

Вязкость

От величины вязкости также зависит качество дизельного топлива. С одной стороны, оно не должно быть слишком вязким, потому что из-за неравномерного процесса его горения быстро разрушаются составные части двигателя. С другой стороны, оно не должно быть и слишком жидким, так как топливный насос не сможет хорошо смазываться. Оптимальная величина вязкости для летнего дизельного топлива — от 3,0 до 6 сСт, для зимнего — от 1,8 до 5,0 сСт.

Помимо вышеописанных факторов на качество топлива оказывает влияние содержание серы. Сера приводит к окислению моторного масла, что приводит к сильному загрязнению окружающей среды выхлопными газами. С другой стороны, сера необходима в топливе для смазки частей двигателя для снижения их износа. Оптимальное содержание серы в дизельном топливе — от 0,15 до 1,5%.

Как самостоятельно определить качество? Наиболее распространенный суррогат — смесь летнего дизтоплива и керосина. За дизельное топливо могут выдавать маловязкое судовое, печное или газовый конденсат. Проверить его можно только лаборатории. Существует кустарный способ. Необходимо налить топливо в прозрачную тару и дать ему немного постоять. Некачественное дизтопливо часто имеет более темный оттенок по сравнении с качественным. Кроме того, нужно обратить внимание на осадок, которого там быть не должно.

Как определить самостоятельно качество дизельного топлива и не только..

Конечно же каждый авто владелец рассчитывает на то, что при заправке он заливает качественный нефтепродукт, который соответствует ГОСТ Р 52368-2005, в точности копирующий евронормаль EN-590 и отвечающий нормам Евро-4 и Евро-5.

Ведь владелец дизельного автомобиля заинтересован в его безупречной работе, надежности, минимальном расходе топлива и длительном сроке службы.

Однако, все это может перечеркнуть недостаточно высокое качество дизельного топлива (ДТ).

Параметры, определяющие качество дизтоплива

Итак, качественное дизельное топливо — залог эффективной работы вашего автомобиля

Каждый производитель (НПЗ) предоставляет специальный паспорт качества на дизельное топливо, который и является гарантией того, что вы заправляете качественный продукт. В паспорте указаны все ключевые характеристики и показатели качества дизельного топлива, к которым относятся:

1. Цетановое число. Эта самый важный параметр, который показывает скорость воспламенения топлива в двигателе. Высокое качество дизтоплива гарантирует ЦЧ в диапазоне 40-55. При ЦЧ менее 40 дизтопливо будет воспламеняться медленно, а износ двигателя наступит очень быстро. Значение, превышающее 55, грозит большим расходом топлива и объемом выхлопа.

2. Фракционный состав Еще одним показателем качества является фракционный состав, который определяется по температуре испарения топлива. Если фракционный состав становится слишком высоким, то происходит быстрое образование нагара и разжижение масла. При низких температурах воздуха часто дизтопливо разбавляется керосином, из-за чего, с одной стороны, облегчается воспламенение этого топлива при низких температурах, а с другой стороны, фракционный состав становится слишком большим, что приводит к уже упомянутым негативным последствиям.

3. Вязкость От величины вязкости также зависит качество дизельного топлива. С одной стороны, оно не должно быть слишком вязким, потому что из-за неравномерного процесса его горения быстро разрушаются составные части двигателя. С другой стороны, оно не должно быть и слишком жидким, так как топливный насос не сможет хорошо смазываться. Оптимальная величина вязкости для летнего дизельного топлива — от 3,0 до 6 сСт, для зимнего – от 1,8 до 5,0 сСт.

4. Содержание серы Сера провоцирует окисление моторного масла, а это сильно загрязняет выхлопными газами окружающую среду. Чем меньше ее в топливе, тем дольше служит каталитический нейтрализатор, Однако, без серы не обойтись, она обеспечивает смазку частей двигателя и снижение их износа. Качественное дизтопливо должно иметь процентное содержание серы 0,15-1,5%. При концентрации серы менее 50 мг/кг нейтрализатор будет исправно работать не один десяток тысяч километров, а при «гостовских» 2000 мг/кг он перестанет эффективно функционировать уже после нескольких заправок: сера, взаимодействуя с драгоценными металлами нейтрализатора, сводит их химическую активность на нет. Тем не менее сера — не только злейший враг нейтрализаторов, но и лучший друг трущихся пар внутри дизельной топливной аппаратуры. Ведь они смазываются исключительно соляркой, антифрикционные и противозадирные свойства которой напрямую зависят от концентрации серы: чем ее больше, тем лучше. Поэтому в низкосернистое топливо нужно добавлять противоизносные присадки, а смазывающую способность — нормировать.

7. Температура вспышки. Определяет условия безопасности применения топлива в дизелях; наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию, износ.

Важность проверки ДТ на качество

Случаи когда «фирменные» заправки или частные АЗС,(в том числе франчайзинговые станции) далеко не всегда продают заявленный качественный продукт не редки. При заправке ДТ требуйте паспорт качества. К сожалению, даже топливо от проверенного производителя может оказаться низкокачественным. И причины тут множество (от недобросовестности самого изготовителя, до «нечистоплотности» поставщиков и самих реализаторов, операторов) .На разной стадии ДТ может подвергаться различным переработкам, разбавкам и прочим операциям, снижающим его качество. Самый распространенный вариант суррогата — это летнее ДТ, смешанное с различными модификаторами, в том числе керосином, которых снижает смазывающую способность солярки и Установить факт наличия керосина, к сожалению, можно только в лабораторных условиях. Также под видом дизтоплива могут продать похожее по цвету судовое топливо (маловязкое), печное топливо, а то и газовый конденсат. Тем кто покупает большие партии топлива(к примеру автобаза) рекомендуем производить контрольный лабораторный анализ качества ДТ.

Самостоятельная проверка дизельного топлива

Теплоэнергетика по металлургическим переделамСамый простой способ определения качества ДТ достаточно прост, наливаем топливо в прозрачный сосуд,закупориваем пробкой и отстаиваем. Топливо низкого качества скоро примет темный оттенок, а также даст осадок, Наличие воды также сформирует отдельный слой.

1. Для определения наличия механических примесей , следует пропустить топливо через бумажный фильтр. ДТ хорошего качества оставит пятно небольшое и светлое. Низкокачественное ДТ оставит на фильтре пятно большее по размеру и более темное. Качественное дизельное топливо обладает слабым, нерезким запахом, имеет цвет от светло-коричневого до бурого с синеватым оттенком, после испарения оставляет на листе чистой бумаги жирное пятно, в то время как бензин испаряется бесследно. Но все прекрасно понимают, что все эти исследования достаточно относительны, и более точные показатели можно получить только при проведении исследований в лабораторных условиях.

Теплоэнергетика по металлургическим переделам

Владелец дизельного автомобиля по-прежнему должен быть осторожен и с недобросовестной АЗС.

Практика показывает, что при заправке ДТ достаточно часто происходит типичный недолив топлива, так в зависимости от аппетитов АЗС недолив может составить — от 50 мл до 800 мл на 5 л топлива. Удачных вам поездок!

Для любой техники огромное значение имеет качество используемого в ней дизельного топлива. Обычно плохая солярка приводит как к снижению эффективности работы техники, так и к быстрому изнашиванию всех ее составных частей. Соответственно, многих из нас интересует ответ на вопрос о том, как определить качество дизтоплива . Есть несколько основных характеристик дизельного топлива, по которым можно судить о его качестве.

Наиболее часто используемой характеристикой является цетановое число дизельного топлива . Оно показывает скорость воспламенения солярки в двигателе. Цетановое число качественного дизельного топлива находится в промежутке от 40 до 55. При значении меньшем 40 солярка воспламеняется медленно, вследствие чего двигатель быстро изнашивается, а при значении большем 60 увеличиваются расход топлива и объем выхлопных газов.

Следующей важной характеристикой дизельного топлива является вязкость. С одной стороны, солярка не должна быть слишком вязкой, поскольку в противном случае из-за неравномерного процесса ее горения быстро разрушаются составные части двигателя. С другой стороны, она не должна быть и слишком жидкой, иначе топливный насос будет плохо смазываться. Оптимальное значение вязкости для летнего дизельного топлива находится в промежутке от 3,0 до 6 сСт, а для зимнего – от 1,8 до 5,0 сСт.

Другим показателем качества солярки является ее фракционный состав. Он определяется температурой испарения дизельного топлива. Важно, чтобы фракционный состав не был слишком высоким, иначе практически неизбежны быстрое изнашивание форсунок, образование нагара и разжижение масла. К сожалению, в северных регионах нашей страны солярку нередко разбавляют керосином, вследствие чего, с одной стороны, облегчается воспламенение этого топлива при низких температурах, а с другой стороны, фракционный состав становится слишком большим, что приводит к уже упомянутым негативным последствиям.

Подобно цетановому числу и вязкости, содержание серы оказывает двойственное влияние на качество дизельного топлива. С одной стороны, сера приводит к окислению моторного масла и, что особенно актуально сегодня, к более сильному загрязнению окружающей среды выхлопными газами. С другой стороны, без серы в топливе все-таки не обойтись, иначе оно перестает должным образом смазывать части двигателя, тем самым приводя к их быстрому износу. Оптимальное содержание серы в солярке находится в пределах от 0,15 до 1,5%. В заключение стоит сказать, что сегодня в Интернете и газетах можно найти много объявлений вроде «дизтопливо в Москве», «продажа зимнего дизтоплива», «доставка дт» и т.д. Многие из них предоставляются действительно добросовестными компаниями, продающими дизельное топливо характеристики которого подтверждены всеми необходимыми документами. Однако все-таки никто не застрахован от покупки плохого топлива, ведь его качество нельзя определить по внешнему виду. Поэтому лучшие способы защитить свою технику от некачественной солярки – это уже проверка документов поставщика, подтверждающих качество его продукции, и заключение с ним договора, по которому он будет ответственен за любые поломки, возникшие в связи с плохими характеристиками топлива.

Для того чтобы улучшить качество солярки можно воспользоваться специальными присадками.

В 2007 году мировой авторынок с нетерпением ждал выхода кабриолета BMW 1-й серии. Но когда вышел официальный пресс-релиз для российского рынка, наших соотечественников ожидало разочарование сродни тому, что испытывает ребенок, оставшийся на Новый Год без подарка. Практически все дизельные модификации сопровождала приписка «(НЕ поставляется в Россию из-за низкого качества топлива)», впрочем и для оставшихся бензиновых версий значительная часть опций была недоступна по той же причине.

Так что же пугает в нашей солярке крупнейших мировых автопроизводителей, отказывающихся поставлять на наш рынок автомобили с дизельными моторами последних поколений с формулировкой «. из-за низкого качества топлива»?

Для этого необходимо разобраться что есть дизтопливо и с чем его едят.

Дизельное топливо обладает рядом специфических характеристик, определяющих не только эффективность работы двигателя, но и влияющих на срок службы узлов топливной системы.

Основной характеристикой принято считать цетановое число (аналогично октановому числу у бензина). Оно характеризует работу двигателя с точки зрения воспламенения дизельного топлива и его сгорания. От цетанового числа, в свою очередь, зависит мощность, дымность и шумность двигателя. Обычный диапазон значений цетанового числа колеблется от 40 до 50. Фактически, эта цифра означает срок задержки возгорания (отрезок времени от подачи топлива в цилиндр до его воспламенения). Более высокое цетановое число означает меньший период воспламенения, и, соответственно, лучшее горение топлива. Кроме того, при его повышении улучшаются экологические характеристики выхлопа. Однако если этот показатель превышает 60, то прирост мощности двигателя прекращается. В свою очередь, солярку с низким цетановым числом производить проще, поэтому на практике изготавливают дизельного топливо с цетановым числом не менее 40-45.

Цетановый индекс — расчетное цетановое число до добавки в топливо цетаноповышающей присадки. Величина цетанового индекса во избежание передозировки присадок должна быть максимально близка к цетановому числу. Цетановый индекс фактически определяет качество топлива на промежуточном цикле производства.

Фракционный состав -наряду с цетановым числом является одним из наиболее важных показателей качества дизельного топлива. Он оказывает влияние на расход топлива, дымность выпуска, легкость пуска двигателя, износ трущихся деталей, нагарообразование и закоксовывание форсунок, пригорание поршневых колец.

Средняя испаряемость (температура при которой выкипает 50% первоначального объема топлива) характеризует рабочие фракции топлива. Именно они обеспечивают запуск, прогрев, приёмистость и устойчивость работы двигателя, а также определяют характеристики переходных режимов.

Температура выкипания 95% топлива. Определяет полноту испарения топлива в двигателе. При слишком высоких значениях топливо не успевает полностью испаряться и конденсируется на внутренних поверхностях камеры сгорания, приводя к повышенному нагарообразованию, разжижению масла и ускорению процессов износа деталей цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Температура вспышки в закрытом тигле — наименьшая температура, при которой пары топлива способны вспыхивать при появлении открытого источника огня, не образуя при этом устойчивого горения. Температура вспышки определяет условия безопасности применения топлива.

Массовая доля серы — количество серы, присутствующее в топливе. Наличие серы в топливе имеет как отрицательные, так и положительные стороны. С одной стороны, повышенное содержание серы в топливе ухудшает экологические параметры выхлопа, приводит к образованию серных и сернистых кислот в системе смазки, провоцирующих ускорение окисления моторного масла. Это приводит к снижению смазывающих, противоизносных, противозадирных и моющих свойств масла и образованию нагара в камере сгорания. Следовательно, при работе двигателя на топливе с повышенным содержанием серы приходится сокращать межсервисные интервалы.

Однако, снижение содержания серы приводит к ухудшению смазывающих свойств топлива, что приводит к ускоренному износу деталей ТНВД и топливных форсунок.

Кинематическая вязкость и плотность -определяют возможность нормальной, бесперебойной подачи топлива, образования топливо-воздушной смеси и работоспособность системы фильтрации.

Смазывающая способность — характеристика, показывающая способность гидродинамической и граничной смазки двигающихся частей ТНВД. Определяет срок службы элементов топливной системы.

Степень чистоты топлива — определяет эффективность и надежность работы двигателя, особенно топливной аппаратуры. В парах трения топливных насосов зазоры составляют 1,5-4,0 мкм., соответственно частицы размер которых превышает эти значения приводит к ускоренному износу деталей.

Углеродистый нагар, а точнее, способность к его образованию. Зависит от качества топлива. Чем оно ниже, тем интенсивнее нагар образуется на внутренних поверхностях камер сгорания, что со временем приводит к постепенному снижению мощности двигателя.

Плотность топлива — энергетический показатель дизельного топлива. Чем плотность выше, тем больше энергии вырабатывается в процессе сгорания смеси и, соответственно, возрастают показатели эффективности и экономичности.

Температура помутнения — температура, при которой начинается процесс кристаллизации содержащегося в топливе парафина. При этой температуре парафин неравномерно распределяется в объеме топлива, образуя своеобразные «облака».

Точка закупорки — минимальная температура, при которой топливо способно протекать в канал диаметром 45 мкм. Значение температуры точки закупорки напрямую зависит от температуры помутнения. Понижение температуры до этого значения приводит к закупорке топливных фильтров кристаллами парафина.

Несгораемые шлаки — показатель влияет на степень чистоты топлива. Практически любое дизельное топливо содержит некоторое количество несгораемых, трудно фильтруемых металлических включений — шлаков.

Как видно, характеристик, влияющих на качественные показатели дизельного топлива немало. И основная беда российской солярки — по-прежнему значительная доля нефтеперерабатывающих заводов работающих на оборудовании, произведенном еще в СССР. Соответственно и их продукция полностью подходит для дизельных двигателей тех лет, устанавливавшихся на МАЗах, КамАЗах, МТЗ и прочих неприхотливых «рабочих лошадках». Справедливости ради стоит заметить, что в последние годы, особенно с началом введения европейских экологических стандартов семейства Euro, ситуация начала стремительно меняться: многие НПЗ, принадлежащие крупным компаниям взяли курс на техническое перевооружение. Естественно дизельное топливо выпускаемое этими предприятиями соответствует всем современным стандартам качества, но к сожалению, доля такого топлива на рынке пока что ощутимо мала, а в большинстве случаев на АЗС предлагается солярка недостаточного качества для безопасной и долгой эксплуатации двигателей, разработанных и произведенных за рубежом. Но другого топлива у нас пока что нет. И единственным выходом представляется использование специальных присадок в топливо, способных «подтянуть» показатели до требуемых величин. Но стоит помнить, что категорически не рекомендуется одновременно применять присадки от различных производителей, т.к. они могут оказаться несовместимыми и вместо улучшения свойств топлива вполне можно приблизить необходимость визита к мотористу и в специализированную мастерскую по ТНВД и топливным системам. Тем более, что у ведущих производителей автохимии в ассортименте присутствуют присадки практически на любой случай.

В качестве наглядного примера можно привести ведущего мирового производителя автохимии немецкую компанию LIQUI MOLY и ее линейку присадок к топливу для дизельных двигателей.

LIQUI MOLY Diesel-Spülung

ОПИСАНИЕ: Diesel-Spülung комбинация высокоэффективных очищающих присадок. Специальные вещества отлично очищают топливную систему , предотвращают коррозию и улучшают качество дизельного топлива (цетановое число).

Очищает топливную систему

Удаляет нагар и отложения с форсунок

Повышает цетановое число дизельного топлива

Предотвращает закисание игл

Защищает от коррозии

Обеспечивает оптимальное сгорание топлива

Улучшает эксплуатационные показатели автомобиля, мощность и приемистость

Для всех типов дизельных двигателей с проблемами запуска, неустойчивой работой двигателя, засоренными форсунками и иглами. Для устранения этих проблем достаточно 500 мл присадки.

Профилактическое применение: Необходимо добавлять в топливо примерно каждые 3000 км на 75 л

Очистка топливной системы: Отсоединить топливопровод от бака и топливный шланг обратной подачи и поместить их в банку с присадкой. Запустить двигатель и дать ему поработать на присадке периодически прогазовывая пока вся присадка не выработается.

Альтернативное использование присадки возможно при применении аппарата JetClean. Для этого необходимо в аппарат налить 2-3 л присадки, подсоединить все необходимые переходники и произвести очистку двигателя согласно инструкции, прилагаемой к аппарату.

Теплоэнергетика по металлургическим переделамLIQUI MOLY Speed Diesel Zusatz

ОПИСАНИЕ: Присадка для дизеля Speed Diesel Zusatz — это комбинация активных веществ с чистящими, диспергирующими и защитными свойствами с учетом современных двигателей, горюче-смазочных материалов и условий эксплуатации.

Обеспечивает оптимальное сжигание и в результате малый уд. расход топлива

Повышает мощность и экономичность

Защищает топливный насос, форсуночные иглы, зону с цилиндрами/поршнями и выпускными клапанами

Легкий запуск зимой без разогрева

Бережный процесс сжигания

Добавка к дизельному топливу для любых дизельных двигателей в легковом, грузовом автомобиле, тракторах, автобусах, сельскохозяйственных машинах и для стационарных двигателей. Великолепно может использоваться для консервации двигателей при длительном простое в экстремальных условиях.

Объема 1 л достаточно для 400 л дизельного топлива.

Измерительный стаканчик 25 мл (интегрирован в крышку) на 10 л дизельного топлива.

Смешивание с топливом осуществляется автоматически.

Теплоэнергетика по металлургическим переделамLIQUI MOLY Super Diesel Additiv

ОПИСАНИЕ: Super Diesel Additiv- это комбинация активных веществ с чистящими, диспергирующими и защитными свойствами. Разработанная для современных двигателей, горюче-смазочных материалов и условий эксплуатации, повышающая цетановое число. Содержащийся Lubricity Improver придает дизельному топливу с низким содержанием серы достаточную смазочную способность. Благодаря повышению воспламеняемости топливо в холодном состоянии лучше сжигается и в результате снижается загазованность выхлопными газами.

Обеспечивает чистоту и предотвращает отложения в топливной системе и камере сгорания

Поддерживает чистоту впрыскивающих форсунок, обеспечивает оптимальное сгорание в двигателе, что ведет к малому удельному расходу топлива и максимальной мощности двигателя

Предотвращает пригорание и осмоление форсуночных игл

Повышает смазочный эффект дизельного топлива с малым содержанием серы (low sulphur diesel согласно DIN EN 590) и защищает распределительный топливный насос от износа.

Повышает цетановое число ДТ, и смягчает процесс сгорания

Содержит антиоксидант и предотвращает коррозию

Совместимость с любыми современными дизельными окислительными катализаторами.

Добавка к дизельному топливу для любых дизельных двигателей, а также для дизельных двигателей высокого давления, в легковых, грузовых автомобилях, тракторах, строительных машинах и для стационарных двигателей. Великолепно может использоваться для консервации двигателей при длительном простое в экстремальных условиях.

Теплоэнергетика по металлургическим переделамLIQUI MOLY Speed Tec Diesel

ОПИСАНИЕ: Speed Tec Diesel — это современная топливная присадка, предназначенная для улучшения процесса сгорания и ускорения в диапазоне частичных нагрузок. Продукт совместим со всеми обычными видами дизельного топлива и присадками любого качества. Значительно увеличивает ускорение транспортного средства.

Нет металлоорганических соединений

Более высокий выход мощности

Лучшие ходовые качества

Не влияет на цетановое число

Улучшает ускорение транспортного средства

Очищает систему впуска

Совместим с катализатором

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: Присадка предназначена для всех видов дизельных двигателей. Для улучшения ускорения и увеличения плавности хода.

Добавить присадку в топливо из расчета 250 мл упаковки на максимально 70 литров топлива.

Теплоэнергетика по металлургическим переделамLIQUI MOLY DIESEL-SCHMIER-ADDITIV

Комбинация поверхностно активных веществ повышающая смазывающую способность дизельного топлива. Продукт отвечает требованиям производителей дизельных двигателей, предусматривающих эксплуатацию на экологически чистом топливе с малым содержанием серы. Защищает топливную аппаратуру от повышенного износа и преждевременного выхода из строя. Разработано специально для моноблочных ТНВД легковых и легких грузовых автомобилей.

Уменьшает износ топливного насоса высокого давления

Защищает топливную систему от коррозии

Препятствует падению давления в топливной системе

Снижает шум работы и вибрации насоса

Подходит для всех современных автомобилей с катализаторами

Экономично в использовании, не загрязняет окружающую среду

Добавляется в дизельное топливо для всех дизельных двигателей с обычными ТНВД для снижения трения и износа деталей топливной системы.

При регулярном использовании улучшает смазывающие свойства дизельного топлива. Одной 150 граммовой бутылочки достаточно для 80 литров дизельного топлива. Смешивание происходит самостоятельно. Применять постоянно, при каждой заправке. При временном прекращении эксплуатации двигателя или консервировании добавить 1% продукта в дизельное топливо.

Теплоэнергетика по металлургическим переделамLIQUI MOLY Systempflege Diesel

Комбинация активных веществ с высокими смазывающими свойствами и очищающими добавками. Продукт отвечает требованиям дизельных моторов с малым содержанием серы для предохранения их от устаревания. Благодаря повышенной готовности к зажиганию обеспечивается лучшее сгорание топлива и снижается выделение отравляющих веществ в атмосферу.

Обеспечивает чистоту и предохраняет от отложений в топливной системе и местах сгорания топлива;

Содержит в чистоте форсунки, способствуя улучшению сгорания топлива и таким образом уменьшая количество потребляемого топлива;

Уменьшает загрязнение форсунок;

Содержит антиоксидант и предохраняет от коррозии;

Годится для всех современных дизельнооксидных катализаторов.

Добавление в дизельное топливо во всех дизельных моторах с Common-Rail системой впрыскивания. Отлично подходит для «консервирования» двигателей при экстремальных погодных условиях

Повышает готовность к зажиганию, при регулярном использовании улучшает смазывающие свойства дизельного топлива с малым содержанием серы. Одной 250 граммовой бутылочки достаточно для 75 литров дизельного топлива. Дозировка 1:300. Применять каждые 2000 км. При временном прекращении эксплуатации двигателя или консервировании добавить 1% продукта в дизельное топливо. Продукт может применяться в любое время, поскольку смешивание происходит самостоятельно

Источник http://metallurgist.pro/teploenergetika-po-metallurgicheskim-peredelam/

Источник http://tugulympu.ru/osnovnoe-toplivo-dlya-pechei-svoistva-harakteristicheskih-funkcii/

Источник http://autoglim.ru/brake-system-diagram-and-repair/kachestvennoe-dizelnoe-toplivo-kakoe-byvaet-dizelnoe/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

X