Dujotekis. Dujos

1 Dest. Artur Rogoža Egzaminas (3 kreditai) vyks 60 minučių. Bus 10 klausimų (bandys išmėtyti po visas temas). Egzaminą išlaikymas priklauso nuo studentų norų. Statistika nėra kaupiama. Modulis nėra sudėtingas, bet sudėtingesnis už šilumos tiekimą. Nereikės kalti cheminių reakcijų, tačiau reikia tas formulės mokėti dešifruot ir jomis pasinaudoti, reikia žinoti tam tikras priklausomybės jeigu pvz pakeisime tam tikrą reikalavimą arba elementą. Konsultacijų nebūna! DUJOTIEKIO modulio programa 2009 1) Įvadas. Dujotiekio apibrėžimas. Degiųjų dujų naudojimo kaip kuro privalumai. Dujotiekio plėtra pasaulyje ir Lietuvoje. 2) Fizinės-cheminės dujų savybės. Degiųjų dujų cheminė sudėtis. Dujų fizinės savybės (masė, tankis, tūriai, slėgiai, kritiniai parametrai, sočių garų tamprumas). Idealių dujų dėsniai, dujų mišiniai, tūrinis plėtimosi koeficientas, skysčio fazės suslėgimo koeficientas. Dujų drėgnumas, kritinė hidratų kristalų susidarymo temperatūra, rasos taškas ir garų kondensavimasis, šilumos laidumas, dujų specifinė šiluma, garavimo (kondensacijos) šiluma, klampis. 3) Degiųjų dujų gavyba, gamyba, sudėtis, klasifikacija. Gamtinės dujos ir joms keliami reikalavimai komunaliniams buitiniams poreikiams, Wobbe skaičius. Dirbtinės dujos, jų klasifikacija, pagrindinės charakteristikos-reikalavimai. 4) Dujų degimo charakteristikos ir jų degimo principai. Degimo reakcijos, dujų ir jų mišinių aukštoji ir žemoji degimo šiluma, cheminės reakcijos greitis. Vandenilio degimo grandininės reakcijos. Dujų ir jų mišinių degimo skaičiavimas, oro pertekliaus koeficientas. Adiabatinė, kalorimetrinė, teorinė ir faktinė degimo temperatūros. Savaiminio užsiliepsnojimo temperatūra. Užsiliepsnojimo ir sprogstamumo ribos. Degimas nejudamoje aplinkoje, liepsnos plitimo greitis. Degimas laminariniame ir turbulentiniame sraute. Degimo stabilizavimas ir stabilizatorių tipai, liepsnos atitrūkimo ir įtraukimo greitis. Liepsnos plitimo užtvaros. Nepilno dujų sudegimo sąlygos ir priemonės, mažinančios kenksmingų medžiagų koncentracijas degimo produktuose. Katalitinis dujų deginimas ir degiklių tipai. 5) Dujų valymas ir odoravimas. 2 Dujų sausinimas, valymas nuo sieros vandenilio ir anglies dvideginio, odoravimas. 6) Miestų ir gyvenviečių dujų tiekimo sistemos ir schemos. Miestų ir gyvenviečių dujų tiekimo sistemų apibrėžimas, reikalavimai, elementai ir jų paskirtis (magistraliniai ir skirstomieji tinklai, DSS, DRP, KS), slėgio kategorijos. Miestų ir gyvenviečių dujų tiekimo sistemų schemos. 7) Miestų ir gyvenviečių dujotiekio tinklų įrengimai. Dujų reguliavimo punktai (DRP) ir jų elementai (slėgio reguliatoriai, filtrai, apsauginė armatūra). Dujų tiekimo sistemų vamzdžiai, armatūra ir įranga. Plieninių dujotiekio tinklų apsauga nuo korozijos. 8) Magistraliniai dujotiekiai. Magistralinių dujotiekių apibrėžimas, sudėtis, reikalavimai, vietovės klasės. Dujų skirstymo stotys. Magistralinio dujotiekio trasavimas, statyba ir tiesimas per kliūtis, armatūra, suvirinimo siūlių kontrolė. 9) Suskystintų dujų tiekimas. Dujų pilstymo stotys. Suskystintų dujų lygio matuokliai. Suskystintų dujų skysčio fazės transportavimas. Grupiniai suskystintų dujų įrenginiai. Dujų garinimo ir maišymo įrenginiai. 10) Pramoninių patalpų vidaus dujotiekis. Pramoninių patalpų vidaus dujotiekio komponentai, pagrindiniai reikalavimai, principinė schema, saugumo automatikos įrengimai. 11) Dujų parametrų ir kiekio matavimo prietaisai. Svarbiausios dujų savybės, vykdant dujų apskaitą, ir pagrindiniai jas apibrėžiantys dujų būsenos parametrai. Dujų signalizatoriai ir analizatoriai. Dujų temperatūros matavimas. Dujų slėgio matavimas. Dujų kiekio matavimas. 12 ) Suskystintos gamtinės dujos. Pagrindai. Literatūra B. Narbutis. Degiųjų dujų savybės ir degimo principai. Mokomoji knyga. Vilnius. Technika. 2004m B. Narbutis ir kt. Degiųjų dujų sistema. Dujų ūkio sistemos darbuotojų mokomoji metodinė knyga. Klaipėda. 2006 B. Narbutis. Miestotvarka. Miesto požeminiai inžineriniai tinklai. Vilnius. 2000 A. Rogoža. Design of a city‘s gas supply network. Vilnius. Technika. 2005 V. Burbulys. Dujotiekininko vadovas. Vilnius. Mintis. 1968 Ионин А. А. Газоснабжение. Įvadas Dujos yra ypatingas ne tik savo degimo ypatybėmis, bet ir savo pavojingumu. 3 Dujotiekio apibrėžimas ir privalumai Dujotiekį galima apibrėžti kaip sudėtingą kompleksą savarankiškų ir tarpusavyje susietų inžinerinių-techninių įrenginių, skirtų išgauti gamtines ir gaminti dirbtines dujas, jas valyti, paruošti (odoruoti), sandėliuoti, tiekti, paskirstyti ir naudoti kaip kurą, cheminę žaliavą arba technologiniams procesams pramonėje, buityje ir komunaliniame ūkyje. Dujų privalumai, lyginant su kitu kuru: 1. paprastas ir pigus tiekimas vartotojams; 2. galimybė greitai uždegti ir užgesinti; 3. gerina ekologine miesto būseną, nes degimo produktuose nėra sieros junginių; 4. palengvina žmonių darbą buityje ir gamyboje; 5. nereikia transporto kurui pervežti, kuro sandėlių, pelenų ir šlako laikymo aikštelės; 6. lengva palaikyti technologijai reikalingą atmosferą (neutralią, oksiduojamąją, redukcinę ir pan.). Pastaruoju metu dujos išstumia kietą kurą iš pramonės. Atsiranda naujos technologijos kai gamtinės dujos gali būti naudojamas ne tik tiekiamos vamzdynais, pvz transporte. Fizinės-cheminės dujų savybes Dujinis kuras – tai degių ir nedegių dujų mišinys, kuriame yra nedidelis kiekis priemaišų. Degiems komponentams priklauso angliavandeniai (CmHn), anglis (H2), ir anglies oksidas (CO). Nedegus komponentai (balastai) – azotas, anglies dvidėgenis, deguonis Priemaišos – H20, sienos vandenilis, dulkes, amoniakas, dervos. Normalines sąlygos: 0 C, atmosferinis slėgis (101,325 Pa). Standartinės sąlygos: 20 C, atmosferinis slėgis (101,325 Pa) – taip atsiskaitoma Lietuvoje. Žymėjimas. Visur naudosime normalinius kubinius metrus: n.m3. Jeigu reikės standartinio, tai st.m3. Jeigu nėra nurodyta kokie vienetai, tai reikia suprasti, kad naudojami normaliniai metrai kubiniai. Idealiųjų dujų dėsniai. Idealiosios dujos termodinamikoje yra idealizacija, naudojama aprašant realiai egzistuojančias dujas. Nagrinėjant idealias dujas galima ignoruoti jas sudarančių dalelių (molekulių) tūrius ir tarpmolekulines sąveikas. Galima apibrėžti: absoliutinis slėgis, specifinis tūris, absoliutinė dujų šiluma. Vieną iš parametrų laikant pastoviu, keičiasi kiti du. Bailio-Marioto dėsnis. T=const. P1V1=P2V2=const Gei-Liusako dėsnis sako, kad esant nekintamam slėgiui P=const, bet šildant ar šaldant dujas jų užimamas tūris Vt keičiasi pagal priklausomybę: (1 ) (1 ); 0 0 273,15 t t t V V b V  Arba, tai tūris nekinta V=const, dujų slėgis Pt kinta taip: (1 ) (1 ); 1 0 0 273,15 t t P P b P  Kur V1 ir V0 – dujų tūriai, esant t C ir 0 C temperatūroms; P1 ir P0 – absoliutiniai dujų slėgiai esant t C ir 0 C temperatūroms. Dujų tūrio slėgio kaitos koeficientas b=1/273,15=0,0036. Į aukščiau pateiktas formules įstačiau koeficiento b reikšmę ir pakeitus temperatūros t reikšmę absoliutinė temperatūra T, gausime: V1/V2=T1/T2; P1/P2=T1/T2. 4 Apjungus Boilio-Marioto ir Gei-Liusako dėsnius, gauname lygtis, susiejančias dujų tankį ir tūri su temperatūrom: ( ) /( ) 1 2 2 1 1 2 V V PT PT ,  t V 1 , iš čia ( ) /( ) 1 2 1 2 2 1 PT P T ; Vadovaujantis aukščiau pateiktomis lygtimis, nesunku rasti funkcines išraiškas dujų parametrų perskaičiavimui į normalias ir standartines sąlygas ir atvirkščiai. Avogardo dėsnis sako, kad įvairių dujų vienodi tūriai prie vienodo slėgio tūri ta pačia molekulių skaičių. Šis skaičius bet kurių dujų grammomolekulei (1 moliui) yra apytiksliai 6,022x1023 ir vadinamas Avogadro konstanta. Iš Avogadro dėsnio seka, kad specifinio tūrio v ir molinės masės M sandauga yra pastovus dydis, lygus molio tūriui Vm, t.y.: m v M v M V 1 1 2 2 ; Vm, m3/kmol atskirų dujų molinis tūris. Dujų konstanta. Apjungus Boilio-Marioto ir Gei-Lusako dėsnius, gauname idealių dujų būklės lygtį, vadinamą Klaiperono lygtimi: Pabsv/T=R=const; Kur R – universali dujų konstanta. Dujų konstanta tai fizikinis dydis, nusakantis kokį darbą kintat tūriui atlieka ą kg idealiųjų dujų izobariniame procese, kai dujų temperatūra pasikeičia 1C(1K). Skaitinė dujų konstantos R reikšmė priklauso nuo to, kokiais vienetais išreikštas slėgis ir specifinis tūris. Idealiųjų duju būklės lygtis taikoma 1kg duju. Kadangi specifinis tūris v=V/m, tai bet kokiam dujų kiekiui lygtis išreiškiama: P V mRT abs , o dujų mišiniams: P V m RT abs m , kur mmdujų mišinio masė, kg. Dujų mišiniai Dujų mišiniuose esančios dujos, kurios chemiškai nesijungia tarpusavyje, elgiasi kaip idealios dujos ir jų būklės apibrėžiama idealiųjų dujų lygtimi. Kiekvienas dujų mišinio komponentas elgiasi taip, lyg mišinyje nebūtų kitų dujų, t.y. atskiros dujos plinta visame mišinio tūryje pagal savo būklės lygtis. Dujų mišiniams galioja Daltono dėsnis, pagal kurį, esant nekintamai dujų temperatūrai (T=const), dujų mišinio slėgis – tai atskirų dujų komponentų mišinio tūryje slėgis, esant tai pačiai dujų mišinio temperatūrai t.y.: Pabs= P1+P2+....+Pn; Kur P1, P2, .... ,Pn – atskiru komponentų slėgiai mišinyje. Dujų kritiniai parametrai Bet kurias dujas galima paversti skysčiu jas suslegiant, bet su sąlyga, kad dujų temperatūra neviršytų toms dujoms būdingas reikšmės. Temperatūra, virš kurios kiek daug slėgtume dujas, jos nesuskystės, vadinasi kritinė temperatūra tkr. Slėgis, būtinas dujas paversti skysčiu, esant kritinei temperatūrai, vadinamas kritiniu slėgiu Pkr. Dujų tūris, esant kritinei temperatūrai vadinamas kritiniu tūriu Vkr, o dujų būklė, kai jų temperatūra kritinė ir kritinis tūris, vadinama kritinė būklė. Esant dujų kritinei būklei dujų tankis lygus skysčio tankiui. Sunkesniuosius angliavandenius paversti skysčiu galima nesunkiai, nes jų kritinė temperatūra gana aukšta. Tačiau suskystinti gamtinės dujas kurių sudėtyje yra virš 90% metano galima tik jas atšaldant žemiau – 82,5 C. Gamtinių dujų tanklaiviuose temperatūra -160 C, o slėgis artimas atmosferiniam. Sočiųjų garu tamprumas Sunkesnieji angliavandeniliai, kurių kritinė temperatūra tkr yra aukštesne už 0 C, uždarame inde įgauna dvifazę būklė: skystis ir sotūs garai. Didėjant temperatūrai skystis garuoja, o 5 mažėjant – garai kondensuojasi. Jei temperatūra nekinta, įsivyrauja pusiausvyra, t.y. skystis negaruoja ir nesikondensuoja, Garu slėgis, esant minėtai pusiausvyrai, vadinasi sočių garų tamprumu. Šiai pusiausvyrai būtina, kad uždarame inde būtų laisvas skysčio paviršius. Jei temperatūra nekinta, o dujų fazė slėgiams , tai dujų garai kondensuojasi ir atvirkščiai, jei garų užimamas tūris didinamas skystis garuoja. Keičiantis temperatūrai, kinta ir garų tamprumas (slėgis). Jis didėja, didėjant temperatūrai ir atvirkščiai. Šią priklausomybę atvaizdavus grafiškai gaunamos slėgio (garų tamprumo) priklausomybės nuo temperatūros. Šios kreivės vad. garavimo kreivėmis. Esant neigiamoms temperatūroms, kai kurie angliavandeniai (butanas, pentanas) nebegaruoja ir jų garų slėgis būna mažesnis už atmosferinį slėgį. Skystos dujų fazės tūrinio plėtimosi ir suslėgimo koeficientai Žinant dujų mišinio sudėtį ir temperatūra balione ar rezervuare, absoliutinis dujų mišinio slėgis nustatomas: abs n n P Pr P r ...P r 1 1 2 2 ; Kur P1, P2, ... Pn – absoliutiniai dujų mišinio komponentų slėgiai, MPa; r1, r2, .. rn – komponentų tūrio vieneto dalys mišinyje. Suskystintiems angliavandeniams, lyginant su kitais skysčiais, būdingas didelis iš tūrinis plėtimosi koeficientas βp, kuris nusako, kiek santykinai padidėja ar sumažėja skysčio tūris, pasikeitus temperatūrai 1 C. Pvz.: Jei vandens plėtimosi koeficientas 1 propano yra 16,1, o butano 11,2. Nesant bandymų duomenų, tūrinio plėtimosi koeficientą galima apytiksliai nustatyti: [1 ( )] 1 2 2 1 t t p − Kur ρ1 ir ρ2 – skysčio fazės tankiai prie atitinkamos temperatūros (iš lentelių). Uždarame inde (balione ar rezervuare), plečiantis skysčio fazei (pildant indą dujomis), didės slėgis, o dujų fazės tūris mažės iki tokio laipsnio, kol skystis užims visą indo tūrį. Tai jau pavojinga riba, nes didėjant temperatūrai temperatūrinio plėtimosi koeficiento slėgio gali nebeišlaikyti indo sieneles. Todėl užpildant balionus ar rezervuarus, reikia palikti ar rezervuarus, reikia palikti tokį dujų fazės tūrį, kuris mažėdamas dėl temperatūros padidėjimo, dar išliktų, kas garantuotų saugią slėginių indų eksploataciją. Balionų ir rezervuarų užpildymo skysta dujų faze laipsnis priklauso nuo dujų sudėties ir temperatūrinio skirtumo užpildymo metu ir juos eksploatuojant bei laikant. Indams, kuriose temperatūrų skirtumas neviršija 40 C, užpildymo skysta faze laipsnis 0,85 (pagal mase), vadovaujantis galiojančiomis slėginių indų naudojimo taisyklėmis. Uždarame inde, (dėl temperatūros padidėjimo) didėjant slėgiui, dujų skysčio fazės tūris taip pat ir mažėja. Plačiausiai vartojamų suskystintų dujų (propano-butano) skysčio fazės inde suslėgimo koeficientas βs, parodantis kiek sumažėja skysčio tūris, kuris padidėjus slėgiui 0,1 MPa priklausomai nuo temperatūros būna pateikiamas lentelėse. Slėgio pasikeitimas uždarame inde, priklausomai nuo suskystintos dujų fazės tūrinio plėtimosi βp, ir suslėgimo βs koeficientų ir temperatūros, matematiškai aprašomi tokia formule: p t p s (/), čia: _t – temperatūrų skirtumas, oC. Pagal pateiktą formulę, laikant, kad indo tūris nekinta, galima nustatyti slėgį inde, pilnai užpildytame skysčio faze, kylant temperatūrai. Toks metodas leidžia nustatyti, kada indas dėl didelių įtempimų plyš ir išsiverš skysčio fazė, kuriai išgaravus, susidarys sprogus dujų-oro mišinys. 6 Dujų drėgnumas Visose angliavandenių dujose yra daugiau ar mažiau vandens garo. Jo kiekis dujose priklauso nuo temperatūros ir slėgio. Vandens garas gali prisotinti dujas tik iki ribinio slėgio, kuris lygus sotaus vandens garo tamprumui, esant tam tikrai temperatūrai. Jei vandens garo yra daugiau, negu ši riba, tai jo perteklius kondensuojasi, t.y. pereina į skystą būvį. Praktikoje vartojami du drėgnumo matai: absoliutinis, tai yra tam tikras kiekis vandens tam tikrame tūryje dujų, išreiškiamas masės vienete; ir santykinis – dujų prisotinimo vandens garų laipsnis vieneto dalimis arba procentais. Santykinis drėgnumas išreiškiamas santykiu faktiškai esančio vandens garo kiekio dujose su maksimaliai galimu prie tam tikros temperatūros ir slėgio. Taip pat santykinį drėgnumą galima išreikšti parcialiniu vandens garo slėgių santykiu, t.y. faktinio garo parcialinio slėgio su sotaus garo slėgio prie tos pačios temperatūros. Suskystintų dujų skysčio fazėje ištirpsta (susimaišo) tam tikras vandens kiekis, o jo būna daugiau, kai dujų skysčio temperatūra aukštesnė. Vandens garo kiekis 1 kg angliavandenių garų ženkliai didesnis, negu jų skysčio fazėje. Dėl šios priežasties vanduo, esant dujų skysčio fazėje, intensyviau garuoja ir pereina į dujų fazę. Esant mažesnei skysčio temperatūrai, garų fazėje yra ženkliai daugiau vandens. Minėtus ypatumus svarbu įvertinti eksploatuojant suskystintų angliavandenilinių dujų tiekimo sistemas, kur nėra gamtinių dujų tiekimo tinklo. Praktikoje, esant aplinkos temperatūrai nuo -5 iki +2 C, kai kurių dujų slėgio reguliatorių ir kt. Prietaisų droseliavimo vožtuvai užšąla, jei dujose yra daug drėgmės (vandens). Taip pat įvyksta, nes mažinant slėgį droseliavimo būdu, mažėja dujų temperatūra, vandens garas kondensuojasi ir skystis užšąla, užkimšdamas droseliavimo angą. Atšalus suskystintai dujų fazei, dujinėje fazėje padidėjusi vandens garo dalis kondensuojasi ir užšąla, užkimšdamas įvado skerspjūvį. Šiuo atveju patariama įvado vamzdyną apšiltinti. Dujų drėgnumas ir hidratų kristalai Angliavandeniliuose esantis vanduo, prie tam tikro slėgio ir temperatūros, gali jungtis su jais, sudarydamas nauja, jau kieto kūno, kristalinę struktūrą, vadinama hidratų kristalais. Pvz. Metanas, jungdamasis su vandeniu, virsta hidratų kristalu, prijungdamas 7 vandens molekulės, t.y. CH4 7H2O,. Hidratų kristalai susidaro, kai temperatūra yra žymiai aukštesnė už vandens užšalimo temperatūrą. Tačiau atskiriems angliavandeniliams būdinga maksimali temperatūra, virš kurios, kiek nors bedidinant slėgį, hidratų kristalai nesusidaro. Ši temperatūra vadinama kritine hidratų kristalų susidarymo temperatūra. Pvz. Metanui kritinė temperatūra +21,5, etanui +14,5, propanui 5,5. butanui 2,5. Susidarius angliavandenilių hidratų kristalus galima pašalinti tokiais būdais: Pašildant, sumažinant dujų slėgį ir įverdant medžiagas., mažinančias vandens garo tamprumą ir tuo būdu pažeminant rasos taško temperatūrą. Šiam tikslui naudojamas metanolis. Jo garas jungdamasis su H2O garu kondensuojasi, o kondensato užšalimo temperatūra ženkliai žemesnė negu H2O. Rasos taško ir garų kondensavimasis Sotūs angliavandenilių garai prie esamos temperatūros ir slėgio yra taip vadinamoje rasos taško būklėje. Jei, nekintant slėgiui, garus truputį atšaldysime, dalis jų kondensuosis lašelių pavidale ant šalčiausio paviršiaus. Padidinus temperatūrą – garuos skysta fazė tol, kol bus pasiekta fazių pusiausvyra. Todėl rasos taškas įgauna labai svarbią reikšmę, nagrinėjant dvifazę propano-butano mišinio būklę. Įvairių angliavandenilių rasos taško temperatūros nustatomos pagal jų sočiųjų garų tamprumą. Praktiniams tikslams patariama naudotis specialiai ta tikslui paruošta trikampio monograma, kurios kiekvienoje trikampio kraštinėje pažymėti propano, izobutano it n-butano procentai mišinyje. 7 Šilumos laidumas Šilumos perdavimas nejudamoje aplinkoje vyksta pagal Furje dėsnį, t.y. šilumos srautas proporcingas temperatūros gradientui. Šilumos kiekis, praeinantis per kūną tiesiogiai proporcingas plotui A, temperatūrų skirtumui _t tarp dviejų kūno paviršių, srauto tekėjimo laikui tau ir atvirkščiai proporcingas kūno storiui s: Q A(t / s) ; čia: λ – šilumos laidumo koeficientas, nusakantis šilumos kiekį, kuris pereina per ploto vienetą ir per laiko vienetą, kai per ilgio (storio) vienetą temperatūra nukrenta 1oC (W/m.oC) Dujose šiluma perduodama keičiant chaotiškai judančių molekulių kryptį, todėl dujų temperatūra greitai susilygina visame tūryje. Skaičiuojant šilumos perdavimo dvifazei dujų būklei, būtina atskiria įvertinti skysčio ir dujų fazės šilumos laidumą. Kai kurių angliavandenilių šilumos laidumo koeficiento reikšmės sočiųjų garų ir skysčio fazėms būna nurodytas lentelėse. Kadangi garų fazės šilumos laidumo apie 10 kartų mažesnis negu skysčio fazės, skaičiuojant balionuose ar rezervuaruose šilumos pritekėjimą iš aplinkos, dažnai garų fazės paviršiaus plotas su palyginti mažu šilumos perdavimo koeficientu tiesiog atmetamas, imamas tik skysčio fazės užimamas paviršiaus plotas. Dujų savitoji ir garavimo šilumos. Klampis Dujų savitoji šiluma – tai šilumos kiekis, kurį reikia suteikti dujų masės ar tūrio vienetui, pakeliant jų temperatūra 1 C. Priklausomai nuo pasirinkto dujų kiekio vieneto, savitosios šilumos skirstomos į masinę, -žymima raide c, turine cv ir moline vm. Dujoms, pereinant iš vienos agregatinės būsenos į kitą sunaudojamas arba išskiriamas tam tikras šilumos kiekis, kuris vadinamas garavimo arba kondensacijos šiluma. Tekant dujoms ar skysčiams, klampis suprantamas kaip vidinė trintis, t.y. savybė priešintis, persislenkant jų sluoksniams, dėl molekulių tarpusavio traukos jėgų. Klampį būtina įvertinti hidrauliškai skaičiuojant dujotiekio sistemas. SI sistemoje naudojamos dvi klampio sąvokos, tai absoliutinis arba dinaminis klampis, žymimas raide η, Ns/m2 ir kinematinis klampis, gaunamas dinaminį klampį padalinus iš tankio, žymimas raide ν, m2/s/ Reikia atkreipti dėmesį, kad dujų klampis, priešingai nei skysčių, didėja didėjant temperatūrai. Degiųjų dujų gavyba, sudėtis, klasifikacija Pagal kilmę degiosios dujos skirstomos į Gamtinės; 8 Dirbtinės, Gamtinės dujos per tūkstančius metų susidarė biochemiškai ir termiškai skylant organinėms gyvūnų ir augalų liekanomis, kurios įsiterpė į poringus nuosėdinius žemės sluoksnius, iš viršaus ir apačios apribotus dujoms nelaidžiais sluoksniais. Daugeliu atveju apatiniame sluoksnyje būna nafta arba vanduo. Gamtinių dujų telkiniai skirstomi į tris grupės: Sausieji; Dujų kondensato; Naftingieji. Sausųjų telkinių dujose pagrindą sudaro metanas, be jo būtina nedidelis kiekis etano, propano ir butano. Dujų kondensato telkiniuose, be metano, yra dideli sunkiųjų angliavandenilių kiekiai. Iki benzino ir žibalo frakcijų. Naftinguose telkiniuose naftoje yra ištirpusių lengvų ir sunkesnių angliavandenilių. Jie atsiskiria iš naftos, sumažėjus slėgiui. Dirbtinės dujos skirstomos į dvi grupės. Pirmai grupei priklauso aukštos (apie 10000 C) ir vidutinės temperatūros (500-6000) kiekio ar skysčio kuro sausos distiliacijos (kai neprieina oras) dujos. Tai kuro skilimo, veikiant temperatūrai, dujos. Joms priskiriamos kieto kuro puskoksavimo ir koksavimo procesų metu gaunamos dujos bei terminio naftos perdirbimo dujos. Minėtų procesų metu gautos dirbtinės dujos dažniausiai yra gamybos atliekos, išskirus puskoksavimo procesą, kai norime gauti vertingų cheminių medžiagų. Antrai grupei priklauso kietojo kuro nenutrūkstamo dujinio (gazifikacijos) dirbtinės dujos, gaunamos kaitinant kurą (sudegusias jo dalis) oro, deguonies arba jų mišinių su vandens garu sraute. Tai generatorinės ir aukštakrosnės dujos. Kietojo kuro gazifikacija atliekama dujų generatoriais. Pagal tai. Kaip į dujų generatorius įpurškiamas oras ir vandens garas, generatorinės dujos turi skirtingus pavadinimus: orinės dujos, kai įpurškiamas tik oras; vandens dujos – kai atskirai įpurškiamas oras ir įleidžiamas vandens garas; mišrios – kai įpurškiamas oro ir vandens garo mišinys. XIX a. pradžioje generatorinės dujos naudotojo mieto, aikščių, turgaviečių apšvietimui ir buityje (dujų viryklėms) Šiuo metu (dėl mažo kaloringumo) generatorinės dujos mieto ir gatvių apšvietimui beveik nenaudojamos. Generatorinės dujos taip pat galima gauti gazifikuojant anglį ar skalūnus, jų neiškasus, t.y. atliekant požeminį akmens anglies nudujinimą. Tai efektingas būdas tuo atveju, kai anglies sluoksniai yra ploni ir ją kasti ekonomiškai neapsimoka. Analogiški sudėtingi termocheminiai procesai, kurie vyksta dujų generatoriuose, vyksta ir aukštakrosnėse lydant ketų. Iš aukštakrosnių gaunama daug dujų, kurios yra šalutinis gamybos procesas. Dirbtinėms dujoms priskiriamos ir biodujos, kurios gaminamos specialiuose įrenginiuose – bioreaktoriuose. Biodujos susidaro biologiškai skaidant organinės medžiagas anaerobinėse sąlygose, dalyvaujant mikroorganizmams, kurie gyvena ir dauginasi aplinkoje be deguonies. Šis savaimės organinių medžiagų skilimo procesas gamtoje vyksta nuolat. Iš sąvartynų, užpiltu dujoms nelaidžiu grunto sluoksniu, išgręžus gręžinius, išgaunamos ten susidariusios biodujos. Jos susidaro skylant organinėms medžiagoms, kurių nemažas kiekis patenka į šiukšlės. Lietuvoje biodujų gamyba bioreaktoriuose žengia tik pirmuosius žingsnius. Biodujų sudėtyje yra du pagrindiniai komponentai: metanas ir anglies dvideginis. Be jų dar būna nedidelis kiekis vandenilio, azoto, deguonies, ir nedidele dalis sunkiųjų angliavandenilių. Suskystintos angliavandenilio dujos, gaunamos iš gamtinių dujų arba iš naftos produktų perdirbimo įrenginių. Jos naudojamos komunaliniams buitiniams poreikiams ir pramonėje. Suskystintoms dujoms priskiriami toje angliavandeniliai, kurie esant normalioms sąlygoms yra garų būsenoje, o padidinus slėgį (nemažinant temperatūros), virsta skysčiu. Ši dvifazė būsena naudojama suskystintiems angliavandeniliams gabenti ir laikyti balionuose ar rezervuaruose, nes, dujas paverstus skysčiu, daug kartų sumažėja garų tūris. Garų ir skysčio fazių tūrio santykis, pagal jų sudėti, būna 230-440, t.y. tiek kartų sumažėja tūris. Suskystintų angliavandenilių garų fazės savybės: didelis tankis (daug didesnis už oro); palyginti neaukšta užsiliepsnojimo temperatūra; žemos sprogimo ribos. Skysčio fazės savybės: didelis tūrio plėtimosi koeficientas, todėl balionus ir rezervuarus galima pripildyti ne daugiau 80-90% jų geometrinio tūrio; beveik du kartus mažesnis tankis negu vandens; didelis garo tamprumas, didėjantis didėjant skysčio 9 temperatūrai. Pagrindiniai suskystintųjų dujų komponentai: alkanai, (propanas ir butanas), bei mažas kiekis etileno. Didesnis etileno kiekis neleistinas, nes jis žymiai padidina garo tamprumą. Degiosiose dujose, ypač dirbtinėse, yra kenksmingų ir balastinių priemaišų. Kenksmingos priemaišos: sieros vandenilis (H2S), anglies bisulfatas (CS2), amoniakas (NH3) ir ciano junginiai, kurie labai nuodingi tiek grynu pavidalu, tiek ir dujų diegimo produktuose. Prie nuodų priskiriamas ir anglies oksidas, bet sudegęs jis nenuodingas. Dujose esantis deguonis ir vandens garas sudaro sąlygas metalų korozijai. Tokios priemaišos kaip naftalinas, dervos, susikondensavęs vandens garas, dulkės, metalo korozijos procese susidarančios rūdys gali sumažinti vamzdyno skersmenį net iki užkimšimo. Balastinės priemaišos (azotas N2 ir anglies dvideginis CO2) mažina dujų kaloringumą ir didina jų tankį. Dujoms su balastinėmis priemaišomis tiekti reikia didesnio skersmens vamzdyno, o tai didina metalo sąnaudas ir piniginės investicijas. Gamtinių dujų, naudojamų komunaliniams buitiniams poreikiams, standartas apibrėžia jų reikalavimus. Dujų degimo savybės nusakomos Wobbe skaičiumi, kuris yra gaunamas dujų kaloringumą Qž padalijus iš kvadratinės šaknies dujų santykio tankio (palyginti su oro tankiu): 0 0 / d ž Q W ; Rodikliai Nor ma Wobbe skaičius (W0), MJ/m3 39,4 -52,0 Leistinos Wobbe skaičiaus nuokrypis nuo normalios reikšmės, % ne daugiau kaip +-5 Merkaptalinės sieros masinė koncentracija, g/m3, ne daugiau kaip 0,03 6 Taip pat sieros vandenilio, g/m3, ne daugiau kaip 0,02 Mechaninių priemaišų, g/m3 ne daugiau kaip 0,00 1 Deguonies tūrinė dalis, % ne daugiau kaip 1,0 Dujų kvapo intensyvumas, kai ore 1% dujų, balais, ne daugiau kaip 3 Dujų degimo charakteristikos ir jų degimo principai Degimo reakcijos Degimu vadinama greita laiko atžvilgiu degiųjų komponentų susijungimo su deguonimi reakcija, kurios metu intensyviai išsiskiria šiluma ir staiga pakyla degimo produktų temperatūra. Degimo reakcijos aprašomos stacheometrijos lygtimis, kurios kiekybiškai ir kokybiškai charakterizuoja dalyvavusias reakcijoje ir susidariusias medžiagas. Visų angliavandenių degimo reakcijas aprašoma lygtis C H m n O mCO n H O Q m n 2 2 2 ( / 4) ( / 2) , Kur m ir n – anglies ir vandenilio atomų skaičius molekulėje; Q – degimo reakcijos šiluminis efektas, arba degimo šiluma, gauta pilnai sudegus dujoms normaliose sąlygose. Q dimensijos: MJ/kmol – molinė, kJ/kg – masinė; kJ/n.m3 – tūrinė. Degimo šilumos Degimo reakcijų lygtis yra balansinės. Pagal jas negalima spręsti nei apie cheminės reakcijos greitį, nei apie cheminių virsmų mechanizmą. Šiluminis efektas, arba degimo šiluma Q, kuri išsiskiria sudeginus dujas normaliose sąlygose, skirstoma į aukštąją Qa ir žemąją Qž. Į Qą sudėtį dar priskaičiuojama šiluma, kurią 10 gautume sukondensavę degimo proceso metu susidariusį vandens garą. Daugumoje dujų degimo įrenginių, ypač senesnių, vandens garas praktiškai nesikondensuoja ir jis pašalinamas kartu su kitais dujų degimo produktais. Todėl beveik visose šalyse šiluminiai – techniniai dujų degimo skaičiavimai vykdomi nurodant žemąją degimo šilumą Qž. Skirtumas tarp aukštosios ir žemosios degimo šilumos yra apie 2500 kJ/kg iš dujų degimo produktų sukondensuoto garo. Dujų deginimo įrenginio šiluminis naudingumo koeficientas, paskaičiuotas pagal žemąją degimo šilumą, gali viršyti 100%, jei įrenginyje yra atšaldomi degimo produktai ir susikondensuoja didelė dalis juose esančio vandens garo. Dujų mišinio žemoji ir aukštoji degimo šiluma randama: n n Q rQ r Q ... r Q 1 1 2 2 , čia: r1, r2, ..., rn – mišinio komponentų tūrio, masės ar molinės dalys; Q1, Q2, ..., Qn – komponentų degimo šilumos. Degimo reakcijos ir degimo šilumos Sausų angliavandenilių dujų degimo su deguonimi reakcijos ir molinė degimo šiluma, kai temperatūra 0oC ir slėgis 101,3 kPa Dujos Degimo reakcijos Molinė degimo šiluma, MJ/kmol aukštoji žemoji Vandenilis H2+0,5O2=H2O 286,06 242,9 Anglies oksidas CO+0,5O2=CO2 283,17 283,17 Metanas CH4+2O2=CO2+2H2O 880,9 800,9 Etanas C2H4+3,5O2=2CO 2+3H2O 1560,9 1425,7 Propanas CH+ 5O2=3CO2+4H2O 2221,4 2041,4 n-Butanas C4H10+6,5O2=4CO2+5H2O 2880,4 2655,0 Izobutanas C4H10+6,5O2=4CO2+5H2O 2873,5 2648,3 n-Pentanas C5H12+8O2=5CO2+6H2O 3539,1 3274,4 Etilenas C2H4+3O2=2CO2+2H2O 1412,0 1333,5 Propilenas C3H6+4,5O2=3CO2+3H2O 2059,5 1937,4 Butilenas C4H8+6O2=4CO2+4H2O 2720,0 2549,7 Degimo proceso ir reakcijos greitis Dujų degimo procesas vyksta žymiai sudėtingiau nei aprašyta balansinėse lygtyse. Molekulėse trūkstant atomų ryšiams susidaro tarpiniai ir pakankamai stabilūs junginiai. Aukštoje temperatūroje šie junginiai toliau skyla ir, esant pakankamai deguonies, arba jo yra nepakankamai tam tikrose reakcijos zonose ir kai reakcijos (degimo) zona priverstinai šaldoma (pvz.: liepsna apiplauna šaltą šilumokaičio paviršių), susidarę tarpiniai junginiai stabilizuojasi ir, kartu su galutiniais degimo produktais, patenka į aplinką (išeina iš degimo zonos). Paruošto (sumaišyto su deguonimi)mišinio zonoje, intensyviai išsiskiriant šilumai ir kylant temperatūrai, atsiranda vis daugiau aktyvių dalelių ir prasideda grandininė reakcija, kuri vadinama grandinių šiluminiu sprogimu. Pagal masės pastovumo dėsnį, homogeninio (vienalyčio) mišinio cheminės reakcijos greitis proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijų sandaugai. Negrįžtamoms bimolekulinėms reakcijoms šis greitis nustatomas taip: 1 2 w KC C ; 11 Kur C1, C2 – reaguojančių komponentų koncentracijos, kmol/n.m3; K – reakcijos greičio konstanta (priklausomai nuo medžiagų temperatūros). Reakcijos greitis Deginant dujas, reaguojančių medžiagų koncentracijas galima priimti nekintamomis, kadangi į degimo zoną per degiklio maišiklį patenka vis naujos degių dujų komponentų porcijos tokios pat sudėties. Cheminės reakcijos greičio konstantos K eksponentinę lygtį pasiūlė švedų fizikas ir chemikas Svante Arrhenius (Arejaus lygtis): K K e E / RT 0 −; Kur K0 – eksponentinis koeficientas (daugilis), kuris stachiometriniams homogeniniams mišiniams apie 1,0; E – aktyvacijos energija, kJ/kmol; R – universali dujų konstanta, J/(kgK); T – absoliutinė temperatūra, K. Eksponentinį daugiklį K0 galima suprasti kaip konstantą, kuri apibrėžia molekulių susidūrimo galimybę, o aktyvacijos energija E – kaip minimalią energiją, būtina nutraukti esamus molekulių efektyvų susidūrimą, po kurio įvyksta cheminė reakcija. Ši energija praktikoje naudojamiems, po kurio įvyksta cheminė reakcija. Ši energija praktikoje naudojama degiems mišiniams būna tokiose ribose: E = (80 - 50) .103 kJ/kmol. Iš lygties matyti, kad cheminių reakcijų greitis ženkliai didėja, didėjant temperatūrai, nes R = const toms pačioms dujoms. Pvz., padidinus temperatūrą nuo 500 iki 1000 K, degimo reakcijos greitis padidėja, priklausomai nuo aktyvacijos energijos, 2.104–5.108 karto. Reakcijos greitis ir eiga Reakcijos greitį nusako ne tik temperatūra, bet ir pati reakcijos eiga, t.y. ar ji vyksta kaip grandininė reakcija. Pradinių medžiagų perėjimas (virimas) galutiniais produktais nevyksta iškart, egzistuoja visa eilė perėjimo stadijų, kurių metu susidaro tarpinės chemiškai aktyvios dalelės – atomai ir radikalai. Jas generuoja pati reakcija. Šios tarpinės dalelės lengvai jungiasi su pradinėmis medžiagomis ir tarpusavyje, dėl ko susidaro galutiniai degimo produktai ir naujos aktyvios dalelės, kurios pajėgios pakartoti ta pačią reakcijos grandinę. Savaiminis, augantis aktyvių dalelių generavimas sukelia cheminės reakcijos pagreitėją ir įvyksta viso reaguojančio mišinio sprogimas. Dujų degimas yra sudėtingas procesas ir dar ne visų angliavandenilių dujų degimas išnagrinėtas pilnai. Iš visų grandinių reakcijų geriausiai išnagrinėta vandenilio, anglies ir metano jungimosi su deguonimi reakcijos. Vandenilio grandininės reakcijos pradžia laikomas atominio vandenilio susidarymas, pvz. Molekulei susidūrus su įkaitintų kūnu M (elektros kibirkštis, liepsna ir pan.) H M 2H M 2 . Reakcijos eiga Toliau grandininė reakcija vyksta pagal šią schemą: Šio ciklo rezultatas: 12 H 3H O 2H O 3H 2 2 2 ; Reaguojant vienam vandenilio atomui susidaro dvi vandens garo molekulės ir trys vandenilio atomai, kurie gali duoti pradžią naujai grandininei reakcijai, arba, susidūrę tarpusavyje, gali vėl virsti į stabilią molekulę, H+H=H2, slopinančią grandininę reakciją. Vandenilio-deguonies liepsnoje gali vykti dvejopi susidūrimai, vieni iš jų greitina reakciją, kiti ją lėtina. Praktikoje lėtinančių reakciją susidūrimų būna mažiau, todėl inde, padegus degamą mišinį, jis greitai sudega, t.y. sprogsta. Angliavandenilių aukštatemperatūrinio degimo mechanizmas turi sudėtingą grandininį charakterį ir yra susietas su aktyvių dalelių (atomų ir radikalų) susidarymu, taip pat su tarpinių molekulinių junginių susidarymu. Vykstant terminiam angliavandenilių skilimui gali atsirasti netgi anglies molekulė C2. Pakopinio metano oksidinimas vyksta pagal šias reakcijas:    → → → . , , 1. 4 2 2 4 3 2 2 CH O CH H O CH OH CH H O H O OH O  → → . , 2. 4 2 3 2 CH O HCHO O CH O HCHO OH    → → → . , , 3. 2 2 2 2 HCO O CO O OH HCHO O CO H O HCHO OH HCO H O  → → . , 4. 2 2 CO OH CO H CO O CO Galutinis ciklo rezultatas CH O CO H O 4 2 2 2 2 4 →2 4 . Degimo skaičiavimai Dažniausiai dujos deginamos naudojant orą (jame esantį deguonį). Techniniuose šiluminiuose skaičiavimuose nustatyta tokia degimui tiekiamo sauso oro sudėtis: O2 – 21%, N2 – 79%. Norint gauti 1 m3 deguonies, reikia 100/21=4,76 m3 oro, arba be 1 m3 ore esančio deguonies dar kartu 79/21=3,76 m3 azoto. Įvertinus tai, kad 1 kmol dujų normaliomis sąlygomis užima apytikriai tą patį tūrį kaip oras, dujų degimo su oru reakcijos užrašomos tokiomis lygtimis: 2 2 2 2 2 H 0,5O 0,5⋅3,76N H O 1,88N , 2 2 2 2 CO 0,5O 0,5⋅3,76N CO 1,88N , 4 2 2 2 2 2 CH 2O 2 ⋅3,76N CO 2H O 7,52N . Apie 10 m3 oro 1 m3 gamtinių dujų sudeginti Angliavandenilių degimo su oru lygtis: 2 2 2 2 2 C H (m n / 4)(O 3,76N ) mCO (n / 2)H O (m n / 4)3,76N m n . 13 Dujų mišinių degimo skaičiavimas Dujų mišiniams teorinį sauso oro kiekį jų deginimui Vot, m3/m3, galima skaičiuoti remiantis atskirų mišinio komponentų deguonies poreikiu pagal šią formulę. 2 4 2 6 3 8 V 4,76/100(0,5H 0,5CO 2CH 3,5C H 5C H ot 6,5 3 4,5 6 ) 4 10 2 4 3 6 4 8 2 C H C H C H C H −O . Teorinis drėgno oro tūris Votd, m3/m3 yra didesnis: otd ot o ot V V 0,00124d V Kur do – oro drėgnumas, g/m3. Kai nežinoma cheminė dujų sudėtis, bet žinoma jų žemoji degimo šiluma Qž, kJ/n.m3, teorinis oro kiekis Vot, m3/m3, apytikriai nustatomas: /3770 ot z V Q Faktinis oro kiekis degimui Vof, m3/m3, dėl nepakankamo dujų sumaišymo su oru, nustatomas truputį didesnis negu teorinis: of ot V V , čia: α – oro pertekliaus koeficientas, kuris, priklausomai nuo naudojamų degiklių, turi atitikti standarto reikalavimus. Paprastai praktikoje, deginant dujas, α visada turi būti didesnis už 1, kad išvengti nepilno dujų sudegimo. Būna išimčių, kai tam tikruose technologiniuose procesuose kaitinimo kamerose būtina užtikrinti neutralią arba labai mažai oksiduojančia atmosferą. Degimo produktų sudėtis ir tūris Dujų mišinys degimo produktų komponentų tūris, m3/m3, kai jų degimas vyksta su drėgno oro pertekliumi, nustatomas pagal šias formulės: 0,01( 2 ... ) CO2 2 4 2 4 m n V CO CO CH C H mC H ; 0,01[ 2 2 ... ( / 2) ] 0,00124( ) 2 2 4 2 4 t H O m n d o o V H CH C H n C H d d V ; 2 0,79 0,01 2 V V N N ot ; O ot V 0,21( 1)V 2 − Kur CO, CO2, CH4, ... , CmHn – atskirų dujų komponentų tūrio dalys (%) mišinyje: dd ir do – dujų ir oro drėgnumas, g/m3 Suminis drėgnų degimo produktų tūris CO2 H2O N2 O2 d dp V V V V V . Degimo temperatūros Šiluminės technikos praktikoje išskiriamos šios 4 degimo temperatūros: adiabatinė, kolorimetrinė, teorinė ir praktinė. Adiabatinė pilnai sudegintų dujų degimo produktų temperatūra ta – tai maksimali jų temperatūra, nustatoma iš degimo reakcijos šilumos balanso lygties adiabatinėse sąlygose (procesas vyksta be šilumos mainų su aplinka). Kai oro pertekliaus koeficientas α = 1,0 ir dujų bei oro temperatūros prieš degimą lygios 0oC, tai /( ) a ž p t Q Vc , Kur, Qž – žemoji dujų degimo šiluma, kJ/m3; 14 Cp V – degimo produktų komponentų tūrių (V), gautų sudeginus 1 n.m3 dujų, ir jų specifinių šilumų (cp) sandaugų suma. Išskleistame pavidale: /( ) a ž CO2 pCO2 H2O pH2O N2 pN2 t Q V c V c V c , Kur, CO2 V , H O V 2 , N2 V – anglies dvideginio, vandens garų ir azoto tūriai, kurie susidaro sudegant 1 m3 dujų, m3/m3; pCO2 c , pH O c 2 , pN2 c – vidutinės tūrinės CO2, H2O ir N2 specifinės šilumos temperatūriniame intervale nuo 0oC iki ta, kJ/(m3.oC). Adiabatinė degiųjų dujų temperatūra nustatoma priartėjimo metodu, kadangi savitoji dujų šiluma cp yra nepastovus dydis, t. y. ji didėja, didėjant temperatūrai. Adiabatinė degimo produktų temperatūra Orientaciniai skaičiavimai pradedami, parinkus ta reikšmę (gamtinių dujų apie 2000oC) ir nustačius, kai α = 1,0, degimo produktų komponentų tūrius, o iš 2.2 lentelės – jų vidutines specifines šilumas. Įstačius reikšmes į 2.19a formulę ir suskaičiavus ta reikšmę, jei ji gaunama didesnė arba mažesnė už pasirinktą, skaičiavimas atliekamas nustačius kitą temperatūrą tol, kol bus gautas reikiamo tikslumo rezultatas. Deginant dujas su drėgnu atmosferos oru, jų adiabatinė temperatūra sumažėja 25-30 oC. Komponentas Adiabatinė temperatūra, oC Mišiniai Apytikrė adiabatinė temperatūra, oC Vandenilis 2235 Gamtinės dujos iš dujų telkinių 2040 Anglies viendeginis 2370 Tas pats iš naftos telkinių 2080 Metanas 2043 Koksavimo proceso dujos 2120 Etanas 2097 Skalūnų aukštatemperatūrinio perdirbimo dujos 1980 Propanas 2110 Vandens garo ir deguonies slėginio pūtimo dirbtinės dujos 2050 Butanas 2118 Generatorinės dujos iš riebiosios anglies 1750 Pentanas 2119 Tas pats iš liesosios anglies, įpurškiant vandens garo ir oro mišinį 1670 Etilenas 2284 Propilenas 2224 Butilenas 2203 Skystos dujos (50% C3H8+50% C4H10) 2115 Pentilenas 2189 Vandens dirbtinės dujos 2210 Acetilenas 2620 Kolorimetrinė degimo produktų temperatūra Kolorimetrinė degimo produktų temperatūra tk skiriasi nuo adiabatinės ta tuo, kad skaičiavimui imamos faktinės dujų bei oro temperatūros ir faktinis α, neįvertinus vandens garų ir anglies dvideginio disociacijos. Kolorimetrinė temperatūra tk apskaičiuojama: ( ) /( ) k z f p t Q q Vc , kur qf – fizinė deginamų dujų ir oro šiluma, kJ/m3, kai jų temperatūra ne 0oC, arba ( ) / k z 0 p 0 p d t Q V c t c t o d ( ) CO2 pCO2 H2O pH2O N2 pN2 O2 pO2 V c V c V c V c Dažniausiai gamtinės ir skystosios dujos prieš deginimą nešildomos, jų tūris, lyginant su oro, tiekiamo degimo procesui palaikyti, tūriu, irgi nedidelis, todėl, skaičiuojant kalorimetrinę temperatūrą galima neįvertinti dujų fizinės šilumos. Deginant mažo kaloringumo dujas 15 (generatorines, aukštakrosnių, skalūnų ir pan.), jos prieš degimą dažniausiai šildomos, todėl jų fizinę šilumą būtina įvertinti. Teorinė degimo produktų temperatūra Teorinė degimo produktų temperatūra tt nustatoma kaip ir kalorimetrinė temperatūra, tik su pataisa dėl vykstančių endoterminių (t. y. sunaudojančių šilumą) disociacijos reakcijų. Aukštoje temperatūroje disocijuoja (skyla) anglies dvideginis ir vandens garai, didėja tūris ir netenkama dalies šilumos. Disociacijos reakcijos aprašomos tokiomis lygtimis: 0,5 283 2 2 CO ⇔CO O −MJ/mol; 0,5 242 2 2 2 H O ⇔H O −MJ/mol. Labai aukštose temperatūrose disociacija gali vykti ir toliau, t. y. iki atominio vandenilio (H), atominio deguonies (O) ir ypač hidroksidinės grupės (OH) susidarymo. Be to, deginant dujas, visuomet susidaro tam tikras kiekis azoto oksido (NO), ypač, kai α > 1,0. Visos šios reakcijos endoterminės, dėl to faktiškai dar sumažėja degimo temperatūra. Teorinė degimo temperatūra nustatoma iš tokios formulės: ( ) /( ' ' ) −k ž f d p t Q q q V c , Kur qd – šilumos nuostoliai dėl dalies CO2 ir H2O disociacijos degimo produktuose, kJ/norm. m3; ' ' p V c –disocijuotų tūrių ir specifinių šilumų sandaugų suma, sudeginus 1 m3 dujų. Disociacijos procesus tiksliai įvertinti gana sunku, nes reikia atlikti sudėtingus skaičiavimus, kurie praktiškai nebūtini. Disociacijos nariui qd nustatyti yra pasiūlyta empirinė formulė, kuri išskleistoje lygtyje užrašoma taip: [ (100 120 )] /( ) k ž 0 po 0 pd d H2O CO2 CO2 pCO2 H2O pH2O N2 pN2 O2 pO2 t Q V c t c t −aV bV V c V c V c V c kur a, b – vandens garo ir anglies dvideginio disociacijos laipsnis, tūrio %, nuo pradinio jų kiekio. Disociacija didėja, kylant temperatūrai ir mažėjant komponentų parcialiniam slėgiui mišinyje su kitais degimo produktais. iki 1600oC temperatūros disociacijos laipsnis yra mažas ir galima į jo neįvertinti, t. y. teorinę degimo temperatūrą galima priimti lygia kalorimetrinei. Esant aukštesnei temperatūrai vykstanti disociacija gali ženkliai sumažinti mišinio temperatūrą kūrykloje. Todėl teorinę degimo temperatūrą būtina skaičiuoti tik aukštatemperatūrėms kūrykloms (krosnims), kurios veikia su pašildytu dujų degimui reikalingu oru (marteno krosnims). Dujofikuotiems katilams disociacijos įtakos galima nevertinti. Faktinė degimo produktų temperatūra Faktinė (skaičiuojamoji) degimo produktų temperatūra tf – tai maksimali temperatūra, kurią galima realiai pasiekti labiausiai įkaitusiame liepsnos taške. Ji visada mažesnė už teorinę degimo temperatūrą ir priklauso nuo šių pagrindinių faktorių: šilumos nuostolių į aplinką laidumo ir spinduliavimo, oro pertekliaus koeficiento α, oro dujų degimui temperatūros, degimo reakcijos laiko ir kt. Tiksliau vidutinė faktinė dujų degimo temperatūra krosnių ir katilų pakurose nustatoma iš šilumos balanso lygties, įvertinus eksperimentais nustatytus pataisos (pirometrinius) koeficientus: 16 f t p t t, Kur : ηp – pirometrinis koeficientas, kurio rekomenduojamos šios reikšmių ribos: – terminėms ir kaitinimo krosnims ηp = 0,75–0,85, – hermetinėms krosnims be šilumos izoliacijos ηp = 0,70–0,75, – katilų kūrykloms su ekranais ηp = 0,60–0,75. Dujų deginimo praktikoje svarbu žinoti ne tik adiabatinę degimo temperatūrą ta, bet ir maksimalią faktinę temperatūrą f max t , kuri gali būti atviroje liepsnoje, taip pat ir kūrykloje. Apytikriai ir greitai f max t galima nustatyti eksperimentiškai, panaudojant aukštatemperatūrinę termoporą, pvz., iš platinos su paladžio lydiniu. Tiksliau f max t nustatoma, panaudojus natrio spektro linijas. Liepsna nudažoma, įvedant į ją nedidelį kiekį natrio chlorido, kadangi aukštoje temperatūroje disocijuojant atsiranda natrio atomai ir kt. Naudojant spektrografą, pagal nusidažymo laipsnį ir nustatoma temperatūra. tf

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!