GORIVA Pripremio Varga Itvan HEMIJSKOPREHRAMBENA SREDNJA KOLA OKA

GORIVA Pripremio: Varga Ištvan HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA varga. i@neobee. net

Definicija goriva Goriva su materije koje sagorevanjem oslobađaju veliku količinu toplote. Podela goriva Prema agregatnom stanju razlikujemo: čvrsta; tečna i gasovita goriva

Prema poreklu razlikujemo: Prirodna Drvo Ugalj Sirova nafta Prirodni gas Veštačka Briketirani ugalj Drveni ugalj Koks, polukoks Dest. proizvodi nafte Generatorski gas Vodeni gas Gas iz koksne peći

Toplotna vrednost goriva § Označava onu količinu toplote (Q) koja se oslobađa pri potpunom sagorevanju 1 kg čvrstog i tečnog goriva ili 1 m 3 gasovitog goriva. § Toplotna vrednost je merilo kvaliteta goriva i zavisi od hemijskog sastava goriva.

Razlikujemo: - Gornju (Qg) i - Donju toplotnu vrednost (Qd). Empirijska formula Dilonga c, h, o, n, s, w- maseni % u gorivu prisutnih: C, H, O, N, S i H 2 O.

Kod gasovitih goriva toplotna vrednost se izračunava tako što se pojedinačne toplotne vrednosti komponenata gasa saberu: Y- maseni ili zapreminski udeo komponenata gasa.

§ Toplotne vrednosti se ispituju pri konstantnoj zapremini (kalorimetarskoj bombi), tako što se vrši sagorevanje jedinice mase ili zapremine goriva u čistom kiseoniku. § Pri potpunom sagorevanju goriva nastaju sledeći produkti: - CO 2 - H 2 O - SO 2 ili SO 3.

Hemijski sastav goriva § Goriva se sastoje od: § Sagorljivih (C, CH 4, CO i H 2) i § Nesagorljivih sastojaka (vlaga, karbonati, silikati i fosfati). Odnos i sastav ovih sastojaka je različit u pojedinim vrstama goriva.

Prirodna goriva § Od čvrstih goriva najznačajni su: § Drvo i § Ugalj. Drvo se u industriji ne koristi, izuzev za potpalu u kotlovima za proizvodnju vodene pare, koji se lože ugljem.

Ugalj Nastanak uglja objašnjava se procesima ugljenisanja organskih supstanci pod dejstvom velikog pritiska, temperature bez prisustva vazduha. Prema petrografskoj klasifikaciji, ugalj se deli na dve grupe: - mrki ugalj (treset i lignit)i - kameni ugalj (plameni ugalj, gasni kameni ugalj, masni kameni ugalj, posni kameni ugalj i antracit).

Vrsta uglja % % %C %H %O vlage Ispar. mat. Mrki ugalj 8 -25 43 -50 Plameni ug. 4 -8 40 -45 Gasni ugalj 2, 5 -4 35 -40 Masni ugalj 0, 8 -1, 2 19 -28 Posni ugalj Oko 1 12 -14 Antracit 0, 5 -1 11 72 -75 5 -7 12 -18 75 -81 6 -7 10 81 -85 5 -6 7 -10 88 -90 4, 5 -5 4 -4, 5 91 -92 3, 8 -4 2, 5 -3 92 3 2 Kameni ugalj Topl. Vrednost MJ 27 -30 30 -33 33 -34 35 -36 34 -37

Termoelektrana na čvrsto gorivo (ugalj)

Dobijanje veštačkih goriva Postupcima mehaničke i hemijske prerade od prirodnih goriva možemo dobiti veštačka goriva boljeg kvaliteta. Pored veštačkog goriva nastaju i drugi, vrlo vredni sporedni proizvodi. Najznačajnija veštačka goriva su: Briketirani ugalj; Drveni ugalj; Koks i polukoks.

Briketiranje uglja Predstavlja mehaničku operaciju dobijanja većih komada uglja u obliku geometrijskih tela, presovanjem sitnijih čestica uglja kojima je dodato vezivo. Pre briketiranja ugalj se suši u rotacionim sušarama (bubnjevima) na temperaturi iznad 200 °C. Sušenje se odvija protivstrujno, radi boljeg iskorišćenja toplote u procesu sušenja.

Uzdužni presek rotacione sušare Vlažan ugalj Osušeni ugalj Bubanj je dužine do 14 m i ima prečnik oko 4 m.

1 - levak za nasipanje uglja 2 -briket 3 - klip 4 -elektromotor ekscentrične prese Presovanje se vrši na pritisku od 150 bara. q Kao vezivo koristi se katran kamenog uglja u procesu suve destilacije.

Hemijska prerada čvrstih goriva Obuhvata procese: - gasifikacije i - karbonizacije. Gasifikacija predstavlja prevođenje čvrstog u gasovito gorivo. Karbonizacija je suva destilacija uglja, tj. destilacija bez prisustva vazduha.

Gasifikacija Gasifikaciji se uglavnom izlažu ugalj i koks. § Ostvaruje se pomoću vazduha, vodene pare, kiseonika ili smeše ovih gasova. § Izvodi se u generatorima.

Zona sušenja Zona destilacije Redukciona zona Oksidaciona zona Gasifikacija se izvodi u prisustvu nedovoljne količine kiseonika i viška čvrstog goriva.

Reakcije koje se odvijaju u procesu gasifikacije su: Poželjne su samo one reakcije u kojima nastaje CO (ugljenik (II) -oksid) jer predstavlja gas koji gori, tj. gorivo. Podešavanjem uslova rada generatora (atmosferski pritisak i temperatura iznad 1000 °C) moguće je izvesti gasifikaciju tako da nastaje samo CO i N 2.

Hemijske reakcije pri proizvodnji vodenog gasa su: Pri gasifikaciji se vrši naizmenično uduvavanje vazduha i vodene pare, pošto su reakcije koje se odvijaju endotermne. Ako se gasoviti produkti odvode odvojeno, dobija se vazdušni i vodeni gas. Ako se gasni produkti odvode zajedno gas je mešani gas.

Karbonizacija q. To je proces suve destilacije (pirolize) čvrstih goriva u kojem dolazi do povećanja sadržaja ugljenika. ØPri karbonizaciji pored promene hemijskog sastava dolazi i do promene fizičkih osobina goriva (izgled, gustina, tvrdoća itd. ). ØKarbonizacija se odvija na visokim temperaturama, jer reakcije koje se dešavaju uglavnom su endotermne.

§ Karbonizacija se odvija u reaktorima koji se posredno zagrevaju preko zida. § Karbonizacija uglja može da bude: Polukoksovanje i Koksovanje. üPolukoksovanje se odvija na temperaturi od 500 – 700 °C. Proizvod se naziva polukoks. üKoksovanje se vrši na temperaturi od 700 – 1050 °C. Proizvod se naziva koks.

Šema peći za koksovanje uglja 1 - Bunker za ugalj; 2 - komora za koksovanje; 3 - regeneratori toplote; 4 - Uređaj za istiskivanje koksa; 5 - Uređaj za prihvatanje koksa.

q. Pri zagrevanju uglja u pećima na različitim temperaturama se dešavaju sledeće promene: - do 250 °C isparava voda i oslobađaju se CO i CO 2; - na 300 °C dolazi do stvaranja katrana; - na 350 °C ugalj postaje plastičan; - od 500 – 550 °C počinje da nastaje polukoks gasni produkti i katran; - iznad 700 °C počinje nastajanje koksa.

Glavni produkti koksovanju su: koks; gas iz koksne peći i katran kamenog uglja. Iz 1 t suvog uglja dobija se: Ø 650 -750 kg koksa, Ø 310 – 340 m 3 gasa i Ø 30 – 40 kg katrana.

Koks: Veštački ugalj crne boje velike poroznosti i tvrdoće. Toplotna vrednost je od 3140033500 k. J/kg. ØKoristi se u metalurgiji kao gorivo u procesu proizvodnje metala iz rude i kao osnovno redukciono sredstvo.

Gas iz koksne peći: Sastoji se od smeše različitih gasova. q. Prosečan sastav gasa je: ü 52 % H 2 ü 25 % CH 4 ü 6, 5 % CO ü 12 % N 2 ü 2, 5 % CO 2 i üOko 2 % viši ugljovodonici.

Katran kamenog uglja: Viskozna tečnost karakterističnog mirisa i tamnosmeđe boje. ØSadrži oko 300 različitih supstanci, od kojih su najvažniji: Benzol, toluol, ksilen, fenol, krezol, naftalin, antracen, fenantren i piridin.

Nuklearna goriva q Nuklearne reakcije mogu biti: FISIJA (deljenje teških jezgara) i FUZIJA (spajanje lakih jezgara. § U oba slučaja produkti reakcije imaju veći sadržaj energije u odnosu na polazna jezgra. § Ta razlika u energijama se javlja kao KINETIČKA ENERGIJA jezgra koja su produkti nuklearne reakcije. Pri usporavanju jezgara kinetička energija se pretvara u TOPLOTNU ENERGIJU.

ØOd svih poznatih izotopa urana u prirodi samo je U (235) sposoban da se deli pod dejstvom neutrona. 1 g U (235) oslobađa istu količinu toplote kao 2, 7 tona uglja. Reakcije cepanja jezgara U (235) vrši se u nuklearnom reaktoru.

Nuklearne reakcije se u reaktoru odvijaju kontrolisano. Višak neutrona se apsorbuje pomoću kontrolnih šipki izrađenih od čelika legiranog borom ili su izrađene od kadmijuma.

Aktivna zona reaktora (presek): Ø Da bi se sprečilo izletanje neutrona iz aktivne zone, ona je obložena materijalom koji odbija neutrone. § Izvan reaktora nalazi se zaštitna obloga za zaštitu okoline od zračenja, kao i sistem za cirkulaciju vode.