Уголь или дрова: какой вид топлива выгоднее для современных котлов? Уголь нефть газ дрова


Уголь или дрова практичнее как топливо?

В современных твердотопливных котлах используются различные виды топлива: дрова, пеллеты и каменный уголь. Их основное отличие – в количестве тепловой энергии, выделяемой при сжигании единицы объёма (массы), то есть в калорийности. Чем выше калорийность твёрдого топлива, тем меньше его расход в отопительных целях.

В таблице приведена теплоотдача альтернативных источников энергии

Вид топлива Ккал/кг
Дрова, влажность 50%2 800
Дрова, влажность 30%3 000
Дрова, влажность 20%3 300
Торф3 500
Торфяные брикеты4 000
Бурый уголь 4 500
Каменный уголь (среднего качества)6 000
Антрацит7 000
Нефть7 500
Природный газ8 300
Мазут8 500
Дизельное топливо10 000

Преимущества угля для котлов и печей перед дровами очевидны. Низшая теплота сгорания каменного угля в среднем достигает 6000 ккал/кг, тогда как среднее значение дров держится на уровне 3000 ккал/кг при условии хорошо просушенного дерева. Соответственно, чтобы достичь желаемой температуры, угля необходимо сжечь в разы меньше, чем дров. При сжигании менее калорийного топлива, указанного производителем оборудования, тепловая мощность может упасть до 30% при рекомендованной влажности и ещё больше – при естественной. Например, если в инструкции по эксплуатации котла в качестве основного топлива указан каменный уголь, то для получения номинальной тепловой мощности следует топить его каменным углем.

С увеличением влажности уменьшается теплота сгорания рабочего топлива. Теплотворная способность дров зависит от степени их сырости. Рекомендованная влажность для них – не более 15-20%. Расход дров в твердотопливном котле будет тем меньше, чем суше дрова. Так, дрова с 40% влаги дают только 61% того количества теплоты, какое дают те же дрова с 10% влаги, а дрова с 50% влаги – всего 51%. От уровня влажности дров зависит не только тепловая мощность котла, но и срок его службы. При влажности твёрдого топлива выше 60% сжигание его в большинстве случаев становится невозможным, так как количество выделенного тепла не может нагреть продукты горения даже до температуры 900 °С, при которой ещё возможен устойчивый топочный процесс. Повышенная влажность топлива приводит к коррозии водяных экономайзеров и воздухоподогревателей, а также к их засорению вследствие прилипания к этим поверхностям нагрева влажной золы.

На расход топлива влияют и другие факторы: климатические условия местности, материал стен, перекрытий и крыши здания, материал изготовления окон, количество этажей, год постройки и роза ветров.

Очевидно, что отопление дома угольным топливом наиболее выгодно как с экономической точки зрения, так и с точки зрения трудозатрат. В современных котлах расход угля намного экономичнее по сравнению со старыми аналогами. Поскольку котёл оснащён большой камерой горения, в которую можно засыпать сразу большое количество угля, он будет гореть на протяжении 10-12 часов. Принудительная подача воздуха обеспечивает максимальное выгорание топлива, что позволяет снизить расход угля на обогрев помещения.

uuct.ru

Топливные материалы | Строительные материалы и технологии

Виды топлива и его характеристика

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Для нагрева используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа — топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.Твердое топливо: а) естественное — дрова, каменный уголь, антрацит, торф; б) искусственное — древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.Жидкое топливо: а) естественное — нефть; б) искусственное — бензин, керосин, мазут, смола.Газообразное топливо: а) естественное — природный газ; б) искусственное — генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный и другие газы.Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. К первой группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К таким элементам относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода. Особо от названных элементов стоит сера. Она является горючим веществом и при горении выделяет тепло, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства.Выше было сказано, что количество тепла, выделяемое топливом при сгорании, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м3 газообразного, называется теплотворной способностью. Теплотворная способность различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплотворная способность составляет около 10000 ккал/кг, для качественного каменного угля — 7000 ккал/кг и т. д. Чем выше теплотворная способность топлива, тем оно ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности топлива применяется общая единица измерения. В качестве такой единицы принято топливо, имеющее теплотворную способность 7000 ккал/кг. Эта единица называется условным топливом.Наибольшее распространение для сжигания в кузнечных печах находят следующие виды естественного топлива: бурый уголь, каменный уголь и газообразное топливо. Дрова и торф, обладая низкой теплотворной способностью, почти не пригодны для нагрева металла.

Бурые угли.

Бурые угли представляют собой наиболее молодые сорта каменных углей. Золы в бурых углях содержится от 9 до 45%. Теплотворная способность от 2500 до 5000 ккал/кг. Только что добытый бурый уголь отличается большим содержанием влаги (до 60%). На воздухе бурый уголь теряет влагу, и содержание ее понижается до 30%. Под влиянием атмосферных условий эти угли быстро выветриваются и превращаются в мелочь. При длительном хранении бурые угли самозагораются. В чистом виде бурые угли лишь некоторых месторождений (карагандинское и др.) используются для кузнечных печей с полугазовыми топками, так как они не могут нагревать металл до необходимой температуры.

Каменный уголь.

 Каменный уголь—один из основных видов топлива для кузнечных печей. Образуется каменный уголь отложением растений в течение длительного времени. Образующиеся отложения со временем покрываются толстым слоем земли. Под большим давлением, при полном отсутствии воздуха, происходит разложение древесины и образование каменного угля.Процесс образования угля идет очень медленно и длится тысячелетия. В зависимости от длительности образования получаются разные сорта каменного угля с различной теплотворной способностью. Для кузнечных печей наиболее приемлемым является уголь с большим содержанием летучих, т. е. длиннопламенный и газовый. При длинном пламени создается возможность получения более равномерного нагрева металла в печи.

Газообразное топливо.

Единственным естественным (природным) газом является «горючий газ», который выделяется из земли через естественные выходы или буровые скважины. Теплотворная способность нефтяного (природного) газа около 8000— 8500 ккал/м3 и может доходить до 15000 ккал/м3.В настоящее время естественный газ находит широкое применение в промышленности и в быту, особенно в районах его образования.Среди искусственных видов топлива особое значение для кузнечного производства имеют кокс, древесный уголь, жидкое, газообразное и пылевидное топливо.

Кокс.

 Кокс получается из каменного угля обработкой в специальных коксовых печах без доступа воздуха. При этом выделяются летучие, образуя богатый по калорийности газ, называемый коксовым, который, в свою очередь, является хорошим топливом.Кокс содержит 87% углерода, 4% летучих веществ, 8% золы и 1—2% серы. Теплотворная способность кокса 5600—7000 ккал/кг. В кузнечном производстве кокс употребляется главным образом в горнах.

Древесный уголь.

Древесный уголь выжигается из дров в специальных углевыжигательных печах и является лучшим топливом для кузнечных горнов. В древесном угле содержится очень мало золы и практически совсем не содержится серы. Однако ввиду дороговизны он употребляется редко. Древесный уголь содержит 84 % углерода, 14 % летучих и 2% золы. Теплотворная способность его 7000—8000 ккал/кг.

Жидкое топливо.

 Единственным жидким топливом естественного происхождения, имеющим промышленное значение, является нефть. Сырую нефть как топливо в печах не применяют, а применяют продукт ее переработки — мазут, т. е. остатки, получаемые после отгонки из нефти керосина и бензина. Мазут по составу не постоянен, чаще всего содержит углерода 84—86%, водорода 12,4%, кислорода + азота + серы 1,3%, золы 0,3 %, воды 1—2%. Теплотворная способность мазута 9500—10000 ккал/кг.

Газообразное топливо.

 Искусственное газообразное топливо получается путем газификации топлива в газогенераторах или как побочный продукт при других процессах, например, при коксовании — коксовальный газ, в доменном процессе—доменный газ. На металлургических заводах в специальных коксовальных печах вырабатывается кокс, который служит топливом для доменных печей. При этом как побочный продукт получается газ, который называется коксовальным. Теплотворная способность этого газа изменяется в пределах от 4000 до 5000 ккал/м3.Для лучшего и более удобного использования твердого топлива его превращают в газ в специальных устройствах, которые называются газогенераторами. Например, из торфа получают торфяной генераторный газ, из каменного угля — каменноугольный генераторный газ и т. д.Теплотворная способность генераторного газа зависит от вида топлива, из которого получен газ, и от способа газификации. Например, торфяной генераторный газ имеет теплотворную способность от 1500 до 1600 ккал/м3, каменноугольный генераторный газ — от 1200 до 1400 ккал/м3.

Пылеугольное топливо.

 Уголь для сжигания в нагревательных печах в виде пыли предварительно размалывается в специальных мельницах до частиц 0,07—0,05 мм. Сжиганием угольной пыли в печах достигается высокая температура нагрева металла. 

Торф.

Торф является химически и геологически наиболее молодым ископаемым твердым топливом и обладает высоким выходом летучих (Vг=70%), высокой влажностью (Wр=40—50%), умеренной зольностью (Aр=5—10%), низкой теплотой сгорания Qpn=8.38-10.47 МДж/кг (2000—2500 ккал/кг).

Сланцы.

 В Эстонии большое значение имеют горючие сланцы, добываемые открытым способом. Зольность сланцев очень большая и доходит до Aр=50-60%, влажность также повышенная Wр=l5—20%. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая Qpn=5.87-10 МДж/кг (1400—2400 ккал/кг) при высокой теплоте сгорания горючей массы Qgn=27.2-33.5  МДж/кг (6500—8000 ккал/кг). Высокое содержание водорода в горючей массе Hг=7,5—9,5% обусловливает большой выход летучих у сланцев, достигающий 80—90%, и их легкую воспламеняемость.

Топливо с высокой зольностью и влажностью вследствие большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги. В этом смысле такие топлива принято называть местными. К ним, в частности, относятся некоторые бурые угли, как, например, подмосковные, башкирские, украинские, торф и сланцы.

Мазут.

 Из жидких топлив в энергетике используется мазут трех марок — 40, 100 и 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей при 80°С для мазута 40 — 8,0; для мазута 100 — 15,6; для мазута 200 — 6,5—9,5 град. усл. вязкости (°УВ) при 100°С.

В мазуте содержится углерода 84—86% и водорода — 11—12%, содержание влаги не превышает 3—4%, а золы — 0,5%. Мазут имеет высокую теплоту сгорания Qpn=39.38-40.2 МДж/кг (9400—9600 ккал/кг).

По содержанию серы различают малосернистый мазут Sр≤0,5%, сернистый — Sр до 2% и высокосернистый Sр до 3,5%; по вязкости — маловязкий и высоковязкий, содержащий смолистые вещества и парафин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25—35 0С. В связи с этим при сжигании применяется предварительный нагрев вязких мазутов до температуры 80—120°.

Список использованной литературы:

  1. http://domremstroy.ru/metall/kovka021.html
  2. http://stringer46.narod.ru/Fuel.htm

material.osngrad.info

Бензин из угля — какие установки давали 20млн. литров бензина в год Гитлеру — DRIVE2

В этой статье разберем первую установку фишера-тропша. Как третьему рейху практически получалось делать бензин из газогенераторного газа (или синтез газа) полученного из угля. Схема и принцип работы установки.

ВступлениеВойна пожирает ресурсы, а самый востребованный ресурс, фундамент экономики войны — нефть (бензин, дизель, авиационное топливо). Даже не смотря на то, что Гитлеру помогала наука и ежегодно рейх получал 20 миллионов литров топлива по технологии Фишера-Тропша из низкокачественного бурого угля империя все равно испытывала дефицит бензина, дизеля и авиационного топлива для своей многомиллионной армии. Именно по этой причини и произошла сталинградская битва. Рейху требовалась нефть Кавказа, но чтобы ее получить командование вермахта не могло позволить себе попасть в окружение которое неминуемо произошло бы оставь они за своей спиной Сталинград.Давайте разберем как они этот бензин получали и подробно рассмотрим установки первого поколения которые сегодня усовершенствованы до 4 поколения и благополучно дают сотни миллионов литров бензина, дизеля и пр. углеводородов по всему миру.

Немного теорииВсе знают как получают бензин из нефти — фактически ее "варят" в закрытых емкостях. Точно также сегодня можно получить грязную нефть если варить на костре старые покрышки в закрытых бочках (называют ретортами). Или обыкновенный бытовой мусор. Да, вы не ослышались если поместить мусор (любой бытовой мусор из мусорки) в закрытую бочку (закупорить герметично) и разжечь под ней костер можно получить жидкую, грязную нефть. Конечно же эта "нефть" будет грязной и чтобы ее перегнать в чистое топливо нужно множество блоков оборудования, очистки и в конце концов выход чистого топлива будет очень маленьким, а потратится при этом большое количество энергии как электрической так и тепловой (газ на поддержание процесса). Оборудование будет при этом громоздким и дорогим. Поэтому и ведутся в мире войны за качественную нефть из которой перегнать бензин и дизель стоит как можно меньше.

Темно желтым показана зона не выходя за которую топливо можно применять для газогенераторов, за нее уже нет. Попросту сырье не загорится.

Первые кто пошли по пути катализа, а не "варки"Франс Фишер и Ганс Тропш в 1920-х годах работавших над проблемой получения бензина пошли по другому пути — получать бензин и дизель не "варением" сырья, а катализом. Как в этом случае происходит процесс?Сырьем для получения бензина служит твердое топливо — при этом оно может быть любым способным гореть (есть определенные ограничения по влажности и зольности топлива, а также по количеству углерода в его составе — об этом подробно в треугольнике Таннера).

Собранный мной газогенератор для газификации древесины на 10-20м3 синтез газа в час. В других статьях в блоге есть о нем информация.

Это твёрдое топливо сперва газифицируют на газогенераторах превращая в синтез газ, а потом этот синтез газ пропускают через измельченный катализатор сделанный из определенного железа и газ преварщается в бензин и дизель при этом очень чистый — чище чем на заправках.Не путайте газогенератор с пиролизными котлами — это совершенно разные устройства. Газ который получается называют синтез газом или газогенераторным газом.Суть газификации заключается в том, что 20% топлива просто горит, а в это время 80% топлива превращается в синтез газ за счет тепла горения первого. Кратко этот процесс работает так: мы берем дым от костра (горение топлива в газогенераторе происходит также как в обычном костре) и пропускаем назад через раскаленные угли и когда это происходит в закрытой емкости без подсоса воздуха извне — дым становится горючим газом. Вот так все просто (рассчитать аппарат по формулам правда не просто и потом этот газ очистить).

Сделав таким образом мы получаем из следующих топлив такое количество синтез газа:Дрова — 2.2м3Древесный уголь около 5м3Бурый уголь около 3.5м3 (зависит от влажности и зольности угля)Каменный уголь около 4.7м3Мусор бытовой около 1.5м3Торф 2.2м3Фикалии около 2м3

Полный размер

Слева горит дизель полученный по технологии фишера-тропша, справа дизель с заправки.

Так как в Германии были и есть большие залежи бурого угля и добыча его на то время (как и сегодня) была поставлена на промышленные рельсы — проще делать бензин из бурого угля. Если были бы промышленные добычи неограниченного количества древесины, больше чем угля, добывали бы из древесины. Из нее кстати добывать синтез газ проще и дешевле по той причине что в дереве нет серы, а в угле есть и очистка угля от серы это дополнительные промышленные установки по очистки от органической серы и сероводорода. Сера и кислород убивают катализатор фишера-тропша являясь каталитическими ядами.

Брать любое горючее топливо имеющее низкую цену или отходы за которые платят деньги чтобы их вывести и уничтожить такие как мусор или фекалии городских отстойников например и превращать в бензин и дизель много интереснее чем добывать из нефти — жечь которую как известно все равно что "жечь ассигнации" по словам Менделеева.

Борясь в своих лабораториях десятилетиями ученые нашли металлы способные на реакцию катализа — для превращения синтез газа в бензин подойдут только 4 металла, 2 из которых забраковали, а два эксплуатируют до сих пор — Железо и Кобальт (забраковали Никель и Рутений).

Головы ломали ученые и вот каким был первый аппарат получения жидких углеводородов.

Сверху поступает конечно же не уголь в кусках, а синтез газ сделанный из угля, снизу уже буквально капает бензин и дизель.

Вы видите сердце установки, там где происходит превращение превращенного угля в синтез газ, синтез газа в бензин и дизель (дальше мы рассмотрим всю установку). На трубы нанизаны листы металла толщиной 1.5мм, расстояние между трубами небольшое. Зачем так сделано и почему именно так?

Дело в том, что при превращении синтез газа в бензин (когда мы продуваем его через порошек катализатора или шарики с нанесенным на него порошком) выделяется энергия равная 30% энергии полученной если газ поджечь. Так каждый куб газа давал около 600 ккал/нм3 при превращении. Если оставить этот процесс без охлаждения температура достигала бы чуть ли не 1500 градусов цельсия. А температура должна была быть около 210 градусов цельсия чтобы процесс шел как надо. По этой причине в трубы подавался пар который снимал лишнее тепло. Сам Фишер опытным путем установил — на такой установке расстояние между пластинами должно было быть не больше 10мм, а сделал он 7мм. Пара надо было подавать 5кг на каждый полученный литр бензина (здесь все жидкие углеводороды полученные таким путем я называю бензином и дальше также). Трубы брали диаметром чуть меньше чем водопроводные в наших квартирах с толщиной стенки 4мм чтобы их не разорвало от давления которое могло достигать 30 атмосфер.

Схематическое изображение пластинчатого реактора фишера-тропша на атмосферном давлении.

Один такое реактор давал 1.9т бензина в сутки и выделял около 6000кг пара.С одного куба синтез газа получалось выжать 160г бензина. Если учесть что 1кг бурого угля давал около 3.7м3 газа можно посчитать экономику.Длинна реактора была 5 метров, высота до 3.5 метров. Ширина реактора 2м. За один раз в реактор загружали около 3 тонн катализатора сделанного на основе железа. Вес такой установки достигал 50 тонн.

Вот как происходил процесс катализа на молекулярном уровне в этой установке (зеленые шарики это железо, правильнее железный катализатор, красные — кислород, белые водород, серые углерод):

В других статьях рассмотрим другие аспекты технологии.

Понравилась статья? Поддержи отечественную науку.

www.drive2.ru