Dujinis kuras: aprašymas, charakteristikos, gamybos būdai, taikymas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Dujinis kuras buvo žinomas nuo XIX amžiaus vidurio. Būtent tada garsusis inžinierius Lenoiras pastatė savo pirmąjį dujinį vidaus degimo variklį. Šis aparatas buvo primityvus ir veikė be išankstinio degimo kameros suspaudimo. Šiuolaikiniai varikliai tam neprilygsta. Šiandien dujinis kuras naudojamas ne tik automobiliuose. Ši aplinką tausojanti, pigi ir įperkama kuro rūšis aktyviai užkariauja vis daugiau naujų nišų ir aktyviai naudojama visuose šalies ūkio sektoriuose. Šiame straipsnyje pateikiamas kuro aprašymas, charakteristikos. Apskritai jame aprašoma, kaip jie gaminami ir naudojami.

Bendra informacija

Dujinis kuras yra labai degi medžiaga. Ši kokybiška ir naudinga savybė naudojama įvairiose mokslo šakose irtechnologija. Pavyzdžiui, gyventojai ir pramonė vis dažniau naudoja dujinio kuro katilus. Šiame kure įvairiais kiekiais gali būti anglies oksidų (dioksidų), anglies dioksido garų, taip pat elementų, tokių kaip azotas, vandenilis, deguonis ir kitos priemaišos. Šiuolaikiniai įrenginiai, veikiantys dujiniu kuru, yra labai jautrūs darbinių dujų cheminei sudėčiai. Jei ji neatitinka gamintojo rekomenduojamų standartų, greičiausiai įranga suges ir reikės brangiai atlikti remontą.

Visas medžiagas, kurios sudaro dujas, galima suskirstyti į degiąsias ir nedegias. Pirmieji, be metano, yra etanas, propanas ir butanas. Sprogi ir atitinkamai degi yra anglies monoksidas ir vandenilis. Vandenilis yra ypač pavojingas. Būtent dėl šios priežasties nerekomenduojama jo laikyti dujų balionuose. Geriausias sprendimas yra įsigyti vandenilio generatorių. Šis prietaisas pagal poreikį išgauna vandenilį iš distiliuoto vandens. Taigi didelio dujų kiekio detonavimo grėsmė pašalinama.

Valstybė yra didmeninės skystojo ir dujinio kuro prekybos monopolija. Tai rodo strateginę šios rūšies žaliavos svarbą.

Degalų klasifikacija pagal kilmę

Kaip skystas, dujinis kuras gali būti išgaunamas kaip mineralas arba gali būti gaminamas dirbtinėmis sąlygomis. Pirmuoju atveju toks kuras vadinamas natūraliu, o antruoju -dirbtinis.

Specialistai užfiksavo skystojo ir dujinio kuro, išgaunamo iš skirtingų regionų, sudėties skirtumus. Dėl cheminės sudėties skirtumų taip pat šiek tiek skiriasi degimo metu išsiskiriančios šilumos kiekis. Gamtinių dujų kurą beveik visiškai (95-99%, priklausomai nuo lauko) sudaro vadinamasis metanas (cheminė formulė - CH_{4). Šis kuras vadinamas gamtinėmis dujomis. Ir tai šiandien yra pigiausias energijos š altinis. Būtent dėl šios priežasties šios rūšies energijos ištekliai aktyviai naudojami visuose šalies ūkio sektoriuose. Tačiau visus privalumus užgožia žemas dujiniu kuru veikiančių prietaisų saugos lygis. Žiniasklaidoje nuolat pasirodo nerimą keliančios žinios apie avarijas ir žmonių aukas dėl dujų įrenginių eksploatavimo taisyklių pažeidimų.}

Dirbtinis dujinis kuras apima medžiagas, gautas perdirbant kietąjį arba skystąjį kurą. Dažniausios ir populiariausios jo rūšys yra kokso krekingo dujos. Apšvietimas, vanduo ir mišrus kuras taip pat gali būti įtrauktos į šią grupę. Priklausomai nuo konkrečių dujų cheminės sudėties, degimo metu išsiskiriančios šilumos lygis skiriasi plačiame diapazone. Tokios medžiagos yra labai sprogios. Dėl šios priežasties jas prieš deginant rekomenduojama sumaišyti su gamtinėmis dujomis. Ši priemonė padidina įrenginių, naudojančių dujinį kurą, veikimo saugą. Šios manipuliacijos atliekamos specialiai įrengtose bazėse. Tada tokiedujos galutiniam vartotojui tiekiamos balionais ar kitu būdu. Tačiau nepaisant to, kad toks mišinys yra mažiau pavojingas, su juo vis tiek reikia elgtis labai atsargiai, laikantis visų darbo su slėginiais indais taisyklių ir reglamentų bei saugos taisyklių. Ir tai ne vienintelis pavojus. Ši medžiaga yra toksiška ir įkvėpus gali sukelti rimtų pasekmių ir net mirtį.

Degalų klasifikacija pagal paskirtį

Dujinės formos degalai naudojami tiek šiluminiuose įrenginiuose, tiek vidaus degimo varikliuose. Atitinkamai, šiuo pagrindu jis gali būti suskirstytas į variklių kurą ir katilų-krosnių kurą.

Gamtinės dujos tradiciškai naudojamos kaip katilų ir krosnių kuras. Retais atvejais naudojamas dirbtinis kuras. Tos pačios rūšies degalai, tik su kai kuriais priedais, taip pat naudojami automobiliams pildyti.

Gamtinių dujų aprašymas

Sunku pervertinti šio mineralo svarbą mūsų valstybės ekonomikai ir viso pasaulio ekonominiam vystymuisi. Jį naudoja daugelis automobilių, dujinio kuro katilų, elektrinių ir kogeneracinių elektrinių. Remiantis numatomomis mėlynojo kuro (kaip kartais vadinamos gamtinės dujos) kainomis, sudaromi valstybės biudžetai.

Daugiau nei 90 % šių dujų sudaro metano molekulės (CH_{4). Gamtinėse dujose, be metano, yra ir butano su propanu, azoto, anglies dioksido, vandens garų ir kitų priemaišų (jos laikomos kenksmingomis). ATMažais kiekiais gamtinėse dujose taip pat yra inertinių dujų (helio ir kitų). Manoma, kad pastarieji turi teigiamą poveikį dujomis veikiančioms mašinoms, įtaisams ir mechanizmams, taip pat pagerina kuro degimo procesų fiziką. Kuro tinkamumas naudoti, jo kokybė vertinama pagal angliavandenilių komponentų procentą.}

Gamtinės dujos yra ne tik vertingas kuras, bet ir daugelio pramonės šakų žaliava. Taigi iš jame esančio metano didelės chemijos gamyklos gamina vandenilį. Kad ši reakcija įvyktų, ji turi būti oksiduota. Be vandenilio, iš jo gaminamas acetilenas. Šių medžiagų pagrindu gaminami visokie aldehidai, metilo alkoholis (labai toksiška ir pavojinga medžiaga), amoniakas, acetonas, acto rūgštis ir kt. Tačiau išlieka faktas, kad pagrindinė gamtinių dujų panaudojimo sritis yra dujinio kuro deginimas įvairiems pavaros mechanizmams (automobilių varikliams) ir katilų įrenginiams.

Pagrindinės dujų savybės

Visas dujas (ne tik degalus) vienija palyginti mažas tankio indeksas. Nagrinėjamoms gamtinėms dujoms ir jų dirbtiniams analogams jų vertė laikoma 0,8 kilogramo kubiniame metre. Suskystinto dujinio kuro tankis yra šiek tiek didesnis ir yra maždaug 2,3 kilogramo kubiniame metre.

Dujos dažniausiai yra toksiškos medžiagos. Toksiškumas didėja didėjant anglies oksidų kiekiui irsieros junginiai su vandeniliu dujose. Kai atmosferoje yra vienas ar daugiau procentų aprašytų kenksmingų dujų, žmogus per tris minutes įkvėps mirtiną dozę nuodingos medžiagos.

Atitinkamos dujos yra sprogios. Be to, padidėjus anglies monoksido ir vandenilio kiekiui, didėja detonacijos rizika. Įdomi ypatybė: kai šių medžiagų yra daugiau nei 74%, dujų detonacijos tikimybė beveik lygi nuliui.

Pagrindinės degalų charakteristikos

Atlikdami lyginamąją tam tikros rūšies kuro analizę, ekspertai vadovaujasi šiomis sąvokomis: kuro drėgmė, sieros kiekis, pelenai (likučiai), kaloringumas ir šiluminė galia.

Šildymo galia reiškia temperatūrą, kurios pakanka degimo procesui esant minimaliam deguonies kiekiui. Tuo pačiu metu nei oras, nei degus mišinys nėra papildomai kaitinamas.

Kietos degimo lauko liekanos vadinamos pelenais. Ji nebegali degti. Šlakas yra tie patys pelenai, tik ištirpę. Šios medžiagos susidarymas neigiamai veikia visos sistemos darbą, užkemša kuro įrangą. Todėl projektuojant svarbu atsižvelgti į šį rodiklį.

Svarbus rodiklis yra drėgmė. Tai neigiamai veikia kuro savybes. Dėl jo padidėja išmetamųjų dujų kiekis, sumažėja įrenginio efektyvumas.

Sieros ir jos junginių degimo produktai sukelia ir aktyvina paviršių korozijos procesusvariklių ir išmetimo sistemų plieninės dalys. Be to, jie daro neigiamą poveikį aplinkai ir žmonių sveikatai. Todėl į šį rodiklį taip pat labai svarbu atsižvelgti.

Šilumingumas yra labai svarbi charakteristika. Į tai atsižvelgiama apskaičiuojant ir projektuojant įrangą ir leidžia nustatyti degalų sąnaudas. Ši vertė nustatoma eksperimentiniu būdu. Šiems tikslams naudojamas specialus kalorimetras. Sudeginamas žinomas kuro kiekis (masė) ir fiksuojamas kalorimetro vandens temperatūros pokytis. Tada pakanka gautą informaciją pakeisti į formulę ir apskaičiuoti degimo šilumą.

Susijusios dujos

Jei gamtinės dujos išgaunamos iš gręžinių, susijusios dujos yra šalutinis naftos gavybos produktas. Tokiose dujose metano yra šiek tiek mažiau nei tradicinėse gamtinėse dujose. Tačiau deginant dujinį kurą gaunama panaši šiluma.

Šalutinės dujos (susijusios) taip pat gaminamos metalurgijos gamyklose. Šiose įmonėse kuras išmetamas krosnyse. Tai vadinamosios kokso krosnių ir aukštakrosnių dujos. Paprastai šios dujos deginamos vietoje (paduodamos į krosnį ar katilinę). Panašus šalutinis produktas gaminamas giliose kasyklose, o tai dažnai sukelia nelaimes.

Dujų gamyba sauso distiliavimo būdu

Dirbtinės dujos gaunamos papildomai apdorojant kietąjį (skystąjį) kurą. Tokiu būdu galima gauti vadinamąsias gamintojo dujas ir sausąsias distiliavimo dujas.

Kai sausadistiliavimo kuras suyra veikiant aukštai temperatūrai. Tokiu atveju būtina užkirsti kelią oksiduojančios medžiagos (oro) patekimui. Po kelių veiksmų pirminis kuras suyra į savo dujas, dervos junginius ir koksą. Tiksli susidariusių produktų sudėtis priklauso nuo pradinės kuro sudėties ir proceso sąlygų (pirmiausia nuo temperatūros).

Distiliavimo procesas, vykstantis aukštoje temperatūroje (1000–1100 laipsnių Celsijaus srityje), vadinamas koksavimu. Šiuo atveju skilimo produktai yra tikrosios dujos (koksas) ir koksas. Susidariusių dujų tankis ir degimo šiluma yra palyginti maži (atitinkamai 0,5 kilogramo kubiniame metre ir 16 000 kilodžaulių kubiniame metre). Viena tona anglies šio apdorojimo metu paverčiama 350 kubinių metrų dujų. Šis rodiklis gali skirtis ir priklauso nuo proceso sąlygų bei žaliavos (anglies) cheminės sudėties ir kilmės.

Taip pat yra žemos temperatūros sausas distiliavimas. Jį sudaro kietojo kuro apdorojimas, kurio temperatūra yra apie 500 laipsnių Celsijaus. Šiuo metodu susidaro minimalus dujų kiekis (ne daugiau kaip 30 kubinių metrų tonai žaliavos). Pagrindinis produktas šiuo atveju yra derva, kuri toliau naudojama variklinių alyvų ir degalų gamyboje.

Dujų gavimas dujofikuojant kietąjį kurą

Vienas iš įprastų dujinio kuro gavimo būdų yra vadinamasis dujofikavimas. Jį sudaro cheminis-terminis kietojo kuro apdorojimas (bendras aukštos temperatūros poveikisir cheminis apdorojimas). Kietajame kure esantys anglies atomai sąveikauja ir reaguoja su vandeniu ir garais, sudarydami dujas (kurą). Dujinimo proceso metu taip pat vyksta sausa distiliacija. Dujų generatorius yra kietojo kuro (pirmiausia anglies) dujofikavimo įrenginys. Šis prietaisas gamina šias medžiagas: metaną, vandenilį ir anglies monoksidą. Be skleidžiamų dujų, taip pat susidaro nedegios medžiagos (anglies dioksidas, deguonis su azotu ir vandens garai).

Dujų generatorių dizainas – didžiulė įvairovė. Schema ir mazgų sąrašas visų pirma priklauso nuo žaliavos tipo. Apskritai tai yra cilindras su metalinėmis sienelėmis. Jame yra angos ventiliacijai (oro paėmimui) ir susidarančių dujų išėjimui. Oro tiekimas yra priverstinis, naudojant galingus ventiliatorius. Projekte turi būti numatytas liukas operatoriui. Kuras kraunamas per stogą. Taigi išoriškai šis agregatas skausmingai primena gerai žinomą „viryklę“. Tačiau yra vienas skirtumas – kamino nebuvimas.

Dujų generatorius tėra viso įrengimo pagrindas, šerdis, taip sakant. Jei pažvelgsite į tokios įrangos diagramas, paaiškės, kad visi kiti komponentai ir prietaisai yra sukurti taip, kad dujos būtų normalios būsenos (valymas, aušinimas ir pan.).

Dujų naudojimo ir naudojimo privalumai

Dujinio kuro sudėtis leidžia jį efektyviai naudoti kaip alternatyvą tradiciniam benzinui, mazutui irdyzelinas. Naftos atsargos išeikvotos. Pasak specialistų, tai truks kelis dešimtmečius. Dujų atsargų yra daug daugiau. Taigi aktyvus dujų įrangos diegimas ir naudojimas visuose šalies ūkio sektoriuose jei ne išspręs, tai bent atidės opią angliavandenilių žaliavų trūkumo problemą.

Antras ir labai svarbus pranašumas yra santykinis dujų degimo produktų grynumas, palyginti su benzininių variklių išmetamosiomis dujomis. Kitaip tariant, mašinos ir mechanizmai, veikiantys dujiniu kuru, yra draugiškesni aplinkai ir ne taip teršia aplinką. Didmiesčiuose ir dideliuose miestuose ši problema ypač aktuali. Todėl valdžios institucijos siekia, kad visas miesto viešojo transporto parkas būtų pritaikytas naujiems aplinkosaugos standartams.

Trečias privalumas – galimybė pritaikyti variklį pagal asmeninius poreikius ir pageidavimus, koreguojant mišinio sudėtį. Ateityje tai leis jums nepermokėti papildomų pinigų.

Ketvirtas privalumas – pailgėja variklio naudojimo trukmė ir pailgėja laikas tarp viso variklio alyvos keitimo. Juk dujos, skirtingai nei naftos produktai, nepašalina riebalų (alyvos) nuo besitrinančių mechanizmo (variklio) dalių paviršių.

Penkta – dujų mišinys turi daug didesnę detonaciją, palyginti su tradiciniu kuru. Tai leidžia žymiai padidinti transporto priemonės variklio galią.

Šešta – skirtingai nuo kietojo ir skystojo kuro, dujinio kuro prieš įpurškimą nereikia kaitinti. Tai teigiamaturi įtakos ir visos sistemos patikimumui, ir visiems be išimties veiklos rodikliams.

Septintas pranašumas: naudojant dujų įpurškimą į balionus, jis tampa tolygesnis. Taigi didėja eigos ir vairavimo mechanizmų veikimo sklandumas, mažėja labai apkrautų dalių susidėvėjimas.

Deja, ne visada pasiekiama visa aprašyta nauda. Dažniausiai automobilių savininkai benzininius variklius keičia į dujinius, kad sutaupytų kuro sąnaudų skirtumą. Tačiau variklis buvo skirtas benzinui arba dyzelinui. Taigi ne itin gerai koordinuotas visų dalių darbas. Inžinieriai paskaičiavo, kad automobilį iš benzino perjungus į dujinį variklis praranda apie 20 procentų galios. Norėdami kompensuoti nuostolius, daugelis savininkų padidina degimo kameros erdvės suspaudimo laipsnį. Tai labai sumažina variklio tarnavimo laiką. Kita priemonė – turbokompresoriaus sistemos įrengimas. Tačiau šis renginys turės investuoti daug pinigų. Variklio ar katilinės darbas skystuoju ir dujiniu kuru demonstruoja visiškai skirtingus veiklos rodiklius. Be to, pranašumas toli gražu nėra kietojo kuro pranašumas.