Аналіз сучасних методів визначення теплотворноi властивості газів

1

УДК 338.45:30.10

АНАЛІЗ СУЧАСНИХ МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТВОРНОЇ ЗДАТНОСТІ ГАЗІВ Гордієнко Л.В. За останні тридцять років світове споживання газу збільшилось більше, ніж у три рази. Широке використання природного газу в народному господарстві як технологічного та енергетичного палива обумовлене рядом техніко-економічних факторів. Основними з них є універсальність газового палива та його технологічні та експлуатаційні властивості, що відповідають зростаючим вимогам сучасного промислового виробництва і дозволяють інтенсифікувати й автоматизувати технологічні процеси. Одночасно використання газового палива веде до поліпшення якості продукції, зниження витрат первинної енергії, оздоровлення повітряного басейну та поліпшення санітарно-гігієнічних умов праці [1]. Поряд з природними газами як енергоносії використовуються штучні гази, які отримуються на базі переробки твердих палив або води. Оскільки і природні, і штучні гази широко використовуються як енергоносії, то особлива увага при використанні газоподібного палива приділяється його “теплотворній здатності, під якою розуміють кількість тепла, яка виділяється при повному згоранні одиниці об’єму палива” [2]. Теплотворну здатність палива можна визначити двома шляхами. Перший з них полягає у безпосередньому вимірюванні кількості тепла, яке виділяється при спалюванні певної кількості пального; інший шлях оснований на тому, що теплотворність обчислюється, виходячи з теплоти горіння пальних, складових палива і, отже, визначається змістом останніх у паливі. Експериментальне визначення теплотворності виконується у калориметрах. Суть калориметричного методу визначення теплотворної здатності полягає в тому, що тепло, яке виділяється при горінні визначеної кількості палива, поглинається середовищем, властивості якого добре вивчені. Для визначення теплотворної здатності газоподібних палив найбільшим поширенням користується калориметр системи професора Юнкерса. З іншого боку, так як теплотворність палива - теплота згорання речовин, утворюючих його горючу масу, звичайно, найтіснішим чином позв’язана з хімічним складом палива, то цілком доцільним здається для визначення величини теплотворності використовувати дані елементарного аналізу палива. Оскільки за законом Гесса теплота згорання сполучення дорівнює різниці між теплотами згорання вуглецю, водню і сірки і теплотою утворення молекули, то для обчислення теплотворності палива необхідно знати не тільки вміст в ньому вуглецю, водню і сірки, але й природу тих сполук, у яких ці елементи присутні. Основою методу визначення розрахункової теплотворності всякого палива є уявлення про цю величину як про суму теплот згорання елементів, які містяться у паливі або їх сполучень. Таким чином, для такого роду підрахунку мають бути відомі кількості різноманітних сполучень в паливі (його хімічний склад) і теплота їх згорання. З точки зору вимог сучасного виробництва обидва методи мають ряд суттєвих недоліків. Для визначення теплотворності палива калориметричним методом необхідні значні часові витрати, оскільки потрібно спалити достатньо велику кількість газу, а також необхідно для отримання конкретного значення теплотворної здатності математично обробити розрізнені дані, отримані в результаті спалювання палива. Для більшої точності в визначенні теплотворної здатності калориметричним методом необхідно, щоб кількості тепла, що вносяться газом і повітрям у калориметр, дорівнювали кількості тепла, що виноситься відходячими з калориметра продуктами згорання. Приблизною вказівкою на це є значення температури відходячих газів на 4-5 градусів нижче, ніж температура оточуючого середовища. Так як температура відходячих газів наближається до температури води, що надходить в калориметр, то й остання повинна мати температуру на 4-5 градусів нижче від температури оточуючого середовища. Таким чином, з точки зору технологічних та економічних вимог сучасного виробництва калориметричний метод має достатню точність, однак з огляду на істотний вплив наведених вище факторів на отримувані результати, а також в силу того, що цей метод вимагає значних часових витрат, він не є універсальним. Вісник Запорізького державного університету

№1,1998

2

У теоретичному методі визначення теплотворності (тут слід вказати, що поняття “теоретичний метод” декілька умовне, тому що дані для такого методу отримують дослідним шляхом, однак сам підрахунок теплотворності проходить за вже відомими даними) часові витрати складаються із часу отримання елементарних даних про склад використаного газоподібного пального, а також з часу безпосереднього математичного розрахунку теплотворності. Хоч гази відносяться до речовин з індивідуальним хімічним характером, хімічним аналізом точно встановлюється кількість і тип сполучень, з яких вони складаються, що повинно давати точний результат при визначенні теплотворності розрахунковим шляхом, однак на практиці виникають похибки, які визначаються наявністю в складі газу неграничних вуглеводів. Для неграничних вуглеводів приймають, звичайно, деяке усереднене значення теплотворності, в той час як ці значення для різних неграничних вуглеводів мають велику відмінність. Одним із факторів, що впливає на точність у визначенні теплотворності розрахунковим шляхом, є наявність у складі газу водяних парів. Оскільки у розрахунковій формулі облік процентного складу вмісту води відсутній, то їх вплив не враховується, однак практично процентний вміст водяних парів істотно впливає на значення теплотворності газу безпосередньо при його спалюванні. Тому слід зазначити, що розрахунковий шлях визначення теплотворності газу має недоліки, такі як значні часові витрати, необхідні для отримання остаточного значення теплотворної здатності та низька точність отриманих результатів. Таким чином, і калориметричний, і розрахунковий методи визначення теплотворної здатності не відповідають сучасним вимогам, тому необхідний принципово новий підхід до питання визначення теплотворної здатності газоподібних палив.

ЛІТЕРАТУРА 1.

Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива.- Л.: Недра, 1987.

2.

Линчевский В.П. Топливо и его сжигание.- М.- 1979.

Фізико-математичні науки