Sagorevanje
Sagorevanje
Sagorevanje
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Sagorevanje</strong>
Uvod<br />
Problem energije uz vodu i hranu predstavlja jedan od<br />
ključnih problema čovečanstva<br />
Sve veće potrebe u energiji kao i promene koje se dešavaju<br />
na svetskom tržižtu energije i sve veći uticaj proizvodnje<br />
energije na životnu sredinu doprineli su da Energetika,<br />
Ekologija, Ekonomija i Efikasnost postanu jedinstveni<br />
problem čovečanstva<br />
Strateški ciljevi za 21. vek:<br />
Pristupačnost u smislu cena,<br />
Raspoloživost u smislu dovoljnih količina,<br />
Prihvatljivost u smislu očuvanja životne sredine
Uvod<br />
Povezanost energetike sa ostalim privrednim granama,<br />
podloga ukupnog razvoja svake zemlje<br />
Stalan rast potreba energije (rast broja stanovnika i rast<br />
životnog standarda)<br />
Globalna potrošnja primarne energije<br />
Broj stanovnika, milijarde<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000<br />
Zemlje Centralne i Istočne Evrope Zemlje OECD<br />
Zemlje u razvoju Svet<br />
Povećanje stanovništva sveta po<br />
grupacijama zemalja u periodu 1960-<br />
2000.godina
Uvod<br />
Drvo<br />
Drveni ugalj (za potrebe topljenja metala)<br />
Ugalj<br />
(Kina 1000 godina pre nove ere, Stari Rim, Engleska XII vek)<br />
Pronalazak parne mašine 1760. godina-industrijska revolucija<br />
Osnovni izvor energije do polovine XX veka
Uvod<br />
Nafta<br />
Mesopotamija za potrebe osvetljenja pre 9000 godina<br />
Prva duboka bušotina 1859. godine u Pensilvaniji<br />
Patentiranje i razvoj SUS motora: 1877. Otto, 1897. Diesel
Uvod<br />
Prirodni gas<br />
Stara Persija za religiozne potrebe, Kina pre 2200 godina<br />
Prvi gasovod dužine 23 km 1884. godine, Pitsburg<br />
Električna energija<br />
najplemenitiji vid energije<br />
mogućnost proizvodnje korišćenjem svih izvora energije<br />
Pronalazak parnih i vodnih turbina veće snage u XIX veku<br />
omogućio značajan razvoj proizvodnje<br />
Nuklearna energija<br />
Razvoj započeo 1942. godine ostvarenjem kontrolisane fisije<br />
jezgra urana<br />
Eksperimentalna elektrana 1954.godine u blizini Moskve, a<br />
1956.godine prva komercijalna elektrana u Velikoj Britaniji<br />
Akcident u elektrani Ostrvo tri milje 1979. godine<br />
Akcident u Černobilu 1986.godine
Uvod<br />
Obnovljivi izvori energije (OIE)<br />
Sunčeva energija,<br />
Biomasa,<br />
Drvo i drveni ugalj,<br />
Geotermalna energija,<br />
Energija plime i oseke,<br />
Energija morskih talasa,<br />
Termalni gradijent mora,<br />
Vučna energija životinja,<br />
Hidroenergija,<br />
Vetar.
<strong>Sagorevanje</strong>- osnovni pojmovi<br />
Pojam sagorevanja<br />
Proces transformacije hemijske energije goriva u toplotnu<br />
energiju u prisustvu kiseonika naziva se sagorevanje.<br />
Šta podrazumevamo pod gorivima?<br />
Materije koje se nalaze u prirodi a imaju sposobnost oksidacije<br />
u prisustvu kiseonika nazivaju se goriva<br />
Najvažnije karakteristike goriva su:<br />
HEMIJSKI SASTAV<br />
TOPLOTNA MOĆ<br />
TEMPERATURA SAGOREVANJA<br />
PONAŠANJE GORIVA U TOKU PROCESA SAGOREVANJA
<strong>Sagorevanje</strong>- osnovni pojmovi<br />
HEMIJSKI SASTAV GORIVA može biti prikazan u odnosu na<br />
RADNU MASU<br />
SUVU MASU<br />
SAGORLJIVU MASU<br />
Šta je radna masa?<br />
Šta je suva masa?<br />
Šta je sagorljiva masa?
<strong>Sagorevanje</strong>- osnovni pojmovi<br />
Šta je toplotna moć? Šta je gornja a šta donja toplotna moć?<br />
Gornja toplotna moć, [MJ/kg, kJ/kg]<br />
Količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju<br />
jednog kg uglja, pri čemu su produkti sagorevanja ohlađeni<br />
na temperaturu na kojoj su pre početka sagorevanja bili<br />
ugalj i vazduh pri čemu je vodena para kondenzovala i<br />
nalazi se u tečnom stanju<br />
Količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju<br />
jednog kilograma uglja pri čemu su produkti sagorevanja<br />
ohlađeni do temperature koju na kojoj su bili gorivo i<br />
vazduh pre početka sagorevanja pri čemu je vodena para u<br />
parnom stanju<br />
Manja je od gornje toplotne moći za toplotu kondenzacije<br />
vode
GORIVA<br />
Najopštija podela goriva je podela na<br />
čvrsta, tečna i gasovita
Konvencionalni izvori energije-Ugalj
Proces stvaranja<br />
Proces stvaranja ugljeva<br />
Pripremna faza ili faza humifikacije-akumulacija, izmena i<br />
transformacija organske materije u sapropel<br />
Faza ugljenifikacije (karbonizacije)-proces povećanja<br />
sadržaja ugljenika u organskoj materiji – dijageneza i<br />
metamorfizam
dijageneza<br />
metamorfizam
Osnovne karakteristike uglja<br />
Hemijski sastav (maseni)<br />
c+h+o+n+s+p+ca+mg+fe+w+a=1<br />
c-ugljenik, h-vodonik, o-kiseonik, n-azot, s-sumpor,<br />
p-fosfor, ca-kalcijum, mg-magnezijum, fe-gvožđe,<br />
w-vlaga, a-pepeo<br />
Gornja toplotna moć, [MJ/kg, kJ/kg]<br />
Količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju<br />
jednog kg uglja, pri čemu su produkti sagorevanja ohlađeni<br />
na temperaturu na kojoj su pre početka sagorevanja bili<br />
ugalj i vazduh pri čemu je vodena para kondenzovala i<br />
nalazi se u tečnom stanju
Osnovne karakteristike uglja<br />
Donja toplotna moć, [MJ/kg, kJ/kg]<br />
Količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju<br />
jednog kilograma uglja pri čemu su produkti sagorevanja<br />
ohlađeni do temperature koju na kojoj su bili gorivo i<br />
vazduh pre početka sagorevanja pri čemu je vodena para u<br />
parnom stanju<br />
Manja je od gornje toplotne moći za toplotu kondenzacije<br />
vode<br />
Količina isparljivih materija,<br />
Sadržaj pepela,<br />
Sadržaj ugljenika u suvoj materiji,<br />
Sadržaj vlage u radnoj materiji
Klasifikacija ugljeva<br />
Klasifikacija: prema poreklu, nastanku, nameni,<br />
starosti, itd<br />
Prema klasifikaciji Ekonomske komisije OUN za Evropu,<br />
gornja granica je gornja toplotna moć bez pepela od<br />
23,87MJ/kg<br />
Kameni ugalj Hd>23,87MJ/kg<br />
Mrki ugalj 12,5MJ/kg
Klasifikacija ugljeva<br />
Antracit Kameni ugalj Mrki<br />
Lignit
Klasifikacija uglja prema sadržaju isparljivih materija - Nemačka<br />
Volatiles<br />
%<br />
C<br />
Carbon %<br />
H<br />
Hydrogen %<br />
O<br />
Oxygen %<br />
S<br />
Sulfur %<br />
Lignit - Lignite 45-65 60-75 6.0-5.8 34-17 0.5-3<br />
Flammkohle (Flame<br />
coal)<br />
Gasflammkohle (Gas<br />
flame coal)<br />
40-45 75-82 6.0-5.8 >9.8 ~1<br />
35-40 82-85 5.8-5.6 9.8-7.3 ~1<br />
Gaskohle (Gas coal) 28-35 85-87.5 5.6-5.0 7.3-4.5 ~1<br />
Fettkohle (Fat coal) 19-28 87.5-89.5 5.0-4.5 4.5-3.2 ~1<br />
Esskohle (Forge coal) 14-19 89.5-90.5 4.5-4.0 3.2-2.8 ~1<br />
Magerkohle (Non baking<br />
coal)<br />
10-14 90.5-91.5 4.0-3.75 2.8-3.5 ~1<br />
Anthrazit (Antracite) 7-12 >91.5
Konvencionalni izvori energije-nafta<br />
i prirodni gas
Poreklo<br />
Teorija o organskom poreklu (1757. Mikhail Lomonosov)<br />
Postanak od biljnih i životinjskih ostataka, masti i ugljenih<br />
hidrata pod dejstvom bakterija koje su živele u mirnim<br />
vodama<br />
Katalitičko delovanje sredine
Karakteristike<br />
Hemijski sastav<br />
Nafta predstavlja složenu smešu ugljovodonika sa primesama<br />
kiseonika, azota i sumpora. Može biti u gasovitom, tečnom ili<br />
čvrstom stanju u zavisnosti od temperature i pritiska u ležištu.<br />
Osobine nafte određuju elementarni i komponentalni sastav<br />
Elementarni sastav nafte<br />
Ugljenik 83-88%<br />
Vodonik 11-15%<br />
Sumpor 0,1-5%<br />
Azot 0,1-2,5%<br />
Kiseonik 0,1-3,5%<br />
Mineralne primese 0,1-1,2%
Karakteristike<br />
Komponentalni sastav nafte<br />
Najčešći sastojci su ugljovodonici parafinske, naftenske i<br />
aromatske serije.<br />
Podela na osnovu sastava:<br />
metanska,<br />
metansko-naftenska,<br />
naftenska,<br />
naftensko-metansko-aromatska,<br />
naftensko-aromatska.<br />
Podela na osnovu sadržaja sumpora:<br />
Slatka,<br />
Kisela,
Karakteristike<br />
Klasifikacija na osnovu specifične težine<br />
Lake nafte 0,7-0,8 (u odnosu na specifičnu težinu vode)<br />
Srednje teške nafte 0,80-0,90<br />
Teške nafte 0,90-1<br />
Laka nafta Teška nafta<br />
Kvalitativne osobine opredeljuju energetsku i<br />
petrohemijsku vrednost nafte (API, GOST, ISO)
Prirodni gas
Karakteristike<br />
Hemijski sastav<br />
Prirodni gas predstavlja smešu uglavnom ugljovodonika,<br />
koji su na ptitisku i temperaturi okoline uglavnom u<br />
gasovitom stanju, od kojih je najzastupljeniji metan, a<br />
zastupljeni su i etan, propan, butan i neki viši<br />
ugljovodonici. Pored ugljovodonika u prirodnom gasu se<br />
nalaze ugljendioksid, sumporvodonik, azot i helijum, koji<br />
predstavljaju balast.<br />
Tip ležišta određuje sastav gasa<br />
Podela na osnovu tipa ležišta:<br />
Gas iz gasnih ležišta,<br />
Gas iz gasno-kondenzatnih ležišta,<br />
Gas iz naftnih ležišta sa rastvorenim prirodnim gasom,<br />
Gas iz naftnih ležišta sa gasnom kapom
Karakteristike<br />
. Hemijski sastav gasa iz različitih tipova ležišta<br />
Komponente<br />
Suvi gas mol % Vlažni gas mol<br />
%<br />
Gas iz<br />
gasokondezatnih<br />
ležišta mol %<br />
metan 94,41 78,87 70,96<br />
etan 1,44 6,61 8,21<br />
propan 0,34 3,32 3,37<br />
i-butan 0,07 0,71 0,76<br />
n-butan 0,10 1,32 1,61<br />
i-pentan 0,04 0,57 0,77<br />
n-pentan 0,64 0,60 0,54<br />
heksan 0,04 0,92 1,47<br />
heptan i viši<br />
ugljovodonici<br />
0,44 3,34 10,88<br />
azot 0,30 1,79 0,88<br />
ugljendioksid 2,78 1,94 0,53<br />
sumporvodonik - 0,11 0,02<br />
gasni faktor* 27600 2720 1140<br />
*odnos proizvedenih m 3 gasa prema proizvedenim m 3 tečnosti
Karakteristike gasa<br />
Ilustracija sastava gasa koji ide u transportnu i distributivnu<br />
mrežu<br />
Komponenta mol %<br />
metan 94,59<br />
etan 3,02<br />
propan 0,44<br />
butan 0,14<br />
azot 1,00<br />
ugljendioksid 0,81<br />
100,00<br />
Ostali pokazatelji kvaliteta isporuke: pritisak i temperatura<br />
gasa, tačka rosišta gasa na vodu, tačka rosišta na<br />
ugljovodonike, prisustvo čvrstih materija, prisustvo, sumpora i<br />
ugljendioksida, toplotna moć i Wobbe-ov broj
Karakteristike gasa<br />
Tačka rosišta-<br />
definiše temperaturu na kojoj će vodena para na datom<br />
pritisku početi da se izdvaja iz gasa u vidu tečne faze<br />
Dehidracija gasa-Dozvoljen sadržaj vode je od 0,1-<br />
0,13kg/1000Nm 3 gasa<br />
Fizičke i termodinamičke karakteristike prirodnog gasa<br />
Gustina prirodnog gasa,<br />
Viskoznost prirodnog gasa,<br />
Kritična temperatura, pritisak i zapremina,<br />
Toplotna moć prirodnog gasa,<br />
Specifična toplota,<br />
Wobbe-ov broj
Prirodni gas –ekološki prihvatljivo gorivo<br />
Kоефицијент емисије угљендиоксида различитих горива<br />
Гориво<br />
Емисија,<br />
kgCO 2 /GJ<br />
Биомаса * 109,6<br />
Тресет 106,0<br />
Камени угаљ 101,2<br />
Дизел 77,4<br />
Сирова нафта 74,1<br />
Керозин 73,3<br />
Бензин 71,5<br />
Течнинафтнигас 63,1<br />
Природни гас 56,1<br />
+ * Неконтролисана сеча, без пошумљавања
Biomasa-obnovljiv izvor energije
Biomasa<br />
Biomasa predstavlja akumulisani vid Sunčeve energije<br />
Pod biomasom podrazumevaju se šume, šumsko rastinje,<br />
poljoprivredni i životinjski otpaci (u nekim klasifikacijama i<br />
gradski otpad)<br />
Drvo učestvuje sa 6-7% u ukupnoj energetskoj potrošnji<br />
U Evropi i Severnoj Americi 3%<br />
U Africi 33%<br />
Korišćenje<br />
• Za dobijanje toplotne enrgije<br />
• Za proizvodnju električne energije<br />
• Za dobijanje goriva za transportna<br />
sredstva
Karakteristike biomase<br />
Obnovljivost<br />
Toplotna moć<br />
Drvo 8,2-18,7 MJ/kg<br />
Biljni otpaci 5,8-16,7MJ/kg<br />
CO 2 neutralnost
Korišćenje biomase<br />
Pod korišćenjem drvne biomase podrazumeva se korišćenje<br />
drveta, drvenog uglja i crnog luga (black liquor-nusproizvod pri<br />
proizvodnji celuloze)<br />
Drveni ugalj Crni lug
Načini prerade biomase<br />
Osnovni problem kod biomase je mala energetska vrednost po<br />
jedinici mase, pa se biomasa prerađuje kako bi se dobio<br />
pogodniji oblik za transpotrt i skaldištenje<br />
NAČINI PRERADE BIOMASE:<br />
Briketiranje<br />
Biohemijske transformacije<br />
Anaerobno truljenje-produkt je biogas<br />
Fermentacija-produkt je bioetanol<br />
Esterifikacija-produkt je biodizel<br />
Termohemijske transformacije:<br />
<strong>Sagorevanje</strong><br />
Piroliza<br />
Gasifikacija
Nekonvencionalna goriva-Uljni škriljci,<br />
bitumenozni peskovi, treset
Uljni škriljci<br />
Uljni škriljci i bitumenozni peskovi spadaju u nekonvencionalna<br />
fosilna goriva pa su zbog toga veoma malo istraženi.<br />
Uljni škriljci su rudni materijali sedimentno-organogenog<br />
karaktera sa različitim sadržajem organske materije koja je<br />
raspršena u porama u obliku mikroskopski sitnih čestica.<br />
Sadržaj organske materije –kerogena je različit i kreće se od<br />
nekoliko litara do 600 litara po toni rude u najbogatijim<br />
ležištima<br />
Najveći zanačaj-mogućnost dobijanja tečnih goriva koja mogu<br />
zameniti derivate nafte
Ekstrakcija kerogena<br />
Za izdvajanje kerogena potrebno je dejstvo toplote, a mogu se<br />
koristiti i kao gorivo u industrijskim pećima i kotlovima<br />
Ekstrakcija kerogena može se vršiti:<br />
In situ- u samom nalazištu<br />
Ex situ- na površini zemlje<br />
Ekstrakcija ex situ:<br />
Eksploatacija mineralne sirovine površinskom ili podzemnom<br />
eksploatacijom<br />
Mlevenje<br />
Destilacija na oko 500°C<br />
Problem 0.885-0.9t/t otpadnog materijala<br />
Ekstrakcija in situ:<br />
Prisup sličan podzemnoj gasifikaciji uglja
Ekstrakcija kerogena
Proizvodnja<br />
Ex-situ In-situ pilot projekat
Bitumenozni peskovi<br />
Bitumenozni peskovi (naftni peskovi) predstavljaju smešu<br />
peska, mineralnih materija, vode i bitumena<br />
U literaturi su poznati kao tar sands, bituminous sands, oil<br />
sands, extra heavy oil.
Proizvodnja<br />
Ex situ In situ
Treset<br />
Treset spada u nekonvencionalna goriva. To je najmlađe<br />
fosilno gorivo, kod koga nije došlo do faze ugljenifikacije.<br />
Nalazišta treseta nalaze se u močvarnim područjima sa<br />
vlažnom i hladnom klimom.<br />
Sadržaj vlage je i do 90%<br />
Niske je toplotne moći<br />
Sadržaj azota do 2%
Change language