Fakulteta za strojnistvoKatedra za energetsko strojnistvo

doc. dr. Andrej Senegacnik

Osnovne znacilnosti goriv

studijsko gradivo pri predmetu

Goriva in zgorevanje

Ljubljana, december 2005

Kazalo

1 Goriva 41.1 Pojem goriva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2 Vrste goriv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3 Sestava goriva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3.1 Elementna sestava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Trdna goriva 112.1 Les . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.2 Sota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3 Premog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3.1 Hitra analiza premoga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3.2 Klasifikacija premogov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.3.3 Rjavi premogi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.3.4 Crni premogi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.3.5 Antracit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.6 Oljni skrilavci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.7 Trdna goriva v Sloveniji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.8 Priprava premoga – postopki plemenitenja . . . . . . . . . . . . . . 232.3.9 Sekundarni postopki predelave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3.10 Postopki suhe destilacije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.3.11 Postopek globokega susenja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.3.12 Pojavi pri skladiscenju premoga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3 Kapljevita goriva 313.1 Nafta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.1.1 Nastanek nafte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.1.2 Crpanje nafte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.2 Sestava nafte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.2.1 Splosno o ogljikovodikih . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.2.2 Sestava surove nafte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.3 Predelava nafte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.3.1 Kontinuiran proces frakcijske kondenzacije . . . . . . . . . . . . . . 393.3.2 Nadaljni postopki predelave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.4 Proizvodi predelane nafte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.4.1 Rafinerijski plin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2

3.4.2 Ukapljeni naftni plin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.4.3 Tehnicni in specijalni bencini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.4.4 Motorni bencin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.4.5 Letalski bencin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.4.6 Tezki bencini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.4.7 Petrolej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.4.8 Gorivo za potisnike - kerozin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.4.9 Diesel gorivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.4.10 Neenergetska olja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.4.11 Kurilna olja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.4.12 Trdni produkti predelave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4 Plinasta goriva 494.1 Osnovne karakteristike plinastih goriv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.1.1 Wobbe-jevo stevilo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.1.2 Hitrost zgorevanja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.2 Sestava gorljivih plinov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.3 Zemeljski plin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.3.1 Transport zemeljskega plina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5 Priprava goriv za zgorevanje 585.1 Trdna goriva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

5.1.1 Zgorevanje premoga v prostoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585.1.2 Mletje premoga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625.1.3 Procesi v mlinih . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645.1.4 Vrste in izvedbe mlinov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665.1.5 Vpihavanje premogovega prahu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.2 Kapljevita goriva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735.2.1 Razprsevanje kapljevitih goriv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735.2.2 Mesanje razprsenega goriva z zgorevalnim zrakom . . . . . . . . . . 855.2.3 Regulacija moci gorilnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 865.2.4 Sistemi predgrevanja olj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.2.5 Skladiscenje kapljevitih goriv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

5.3 Plinasta goriva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 955.3.1 Gorilniki za plinasta goriva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 955.3.2 Razvod plina – plinske armature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.3.3 Izvedbe plinskih gorilnikov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3

Poglavje 1

Goriva

1.1 Pojem goriva

Gorivo je tista snov, pri kateri se v procesu zgorevanja (burno spajanje s kisikom) polegmaterialnih produktov zgorevanja sprosca toplota, ki je glavni produkt te kemijske reak-cije (tudi pri vseh ostalih eksotermnih kemijskih reakcijah se sprosca toplota). Za goriva vozjem smislu smatramo tiste snovi, ki jih sezigamo z namenom pridobivanja toplote. Kottaka goriva predstavljajo osnovno materijo iz katere pridobivamo toploto. Goriva upo-rabljamo prakticno na vseh podrocjih: tehnoloske peci, gospodinjstva, termoenergetskapostrojenja, motorji z notranjim zgorevanjem, rakete, letala,. . .

Gorivo mora izpolnjevati naslednje kriterije, da ga lahko imenujemo “industrijsko gorivo”:

• da se pri procesu zgorevanja sprosti znatna kolicina toplote v kratkem casovnemrazmaku, ki jo lahko ekonomicno uporabimo,

• da se v naravi nahaja v dovolj velikih kolicinah,

• da je njihovo izkoriscanje – uporaba relativno enostavna in ekonomicna (naravnagoriva) oziroma, da je tehnoloski postopek pridobivanja goriva tehnicno mogoc inrentabilen (predelana–sinteticna goriva),

• da ne vsebujejo prevelike kolicine negorljivih – balastnih snovi,

• da se pri skladiscenju in transportu lastnosti bistveno ne spreminjajo,

• da je cena goriva sprejemljiva glede na proizvedeno kolicino toplote,

• da so nastali produkti zgorevanja nenevarni za ziva bitja in uporabljene materiale.

Idealno gorivo, ki bi izpolnilo vse gornje zahteve, na zalost ne obstaja. Najboljse je tistogorivo, ki se v trenutnih pogojih uporabe najbolj pribliza danim zahtevam.

4

1.2 Vrste goriv

Danasnje veliko stevilo goriv je posledica dejstva, da se naravna goriva s kemijskimi inmehanskimi postopki predelujejo v druga, tudi sinteticna, goriva, ki so cistejsa in boljprikladna za doloceno uporabo. Tako iz ene vrste goriva dobimo lahko celo vrsto raznihgoriv (npr.: predelava nafte). Na zacetku se je surova nafta predelovala samo v petrolej zarazsvetljavo, bencin in mazut, ki sta bila stranska produkta destilacije pa sta se smatralakot nepotrebna in nevarna stranska proizvoda predelave. Po iznajdbi gorilnika za mazut jeta postal cenjeno gorivo, kakor tudi bencin z iznajdbo motorjev z notranjim zgorevanjem.

Danasnje stevilo uporabljenih goriv je veliko in tudi do nedavnega neuporabljene (“odpa-dni produkti”) vrste goriv se lahko predelajo v uporabno vrsto goriva, ker so goriva vsedrazja in se taksna predelava izplaca.

Splosno goriva delimo po njihovem agregatnem stanju in nacinu pridobivanja. Trdna,kapljevita, plinasta, ter naravna in predelana. Kot naravna goriva smatramo tista,katera lahko uporabimo takoj po odstranitvi grobih primesi. Predelana goriva dobimo spredelavo naravnih goriv.

Agregatno stanje NARAVNA PREDELANA in SINTETICNA

eno komponentna vec komponentna

les, sota, lesni briketi

trdno premogi, koks, lesno oglje eksplozivi,

oljni skrilavci raketna goriva

pentan C5H12, bencin, petrolej,

kapljevito nafta heksan C6H14, diesel motorno gorivo

oktan C8H18, . . . mazut, alkoholi

metan, rafinerijski plin,

plinasto zemeljski plin vodik, destilacijski UNP,

CO,. . . sintezni, plavzni, vodni, . . .

Podrobnejsa delitev predelanih goriv se lahko deli na primarno in sekundarno predelavo.Tako obstaja bencin kot produkt destilacije – primarna predelava, ter bencin kot produktkrekiranja tezjih frakcij – sekundarna predelava, bencin iz premoga dobljen s pomocjosinteze – sinteticni bencin (sekundarna). Podobno pri plinastih gorivih, vec o tem vnadaljevanju.

Poleg splosne razdelitve goriv, lahko goriva razdelimo se:

• glede na temperaturno obstojnost (temperaturno obstojna in temperaturno neob-stojna goriva),

5

• glede na znacilnost uporabe (energetska in tehnoloska),

• po vnetljivosti (samovzigna in nesamovzigna),

• po namenu uporabe.

Delitev goriva po namenu uporabe je vsekakor najznacilnejsa. Se pred nekaj desetletji jebilo stevilo goriv relativno majhno, medtem ko je danasnje stevilo goriv zelo veliko. Celoza ozko podrocje kurilnih olj je po standardu predvideno sedem vrst olj za uporabo vindustrijskih peceh, gospodinjstvih,. . .: ekstra lahko (EL), lahko (L), srednje (SR), tezko(T), lahko specijalno (LS), tezko metalursko - dve vrsti (TM1 in TM2).

1.3 Sestava goriva

Za oceno uporabnosti goriva moramo temeljito poznati njegovo sestavo in lastnosti (ku-rilno vrednost). Glede na poznano sestavo in ostale karakteristike lahko preverimo, ceje postrojenje primerno za taksno gorivo. Kemicna sestava goriva je osnovna lastnostgoriva in jo dolocimo z “elementno” analizo. Lastnosti, ki so pomembne za uporabo, sedoloci s “hitro” analizo. Sestavo trdnih in kapljevitih goriv obicajno izrazimo v masnihdelezih komponent, sestavo plinastih goriv pa v volumenskih delezih. Gorivo je v splosnemsestavljeno iz gorljivega dela in balasta – negorljivega dela.

1.3.1 Elementna sestava

Elementna – kemicna sestava goriva ne pove veliko o ostalih “tehnicnih” lastnostih goriva.Pomembnost kemicne sestave je v tem, da iz nje lahko izracunavamo celo vrsto podatkov:kolicino zraka za zgorevanje, izracunamo priblizno kurilnost, sestavo dimnih plinov,. . .,(stehiometrija zgorevanja obdelana pri predmetu Generatorji toplote).

Poljubno gorivo je v splosnem sestavljeno iz treh “gorljivih” elementov: ogljik, vodik,zveplo, primesi v obliki kisika in dusika in negorljivega balasta v obliki mineralnih primesiin vode. Mineralne primesi in voda niso elementi, vendar se kljub temu pri elementnianalizi upostevajo kot tako imenovani zunanji balast. Masno bilanco sestave goriva lahkozapisemo

wC + wH + wS + wO + wN + wW + wA = 1 (1.1)

kjer indeksi predstavljajo masne deleze posameznih komponent. To je splosna oblikasestave goriva za poljubno gorivo.

1.3.1.1 Ogljik

Ogljik predstavlja najvaznejso komponento v gorivih, ker je njegov masni delez v gorivunajvecji (razen pri plinastih), in ker se pri njegovi oksidaciji sprosti najvecji delez zgore-valne toplote. Ogljik se lahko v gorivu nahaja v prosti – nevezani obliki in v vezani obliki,v raznih organskih spojinah z vodikom, kisikom, dusikom in zveplom. Pri zgoretju 1 kgogljika se sprosti 33,829 MJ toplote. Teoreticna temperatura zgorevanja je 2240 ◦C.

6

G O R I V O C (%) H (%) O (%)les 50 6 42sota 54–63 6 33oljni skrilavci 60–70 7–10 12–18rjavi premog 60–80 4–6 19–27crni premog 75–90 4–6 2–12antracit 92–98 1–3 –lesno oglje 89–95 2–4 –koks 96 0,3–1 1–3polkoks 95–98 2–3 –bencin 85 15 0kerozin 86 14 0diesel gorivo 87 13 0mazut 87–88 11–12 0–0,2zemeljski plin 75 25 0

Tabela 1.1: Povprecne zaokrozene vsebnosti ogljika, vodika in kisika; odstotki se nanasajona maso goriva brez balasta

1.3.1.2 Vodik

Vodik predstavlja drugo najvaznejso komponento v gorivu. Vodik se v trdnih in kapljevitihgorivih pojavlja kot kemijsko vezan vodik, v plinastih gorivih pa lahko obstaja tudi kotprosti vodik. Pri zgoretju 1 kg vodika se sprosti 142,014 MJ toplote oz. 4,2 × vec kotpri ogljiku. Zato vsebnost vodika zelo vpliva na kurilnost goriva, zlasti pri gorivih z nizkokurilnostjo (lignit, sota, . . .). Teoreticna temperatura zgorevanja je 2235 ◦C.

1.3.1.3 Kisik

Kisik ni gorljiva substanca, ampak omogoca oksidacijo – zgorevanje. V gorivih se pojavljav vezani obliki, razen v plinastih gorivih, kjer je tudi v prosti obliki (v majhnih kolicinah).Kolicina kisika v gorivu zmanjsuje potrebno kolicino kisika (zraka) za zgorevanje, npr.:alkohol. Smatramo ga kot notranji balast, ker zavzema mesto gorljivim komponentam inposredno niza kurilno vrednost. Visoko vsebnost kisika najdemo v lesu, soti in mladihpremogih, ker se proces karbonizacije se ni koncal. V kapljevitih gorivih kisika prakticnoni (glej tabelo 1.1).

1.3.1.4 Dusik

Dusik se v gorivih pojavlja v obliki kompleksnih organskih spojin. V trdnih in kapljevitihgorivih ga je relativno zelo malo (0–2 %), vec ga je pri plinastih gorivih, zlasti pri prede-lanih. V procesu zgorevanja se dusik sprosca v prosto obliko. Skupaj s kisikom tvoritanotranji balast goriva.

7

1.3.1.5 Zveplo

Zveplo se pojavlja v gorljivi in negorljivi obliki. Negorljivo zveplo, ki je obicajno anorgan-skega izvora (v obliki zelezovega in kalcijevega sulfata, itd. anorgansko), pri zgorevanjupreide v pepel in ne vpliva kvarno na lastnosti goriva. Gorljivo zveplo se pojavlja pred-vsem v organski obliki in piritni FeS2. Pri zgorevanju zvepla se sprosti 9,295 MJ/kgtoplote. Prisotnost zvepla v gorivih je skrajno nezazeljena. Ze kot elementaren in kotprodukt zgorevanja deluje korozivno in strupeno za zive organizme. Nastaja SO2 in SO3.

Kolicina zvepla v trdnih gorivih lahko preseze tudi 8%, v kapljevitih do 5% in tudi vec, vplinastih se pojavlja v obliki H2S in SO2.

1.3.1.6 Mineralne primesi in pepel

Vsa goriva, razen plinastih in najlazjih frakcij predelane nafte, vsebujejo mineralne pri-mesi, ki so skodljive in nezazeljene zaradi vec razlogov:

• zmanjsujejo delez gorljivega v gorivu in na ta nacin manjsajo kurilno vrednost,

• otezujejo sam proces zgorevanja in zaradi tega povzrocajo izgube goriva in s temtudi toplote,

• visajo vzdrzevalne stroske postrojenj in skrajsujejo zivljensko dobo naprav,

• povecujejo transportne stroske goriva.

Vsebnost mineralnih primesi se spreminja v zelo sirokih mejah; od nekaj desetin odstotkapri kapljevitih gorivih, do nekaj deset odstotkov pri trdnih gorivih (les 1–2 %, premogi do30 %, oljni skrilavci do 90 %).

Mineralne primesi v gorivu delimo na:

• Primarne, ki so bile ze v pra-snovi iz katere je nato nastalo gorivo (v glavnem solikalija, kalcija, natrija in magnezija) in snovi ki jih je prinesla voda ali veter in so seodlagale skupaj z rastlinjem. Te mineralne snovi so vec ali manj enakomerno po-razdeljene po gorivu in jih v procesu plemenitenja – bogatenja premogov ni mogoceodstraniti. Obicajno imenujemo te primarne primesi kar vezane mineralne primesi.

• Sekundarne so v gorivo prispele med njegovim nastajanjem.

• Terciarne so grobe mehanske necistoce, ki so v gorivo prispele med izkopom intransportom.

Z raziskavami se je potrdilo, da je 95–98 % vseh mineralnih primesi sestavljeno iz:

• silikatov, v osnovi iz alumosilikata (gline in skrilavci),

• sulfidov, med katerim prevladuje zelezov sulfid – pirit FeS2,

• karbonatov kalcija, magnezija in vcasih tudi zeleza.

8

Med procesom zgorevanja lahko mineralne primesi dozivijo vec kompleksnih kemijskihreakcij, delno razpadejo, oksidirajo, reagirajo v nove spojine, . . . in po koncanem gorenjutvorijo ostanek, ki se kvalitativno in kvantitativno razlikuje od izhodiscne snovi – nastanepepel.

Nekaj osnovnih reakcij v mineralnih primeseh:

• Aluminijevi silikati in gips zgubijo kristalno vodo:Al2O3·2 SiO2·2 H2O ⇒ Al2O3·2 SiO2+2 H2OCaSO4·2 H2O ⇒ CaSO4+2 H2O

• pirit zgori po reakciji4 FeS2 + 11 O2 ⇒ 2 Fe2O3 + 8 SO2

Pri tej rakciji ostane v pepelu samo zelezov oksid, katerega masa je priblizno 2/3prvotne mase pirita.

• Karbonati nad temperaturo 600 ◦C razpadejo na CO2 in oksidni ostanekCaCO3 ⇒ CaO + CO2 (razpade pri 900 ◦C)Tako v pepelih najdemo veliko raznih oksidov: kalcijevega CaO, magnezijevegaMgO, natrijevega Na2O, kalijevega K2O, silicijevega SiO2, zelezovega FeO, Fe2O3,aluminijevega Al2O3 in ostale.

Pepel predstavlja torej zmes oksidov, mineralov in kovin, ki ostane po procesu popolnegazgorevanja – po zakljucku vseh reakcij, ki se dogajajo pri povisanih temperaturah.

Za uporabo dolocene vrste goriva, je poleg kolicine mineralnih primesi – pepela, vazna tudisestava pepela. Pepel se pri visjih temperaturah tali, zazlindrava ogrevalne povrsine,. . . Navisoke temperature so odporni predvsem aluminijev (glinica) in silicijev (kremen) oksid,medtem ko so oksidi zeleza, magnezija in kalcija neodporni na visoke temperature.

1.3.1.7 Vlaga

Skupaj z mineralnimi snovmi tvori vlaga zunanji balast ali v splosnem balast in je kottaka nezazeljena. Zmanjsuje kurilno vrednost, poleg tega se za njeno uparjanje porabljadoloceni del sproscene toplote. Znizuje temperaturo plamena in povecuje transportnestroske goriva. Vcasih pa je tudi zazeljena, ker npr. pri briketiranju omogoca lazjezlepljenje prahu. Vlaga izhaja iz pra-snovi, glavnina pa iz mocenja – vlazenja. Vlagaje prisotna v trdnih gorivih: do 80 % jo je v soti, v premogih do 60 %. V kapljevitihgorivih se pojavlja samo v tezkih frakcijah – mazutu, kjer je dovoljena vsebnost skupaj zmineralnimi primesmi do 2 %.

Vlago v trdnih gorivih delimo na tri vrste: groba, higroskopska in konstitucijska.

Groba vlaga je zunanja, povrsinska, prosta in je kot taka rezultat mocenja goriva z vodoiz nekega zunanjega izvora med fazo pridobivanja, transporta ali skladiscenja. Dolocimojo s susenjem pri sobni temperaturi.

Higroskopska vlaga je notranja, kapilarna vlaga, ki se nahaja v porah trdnega goriva.Dolocimo jo s susenjem pri 105 ◦C.

9

Slika 1.1: Vlaga v gorivu

Slika 1.2: Shematski prikaz racunskih mas goriv

Konstitucijska vlaga predstavlja kemijsko vezano vodo v gorivu, najveckrat v oblikikristalno vezane vode.

Pri tehnicnih preracunih lahko delez kristalne vode obicajno zanemarimo tako, da skupnovlago dolocimo kot vsoto grobe in higroskopne vlage:

w = wG + wH (1.2)

pri trdnih gorivih in tezjih oljih so definirane razlicne mase goriva:

– delovna masa,– analiticna masa,– absolutno suha masa (suseno na 105 ◦C ),– gorljiva masa,– organska masa,– masa brez pepela in vode.

Za laboratorijska in druga preizkusanja trdnih goriv moramo odstraniti grobo vlago, kerbi se sicer masa vzorca med testiranjem spreminjala glede na okoliski tlak, temperaturoin relativno vlaznost.

10

Poglavje 2

Trdna goriva

Naravna trdna goriva

lahko razdelimo na: obnovljiva in neobnovljiva

OBNOVLJIVA stalno nastajajo in so kot taka neizcrpna. Predstavniki teh goriv sopredvsem les in lesni odpadki, ter ostali rastlinski odpadki – ostanki: slama, pleveli,. . .

NEOBNOVLJIVA so nastala s preobrazbo obnovljivih trdnih goriv in ostankov zivihorganizmov. Proces nastanka je trajal zelo dolgo – milijone let. Ta goriva se ne obnavljajo(s stalisca cloveske casovne skale) in njihove rezerve so koncne. Predstavniki: sota, premogiin oljni skrilavci.

2.1 Les

Suh les je vglavnem sestavljen iz celuloze C6H10O5 in lignina. V manjsih kolicinah vsebujese smole, voske, mascobe, beljakovine, tanin in mineralne primesi. Organska sestava lesase le malo razlikuje glede na vrsto lesa.

Splosna sestava lesa (abs. suhega): C = 50 %,H = 6 %,O = 43 %,N = do 1 %.

V lesu prakticno ni zvepla. Delez pepela je zelo majhen 1–2 % in je glede na temperaturnoobstojnost lahko taljiv. Vsebuje veliko kalija – uporabno kot gnojilo in belilo.

Vode je 45–65 % v casu rasti, les susen na zraku pa ima po 2 letih 18–20 % vode.

Kurilnost suhega lesa je glede na sestavo priblizno konstantna ≈ 18,4 MJ/kg (velja zaabsolutno suh les). Listavci imajo gostejsi les, iglavci redkejsi, vendar je kurilnost nakilogram lesa priblizno enaka.

H = 18,4− 2,5 w MJ/kg (2.1)

V formuli (2.1) je potrebno vstaviti pravilno maso vlage.

Les ima velik delez hlapnih snovi, do 85 %, kar povzroca lahko vnetljivost lesa.

11

2.2 Sota

Sota predstavlja prvo fazo pretvorbe rastlinske pra-materije v premog. Je rjave, sive alicrne barve. Glede na stopnjo transformacije je sota lahko:

vlaknasta se iz nerazpadlih rastlinskih ostankov,

zemljasta osnovni del je ze transformiran in

smolnata homogena sotna masa brez rastlinskih ostankov.

Splosna sestava sote (abs. suhe): ogljik 50–60 %,vodik 4,5–6,5 %,kisik 30–40 %,dusik 1,5–3 %,zveplo do 0,3 %,

vsebnost pepela: pri povrsinski 3–5 %,pri globinski 6–12 %.

Pepel je lahko taljiv.

Vlage je od 80 do 95 odstotkov, celo pri susenju na zraku pridemo samo na 30 do 40odstotkov. Delez gorljivega v tako suseni soti je do 90 % (analiticna masa). Spodnjakurilnost analiticne mase, brez grobe vlage je 11,7–12,6 MJ/kg.

Sota je lahko vnetljiva, nagnjena k samovzigu pri skladiscenju. Zaradi nizke kurilnostiin majhne trdnosti se uporablja kar na mestu proizvodnje. V Sloveniji jo najdemo naljubljanjskem barju, vcasih so jo kmetje kopali in uporabljali kot steljo in kurivo. Komer-cialno izkoriscajo soto v Rusiji.

2.3 Premog

Premog je gorljivi sediment. Nastal je iz rastlinske pra-snovi. V mocvirskih podrocjihodmrle rastline padejo oz. so pokrite z vodo, kjer jih predelujejo anaerobne bakterije, izcesar scasoma nastane sota. V fazi karbonizacije se vsebnost kisika in vodika zmanjsuje,vsebnost ogljika pa narasca.

Plast sote pod vodo je bila nato zasuta s peskom, muljem, glino,. . . Pod dodatnim tla-kom nasutih zgornjih slojev je prihajalo do nadalnjega zmanjsevanja vsebnosti plinastihkomponent in vsebnost ogljika je narascala. S tektonskimi premiki so sloji sote prispelina vecje globine in s tem v podrocje se visjih tlakov in temperatur, kjer so doziveli se na-daljnje spremembe. Temperatura slojev se je zaradi vecje globine ali delovanja vulkanovse visala. Cim visji je tlak in temperatura (seveda dolgo vrsto let) tem “boljsi” je premogoz. bolj karboniziran.

Po nekaterih predpostavkah je za prehod iz rjavega v crni premog potrebna temperatura300 ◦C, pri cemer nastane najprej crni premog z velikim delezem hlapnih snovi, nato sescasoma delez hlapnih snovi znizuje in koncni produkt je antracit. Po nekaterih ocenahje za crni premog potrebna temperatura 360 ◦C, za antracit 500 ◦C.

12

Slika 2.1: Proces nastajanja premoga

V rudnikih crnega premoga se z lego sloja spreminja delez volatilov. V visjih slojih je vecvolatilov.

Pri karbonizaciji vsebnost ogljika narasca, vsebnost ostalih komponent (elementov) papada, slika 2.2 .

Slika 2.2: Sprememba sestave pri transformaciji rastlinske pra-snovi v antracit

Da je nastala 1 m debela plast pra-snovi, je bilo potrebnih 3000 let. Za 1 m debel slojcrnega premoga je potrebno 200 m debeline pra-snovi.

13

Nastanek in starost premogov:

antracit v devonu (paleozoik) ≈450 mio. let,

crni premog v karbonu ≈380 mio.let (ta doba je dobila po premogu ime),

rjavi premog kreda (mezozoik) 1–60 mio. let,

lignit nekaj mio. let,

sota ≈ 1 mio. let.

Glede na izvor pra-snovi je premog lahko:

humusni – rastlinska pra-snov,

sapropelni – (sapro - trohnoba, pelos - mulj) iz ostankov zivih organizmov,

liptobilni iz voskov in smol.

Po nastali kolicini prevladujejo humusni premogi.

2.3.1 Hitra analiza premoga

Osnova za hitro analizo je termicni razpad goriva, pri cemer nastanejo hlapne in nehla-pne snovi, v katerih so gorljive in negorljive komponente, slika 2.3.Osnovni podatki hitre analize premoga so:

• vsebnost grobe vlage, higroskopne vlage, vsebnost negorljivih hlapnih snovi,

• delez volatilov – hlapni del ogljikovodikov,

• delez pepela,

• delez koksnega ostanka.

Poleg teh osnovnih karakteristik se doloci se:

• kurilno vrednost,

• obnasanje pepela na visjih temperaturah,

• dolzino in barvo plamena,

• strukturo koksnega ostanka.

14

Slika 2.3: Sestava premogov

2.3.1.1 Pepel

Pomembna lastnost pepela je njegova temperaturna obstojnost in temperaturna odvi-snost viskoznosti. Obstaja vec metod dolocevanja temperaturne obstojnosti, Pravilomaje potrebno dolociti 5 temperatur:

– t1 sintranja,– t2 zmehcanja,– t3 taljenja,– t4 tecenja,– t5 vplinjanja.

Temperature od t1 do t5 se dolocajo v obicajni atmosferi ali redukcijski (ker je taksnaatmosfera navadno v lijaku kotla) CO + CO2.

Iz kemicne analize pepela lahko sklepamo, kako je pepel nagnjen k zazlindravanju – ZIN-CEN -ov postopek.Zgornje podrocje slike 2.4 so geolosko starejsi premogi (crni premogi), spodaj so geoloskomlajsi premogi, rjavi in ligniti, podrocja a− e – razlicne lastnosti.

Teuneu-ov postopek doloci “faktor taljivosti” kot razmerje med tezko in lahko taljivimioksidi.

F =SiO2 + Al2O3

FeO+Fe2O3 + CaO+MgO(2.2)

15

Slika 2.4: Zinzenov diagram

V pepelu se lahko dolocene komponente talijo pri nizjih temperaturah, nastajajo razneevtekticne zmesi, vcasih so problematicne mesanice premogov, kombinacija mazuta inpremoga pri zagonu kotla. Ce je pepel lahko taljiv, mora biti kurisce dimenzioniranotako, da se plamen v kuriscu izseva, dimni plini (ki vsebujejo letec pepel) pa se morajopred konvektivnimi ogrevalnimi povrsinami toliko ohladiti, da se zazlindravanje ne poja-vlja (sintranje pepela na sesalnih glavah, izpihovanje). Obstajajo tudi kurisca za odvodkapljevitega pepela (ciklonska kurisca, steklasta zlindra). V TE Trbovlje ne dosegajo

taljivost pepela faktor F temperatura tecenja

– ◦C

lahko taljiv 0,2–1,5 do 1200

srednje taljiv 1,5–2,5 1200–1350

tezko taljiv 2,5 1350–1500

prakticno netaljiv nad 2,5 nad 1500

Tabela 2.1: Taljivost pepela po Teuneu

16

nazivne moci, ker se ze pri nizji moci od nazivne pojavi kapljevit pepel, ki zazlindraresetko.

2.3.1.2 Volatili

Slika 2.5: Levo: temperatura vziga premogovega prahu v zraku glede na vsebnost volatilovv premogu, Desno: vpliv kurilnosti volatilov na kurilnost premoga

Volatili so hlapni gorljivi del trdnih goriv. Kolicina volatilov direktno vpliva na samproces zgorevanja. V trenutku ko delcek premoga vpihamo v kurisce, se delcek zacnehitro segrevati in izlocati volatile in ostali negorljivi hlapni del. Nastala plinska zmesgorljivih par in kisika se glede na temperaturo vname. Z zgorevanjem volatilov se pricneproces zgorevanja premogovega prahu (tudi premoga v kosih).

Cim vecji je delez volatilov, tem lazje se premog vname in zgorevanje je hitrejse.

Vecji delez volatilov povzroca pri zgorevanju daljsi plamen.

2.3.1.3 Koksni ostanek

Strukturo koksnega ostanka se doloca glede na izgled in lastnosti. Koksni ostanek je lahko:prasnat, stopljen, specen, ter bolj ali manj napihnjen. Od strukture koksnega ostanka jeodvisna struktura plamena v kuriscu pri zgorevanju v sloju na klasicni resetki in s temtudi hitrost in kvaliteta zgorevanja.Laboratorijsko tezko raziscemo in dolocimo koksni ostanek. Obstaja vec standardiziranihmetod, s katerimi lahko ocenimo, ali se iz dolocene vrste premoga da narediti koks. Zaoceno koksanja premoga se uporabljata predvsem dve metodi.

Dilatometrijska metoda: briket iz premogovega prahu se namesti v ozko cev, nakar sena briket namesti premicni merilni bat. Ob segrevanju se spremlja dilatacija briketa.

17

Slika 2.6: Dilatometrijska metoda dolocevanja sposobnosti koksanja premoga

Premog se ne tali ampak termicno razpada v nove snovi, ki so plinaste, kapljevite inplasticne.

Grey–King-ov postopek: koksni ostanek zmletega premoga (velikosti delcev pod 0,2mm) primerjamo z nizom standardiziranih tipov koksa od nespecenih do cvrstih koksov,ki so oznacene s crkami od A do G.

2.3.2 Klasifikacija premogov

Premogi so razvrsceni glede na hitro in kemijsko analizo. Trenutno ni enotne metodologijeza razvrstitev premogov in zato obstaja vec razlicnih klasifikacij: mednarodna, ter dve poASTM in DIN standardih.

V glavnem premoge delimo na tri glavne skupine:

antracitne – pusti premogi, ki ne koksirajo,

bitumenske – mastni premogi, ki koksirajo, (crni, rjavi),

subbitumenske – suhi premogi (rjavi, ligniti), ki ne koksirajo.

Tabela 2.2 prikazuje primer razdelitve premogov glede na sestavo in lastnosti, tabela 2.3prikazuje 3 klasifikacije premogov, mednarodno, ASTM in DIN klasifikacijo.

18

teh

niè

na

anal

iza,

%el

emen

tna

anal

iza

(na

go

rlji

vo

mas

o),

%v

rsta

in

po

dv

rsta

Cfi

xv

ola

tili

CH

O+

N+

S

ob

naš

anje

pri

ko

ksa

nju

ko

ksn

i o

stan

ek

do

l�in

a in

bar

va

pal

men

a

po

dro

èje

up

ora

be

pes

kas

ti5

0–

56

50

–4

46

0–

75

»5

20

–3

5n

eko

ksi

rap

esk

ast,

nes

peè

en

zelo

do

lg,

mo

ten

, ze

lo

saja

st

do

lgo

pla

men

ski

56

–6

24

4–

38

75

–8

04

,5–

5,5

15

–2

0n

eko

ksi

rasl

abo

sp

eèen

,

stal

jen

zelo

do

lg,

mo

ten

,

pre

cej

saja

st

peè

i, k

otl

i

(pra

h)

pli

nsk

i6

2–

67

38

–3

38

0–

85

»5

,61

0–

15

ko

ksi

ra

luk

nji

èast

,

nap

ihn

jen

,

speè

en

do

lg,

sred

nje

mo

ten

, sa

jast

pla

men

ske

peè

i,

ko

tli,

su

ha

des

tila

cija

ko

ksn

i,

do

lgo

pla

men

ski

(ko

vaš

ki)

67

–7

23

3–

28

84

–8

95

–5

,65

,5–

11

ko

ksi

ra

èvrs

to s

peè

en,

ko

mp

akte

n,

mal

o

nap

ihn

jen

do

lg,

mal

o

mo

ten

, m

alo

saja

st

pla

men

ske

peè

i,

ko

tli,

ko

ksa

nje

ko

ksn

i, k

ratk

o

pla

men

ski

72

–7

62

8–

24

88

–9

04

,5–

5,5

5,5

–6

,5k

ok

sira

èvrs

to s

peè

en,

ko

mp

akte

n,

nen

apih

nje

n

kra

tek

, sv

etlo

rum

en,

mal

o

saja

st

peè

i, k

ok

san

je

pu

sti

76

–8

52

4–

15

90

–9

24

–4

,54

–4

,5n

eko

ksi

rast

op

ljen

,

nen

apih

nje

n

kra

tek

,

svet

el,

zelo

mal

o s

ajas

t

ko

tli,

ko

ksa

nje

(v m

ešan

ici

z

bit

um

ensk

emi)

po

lan

trac

itn

i8

5–

92

15

–8

nek

ok

sira

zlep

ljen

ali

sto

plj

en

zelo

kra

tek

,

svet

el,

nes

ajas

t

kra

tko

pla

men

ièn

e

peè

i, k

uri

šèa

antr

acit

ni

92

–9

68

–4

92

–9

43

–4

3–

4,5

nek

ok

sira

pra

šnat

,

nes

peè

en

èist

o k

rate

k,

zelo

sv

etel

,

pla

vk

ast

cen

tral

na

ku

rjav

a–

spec

ijal

ne

peè

i

SUB

BITUMENSKI BITUMENSKI ANTRACITNI

Tabela 2.2: Razdelitev premogov

19

razred 1B

razred 1A

razred 2

razred 0

razred 3

razred 4

razred 5

razred 6

razred 7

razred 8

razred 9razred 10

razred 11

razred 12

razred 13

razred 14

razred 15

meta-antracit

antracit

semi-antracit

bituminoznipremog z

malo volatili

bituminoznipremog s

srednje velikovolatilov

bitum. pr.z veliko

volatili - A

bitum. pr. zveliko vol. - B

bitum. pr. zveliko vol. - C

subbituminoznipremog B

subbituminoznipremog C

lignit A

lignit B

subbitum.premog A

meta-antracit

antracit

pusti(nesprijemljivi)

premog

kovaškipremog

mastni(koksni)premog

plinskipremog

plinski-plamenski

premogplamenski

premog

rjavipremog

lignit

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

del

e� v

ola

tilo

v v

suhem

pre

mogu b

rez

pep

ela,

%

20

30

40

50

60

70

del

e� v

lage

v p

rem

ogu b

rez

pep

ela,

%

14,7

19,3

22,1

25,6

30,2

32,6kuri

lnost

vla

�neg

a pre

moga

bre

z pep

ela,

MJ/

kg

mednarodnarazdelitev ASTM DIN

nesvetlec

svetlec

Tabela 2.3: Klasifikacija premogov

20

2.3.3 Rjavi premogi

Rjavi premogi so po stopnji karbonizacije med soto in crnimi premogi. Glede na sotoso temnejse barve, vecje gostote in manj higroskopni. Med rjavimi in starejsimi crnimipremogi ne moremo narediti jasne vizualne locitve.

Glede na strukturo, stopnjo karbonizacije in lastnosti rjave premoge delimo na:

– lignite,– zemljaste,– bituminozne rjave premoge (smolnate, mastne).

Glede na zunanji izgled so ligniti svetlo rjave barve z jasno izrazeno lesno strukturo.

Bituminozni rjavi premogi so bolje transformirani, crne barve, vecje gostote in se pri-blizujejo mladim crnim premogom.

Zemljasti premogi so med lignitom in bituminoznimi premogi.

Organska masa rjavih premogov obicajno vsebuje:

ogljik 65–75 %vodik 5–6 %dusik + kisik 17–28 %zveplo do 5 %

V delovni masi rjavega premoga se vlaga giblje med 20–55 % in pepel med 7–45 %.

Rjavi premogi vsebujejo veliko volatilov, do 40 %, koksni ostanek je nespecen, zgorevajoz dolgim plamenom. Spodnja kurilnost gorivne mase je pod 29,3 MJ/kg, v delovni masije veliko balasta, zato je spodnja kurilnost tega premoga Hi = 6, 3−−16.8 MJ/kg.

Nekaj nadaljnjih znacilnosti rjavih premogov lahko strnemo v naslednjih tockah:

• so temperaturno neobstojni,

• imajo majhno trdoto in trdnost,

• so nagnjeni k spremembam pri lezanju na deponiji, razpadajo v prah,

• zelo so nagnjeni k oksidaciji in samovzigu.

Uporaba: v termoelektrarnah v prasnem stanju, nadaljnja predelava v brikete, polkoksali uplinjanje v plinasta goriva.

2.3.4 Crni premogi

Pri crnih premogih je stopnja karbonizacije visja kot pri rjavih premogih, vsebujejo sevecji delez ogljika. Njihova organska masa je povprecno sestavljena iz:

ogljik 75–90 %vodik 4–6 %dusik + kisik 2–2,8 %zveplo do 5 %

21

Crni premogi so manj higroskopni, imajo vecjo gostoto in trdnost.

Vsebnost volatilov (glede na gorivno maso) je med 10–45 %, delez vlage med 3 % in 15%, ter vsebnost pepela med 10 % in 20 %. Spodnja kurilnost crnega premoga se gibljemed Hi = 20,9–29,3 MJ/kg.

Glede na rjave premoge so crni premogi kemijsko stabilnejsi pri skladiscenju, ceprav sonekatere vrste nagnjene k samovzigu.

2.3.5 Antracit

Antracitni premogi so dosegli najvisjo stopnjo transformacije – karbonizacije.

Glede na organsko maso goriva antraciti vsebujejo od 97–98 % ogljika, do 6 % vlage, ter8–20 % pepela, ki je praviloma lahko taljiv. Koksni ostanek je obicajno nespecen.Vsebnost volatilov (glede na gorivno maso) se giblje med 2–9 %. Ker je vsebnost volatilovnizka, se antracitni premogi tezko vnamejo in zgorevajo s plavkastim plamenom. Gledena crne premoge so se gostejsi, manj higroskopni in zelo stabilni pri skladiscenju. Spodnjakurilnost antracitov se giblje med Hi =21,7–27,2 MJ/kg.

2.3.6 Oljni skrilavci

Oljni skrilavci so nastali iz organskega mulja, usedlin rastlinskega in zivalskega (planktona)izvora v stojecih vodah. Pri anaerobnem razpadanju organskega mulja (brez prisotnostikisika) se je vsebnost vodika in ogljika zvisevala. Dobljena organska masa se je nato mesalaz veliko kolicino mineralnih snovi, postajala gostejsa zaradi pritiskov zgornjih slojev in setransformirala v oljne skrilavce, ki so v bistvu kamnine prezete z organsko maso (nafto).Mineralne snovi so: apnenec, glina in pesek.

Vsebnost primesi je v oljnih skrilavcih do 70 % (glede na suho maso), vlage do 20 % (nadelovno maso). Podobno kot nafta vsebujejo oljni skrilavci veliko vodika do 9,5 %, karpomeni tudi veliko volatilov – do 80 % (na gorivno maso) in s tem tudi lahko vnetljivost.Vsebnost ogljika je do 70 % (v organski masi), zvepla do 4,5 %. Kurilnost gorivne mase je27,2–33,5 MJ/kg, kurilnost delovne mase je zaradi velike kolicine balasta le med 5,9–10,0MJ/kg.

Oljne skrilavce uporabljamo kot gorivo v termoelektrarnah ali kot surovino za predelavov plinasta in kapljevita goriva. Velike zaloge oljnih skrilavcev so v severni Ameriki.

2.3.7 Trdna goriva v Sloveniji

Les – obnovljiv vir.

Premogi:

Velenjski lignit je humusni – ksilitni (lesni) lignit. Debelina plasti 150 m, na globini od250 m do 400 m, zaloge 200 Mt, ob sedanji stopnji izkopavanja do leta 2050, letna poraba3–4 Mt.

Trboveljski rjavi premog, rudnik v zapiranju do leta 2007. Letni izkop pod 1 Mt.

22

V Sloveniji je bilo se veliko ostalih premogovnikov, ki pa sedaj vsi zaprti, ker niso bilivec rentabilni: Kocevje, Seca, Zagorje, Senovo, Lasko, Zabukovec, Krmelj, Pecovnik,Kanizarica,. . .

Povprecna sestava slovenskih premogov:

Trbovlje Velenjeskupna vlaga, % 24 42pepel, % 19 11,7volatili, % 33 28C, % 40 30H, % 3 2,3O+N, % 12 13,4S, % 2,36 1Hi [MJ/kg] 14,6 9,7–11

Pepel:temp. mehcanja, ◦C 1170 1030temp. taljenja, ◦C 1340 1370temp. tecenja, ◦C 1360 1420

2.3.8 Priprava premoga – postopki plemenitenja

Po izkopu premoga v rudniku dobimo jamski premog, pred skladiscenjem in uporabo seizvede se postopek separacije, ki je razdeljena v vec faz:

1.) Flotacija je postopek odstranjevanja grobih mehanskih primesi – jalovine in zvisujevsebnost gorljive mase.

Postopek se izvaja na principu razlike gostot premoga, 1,2–1,6 kg/dm3 in mineralnihprimesi, 1,8–5,2 kg/dm3. Flotacijsko sredstvo je obicajno voda, kateri “zvisamo” gostotos primesmi, peskom in drugimi gostejsimi snovmi. Premog splava na povrsino, jalovinapotone.

2.) Drobljenje je proces zmanjsevanja kosov premoga, kot posledica delovanja zunanjihmehanskih sil.

Drobljenje je lahko pripravljalno, ce se izvaja zaradi priprave premoga za odstranjevanjemineralnih primesi (misljeno drobljenje velikih kosov) in koncno, ce je zdrobljen premogpripravljen za koncno uporabo.

Principi drobljenja so razlicni, lahko so tudi kombinirani, osnovni principi so:

• z udarjanjem,

• z gnetenjem,

23

• s strigom,

• s cepljenjem,

• z notranjimi napetostmi ob hitrem padcu tlaka ali uparjanjemhigroskopne vlage.

V drobilnikih so prisotni skoraj vsi principi, najbolj je izrazen eden od njih, po kateremdobi drobilnik ime ali razvrstitev.

3.) Sejanje in sortiranje da kose premoga zahtevane velikosti. Po sejanju skozi sitadobimo klase premoga. V preteklosti je bil problem, ker se drobnih frakcij premoga(prahu) ni dalo porabiti kot gorivo za zgorevanje na resetki. Sodobna tehnologija omogoca,da se premogov prah lahko briketira, ali porabi kot gorivo v termoelektrarnah.

Èrni premog Rjavi premog Lignit

Naziv Oznaka spodnja meja

v mm

zgornja meja

v mm

spodnja meja

v mm

zgornja meja

v mm

spodnja meja

v mm

zgornja meja

v mm

kosi A 60–80 nedoloèeno 60 nedoloèeno 80–120 nedoloèeno

kocka B 30 60 30–40 60–65 40–65 80–120

oreh C 15–20 30 15–20 30–40 20–35 40–65

grah D 5–10 10–20 5–10 15–20 10–20 20–35

drobir E 0 5–10 0 5–10 0 10–20

zdrob F 0 5 3–5 10 5–10 10–20

prah G 0 3 0 3–5 0 5–10

Tabela 2.4: Granulacije premoga

4.) Odstranjevanje vlage je zelo omejeno in se to samo na grobo povrsinsko vlago z:– naravnim susenjem,– drenazo,– centrifugiranjem,

Drenaza je primerna za bunkerje, deponije,. . . Meteorna voda hitreje odtece iz gornjihslojev. Vecja debelina in drobnejsi premog zahtevajo daljsi cas odvodnjavanja. Kosi vecjiod 13 mm potrebujejo 6–8 ur, kosi od 0,5–13 mm od 16–24 ur.Del vlage se odstrani tudi pri transportu na transportnih trakovih. Povrsinska vlagaoziroma groba vlaga znasa do 4 %.

2.3.9 Sekundarni postopki predelave

Sekundarni postopki predelave so termokemijski postopki predelave trdnih goriv, ki omogocajo,da iz manj kvalitetnih goriv dobimo bolj kvalitetna.

Osnovna postopka sta: postopek globokega susenja in suha destilacija.

24

2.3.10 Postopki suhe destilacije

Postopki suhe destilacije temeljijo na temperaturni neobstojnosti trdnih goriv. Pri se-grevanju premoga v atmosferi brez zraka (kisika) ali zmanjsani kolicini kisika prihaja dorazpada premoga na vec trdnih, kapljevitih in plinastih komponent.

Suho destilacijo delimo glede na:

– gorivo, ki ga destiliramo in– pogoje pri katerih se izvaja destilacija; temperatura in prisotnost kisika.

Kot vhodna surovina se pri suhi destilaciji uporablja les in vse vrste premoga.

Temperatura distilacije:– primarna (nizkotemperaturna) od 450–550 ◦C – polkoksanje – svelanje,– srednja od 600–800 ◦C,– visokotemperaturna od 900–1000 ◦C (redkeje od 1300–1350 ◦C) – koksanje.

Pri segrevanju trdnega goriva brez kisika nastopajo naslednji procesi:

• najprej nastopi susenje med 100–200 ◦C,

• do 280 ◦C se izloca kisik v obliki CO2 in CO, zveplo v obliki H2S in SO2,

• med 310–350 ◦C se pricne ocitno razpadanje goriva in v nastalih plinih se pricnopojavljati ogljikovodiki, ki se izlocajo nekje do 450 ◦C.

• z nadaljnjim segrevanjem se pojavlja vse vec in vec H2 v plinastih produktih. Pri1000 ◦C se iz trdne mase premoga izlocijo vse gorljive uparljive komponente,

• koncni trdni ostanek je polkoks ali koks, odvisno od vrste premoga.

To pomeni, da trdni ostanek vsebuje vec ogljika kot prvotno gorivo. Taksno predelanogorivo obicajno zgoreva brez plamena (zar – zgorevanje lesnega oglja), ima visoko kurilnostin visoko temperaturo plamena – zgorevanja.

Pri suhi destilaciji nastanejo:

– plinasti produkti – destilacijski plini,– kapljeviti produkti – katran (crn kapljevit ostanek),– trdni produkti – koks ali polkoks, oz. ogljik (lesno oglje).

Na proces predelave vplivajo: vrsta goriva, temperatura procesa, hitrost zgorevanja del-cev goriva, velikost delcev goriva, tlak procesa.Mlajsi premogi vsebujejo vec kisika, zaradi cesar se destilacija pricne pri nizjih tempera-turah.Visja ko je temperatura suhe destilacije, visja je tudi stopnja razpada. Nastane manjkapljevite frakcije, ker pri visokih temperaturah razpade na enostavne plinaste ogljikovo-dike.

25

Slika 2.7: Razmerje produktov suhe destilacije glede na temperaturo destilacije

Hitrost segrevanja je eden od najvplivnejsih faktorjev za kolicino in sestavo produktovsuhe destilacije.

Hitrost segrevanja:– do 0,4 ◦C/s - organska masa premoga razpade skoraj popolno pri 250–300 ◦C– do 10 ◦C/s - izloci se le do 50 % volatilov do temperature 540 ◦C– do 100 ◦C/s - do temperature 450–550 ◦C skoraj ni razpada premoga.

Cas koksanja oz. polkoksanja izhaja iz casa segrevanja. Ce je premog droban, je cas10–20 × krajsi, kot pri velikih kosih.

Tlak procesa suhe destilacije neznatno vpliva na kolicino koksa in njegove lastnosti, pacpa vpliva na sestavo plinastih produktov.

2.3.10.1 Suha destilacija sote

Suha destilacija sote se izvaja na temperaturi do 550 ◦C, pri cemer nastane do 250 m3

destilacijskih plinov in 90–100 kg katrana na tono suhe mase. Kolicina polkoksa je ≈ 400kg.

Polkoks je gorivo nizke trdnosti, gostote % = 1,7–1,8 kg/dm3, temperatura vziga ≈ 350 ◦C.Vsebuje malo zvepla in fosforja, vsebnost pepela je 2–2,5 × visja kot v soti. Temperaturaplamena ≈ 2100 ◦C.

2.3.10.2 Primarna suha destilacija rjavega in crnega premoga

Primarno suho destilacijo nekateri imenujejo tudi nizkotemperaturna destilacija ali tudisvelanje premoga.Primarna suha destilacija se izvaja pri temperaturi med 500–580 ◦C, pri cemer nastane

26

50–60 m3 destilacijskih plinov, 80–200 kg katrana, ter 700–750 kg polkoksa na tono suhevstopajoce mase premoga.

Sestava polkoksa (gorljiva masa): ogljik 90–92 %vodik 2–3 %kisik 3–4 %zveplo do 1,5 %dusik do 2 %

Spodnja kurilnost Hi 23,9–27,2 MJ/kgVsebnost vlage:

– koks iz rjavega premoga 12–20 %– koks iz crnega premoga 4–10 %

Kosi koksa zgorevajo brez dima, so lahko vnetljivi in visoko porozni. Temperatura pla-mena ≈ 2100 ◦C.

2.3.10.3 Visokotemperaturna suha destilacija crnega in rjavega premoga

Visokotemperaturna suha destilacija se imenuje tudi koksanje. Najvaznejsi produkt viso-kotemperaturne suhe destilacije je koks.

Suha destilacija se izvaja pri ≈ 1000 ◦C. Za pridobivanje koksa so primerni samo premogi,ki koksirajo – bitumenski premogi. Industrijska proizvodnja koksa se obicajno izvaja vkomornih peceh.

Dimenzije komor: dolzina 14–15 mvisina 4–5,5 msirina 0,4–0,45 m

Slika 2.8: Shema komorne peci

Segrevanje oziroma postopna transformacija premoga v polkoks ali koks traja od 15–18 h. Nastali plini in bitumenske pare potujejo skozi cono visokih temperatur, kjer senaprej razpadajo. Za segrevanje se lahko uporabijo kar ti destilacijski plini, pri cemer se

27

zgorevalni zrak regenerativno segreva z izstopnimi dimnimi plini. Gotov koks se izvrzeiz peci in se ga pogasi z vodo (gasenje se lahko izvaja tudi z inertnimi plini), nato sledisortiranje (sejanje).

Iz tone premoga (suha masa) nastane:

750–800 kg koksa300–330 m3 destilacijskih plinov20–50 kg katrana8–10 kg benzena2–3 kg amonijaka

Sestava koksa: ogljik 90–95 %vodik do 1 %kisik in dusik 1,5–2 %vlaga 2–4 %pepel do 11 %

Koks se uporablja kot gorivo v metalurskih peceh (plavzi, kupolke,. . .), kjer ustvarjareducirno atmosfero (CO,. . .). Zato je dobro, da ima koks cim vecjo aktivno povrsinooziroma, da je cim bolj porozen. Redukcija se izvaja z ogljikovim monoksidom, ki nastajapri reakciji CO2 + C −→ 2CO. Nastali CO reducira zelezov oksid, ostanek pa ostane vplavznem plinu, ki se porabi za segrevanje zraka.

V kupolkah potrebujemo samo toploto za taljenje litine in je zato nastanek CO nezazeljen(emisije v okolico in zmanjsevanje sproscene toplote). Zato v kupolkah uporabljamo manjreaktiven koks.

Ocena uporabnosti koksa:– kriterij gorljivosti – hitrost tvorjenja CO2,– kriterij reakcijske sposobnosti – hitrost nastajanja CO v prisotnosti koksa iz CO2 inoglja.

Kriterija sta si nasprotna.⇒ livarski koks – nizka reakcijska sposobnost, cim vec sproscene toplote in cim visjatemperatura zgorevanja, cim manj fosforja in zvepla,⇒ plavzni koks – visoka reakcijska sposobnost, do 3,5 % zvepla in 0,03 % fosforja.

2.3.11 Postopek globokega susenja

S tem postopkom se odstrani najvecji del vlage iz goriva, pri cemer se spremeni tudistruktura premoga tako, da na primer iz lignita dobimo kvalitetnejse gorivo oziroma sepo kvaliteti priblizamo rjavemu premogu.

Obstajata dve vrsti globokega susenja: posredno in neposredno.

Najbolj znan je Fleissner-jev posredni postopek. Premog je avtoklavih volumna 20–40m3, ki se segrevajo s paro ali vroco vodo. Tlak v avtoklavih je 2–30 bar. Po dolocenem

28

Slika 2.9: Primer koksarniske predelave premoga v koks

casu se z vakuumiranjem iz avtoklava odparijo vse kapljevite substance tako, da na koncuostane suh premog. Ti postopki so primerni predvsem za lignite z visoko vsebnostjo vlage,od 40 do 60 %.

2.3.12 Pojavi pri skladiscenju premoga

Pri skladiscenju premog dozivlja vec sprememb. Nastopa drobljenje pri nizjih temperatu-rah zaradi zaledenitve vlage (volumen ledu je vecji od vode), pri povisanih temperaturahse pojavi izparevanje vlage, kot tudi manjsega dela volatilov. Lahko nastopi tudi takoimenovana “tiha” oksidacija.

Kvaliteta premoga se s casom znizuje, pri ekstremnih pogojih lahko nastopi tudi samovzig.

29

Razne komponente goriva v vecjem ali manjsem obsegu reagirajo s kisikom (oksidirajo).Ce se premog skladisci pri nizkih temperaturah 20–25 ◦C, ni opaziti bistvenih spremembzaradi oksidacije. V tem casu se pojavlja tiha – pocasna oksidacija, toplota ki se pritem sprosca se odvaja v okolico tako, da je temperatura premoga konstantna. Ce niodvoda toplote, temperatura premoga narasca vse hitreje (eksponentno), dokler ne nastopisamovzig. V zacetni fazi segrevanja je samovzig premoga se mogoce prepreciti, do dosezenetemperature ≈ 70 ◦C, pri cemer se del volatilov izgubi.

Slika 2.10: Pojavi pri skladiscenju premoga

Dolzina intervala segrevanja in pojav samovziga sta odvisna predvsem od sestave premogain okoliskih razmer – temperatura, relativna vlaznost,. . . Najbolj stabilni so najstarejsipremogi – antraciti in crni premogi, ligniti so najbolj nagnjeni k samovzigu in spremembampri skladiscenju.

Najznacilnejsi parameter za samovzig je temperatura samovziga:– rjavi 150–160 ◦C,– plinski 170–190 ◦C,– antracit > 220 ◦C.

Ukrep za preprecevanje samovziga je predvsem preprecitev dostopa kisika do premoga,kar se doseze s teptanjem deponije premoga. V termoelektrarni Sostanj imajo za teptanjein urejanje deponije premoga enega najvecjih bagerjev v Evropi.

30

Poglavje 3

Kapljevita goriva

Kapljevita goriva so uporabna na vseh podrocjih zaradi njihovih dobrih lastnosti. Gledena trdna goriva imajo nekaj prednosti, pa tudi slabosti.

Prednosti:

– veliko kurilnost,– majhno vsebnost balasta,– manjse izgube s toploto dimnih plinov zaradi nizjih razmernikov zraka in popolnejsega

zgoretja,– vecjo univerzalnost uporabe,– enostavna regulacija moci in procesa zgorevanja,– moznost transporta po cevovodih na velike razdalje.

Pomanjkljivosti:

– velika vnetljivost in eksplozivnost, pozarna nevarnost,– sposobnost generacije elektrostaticnega polja,– tezko odstranjevanje emulgirane vode,– strupenost nekaterih goriv.

Od predstavljenih lastnosti so prednosti bistveno vecje kot pomanjkljivosti.

3.1 Nafta

Nafta je edinstven predstavnik kapljevitih goriv. Beseda nafta izvira iz nafata, kar vperzijskem jeziku pomeni znojiti se. V Mezopotamiji in ZDA so izvori povrsinske nafte.Nafta je zelenkasto-rjava do temno rjava oljasta kapljevina, ki je zmes velikega stevilaraznih ogljikovodikov in vode (obicajno slane), zvepla od 0–2 % (tudi do 7%), kisikain dusika, ter tezkih kovin v primeseh (ki so strup za katalizatorje pri predelavi nafte).Cim vec je ogljikovodikov nizjega vrelisca, tem bolj je nafta svetla, in ima nizjo gostotoin viskoznost. Velikokrat je z nafto akumuliran tudi naravni zemeljski plin (razni lahkiogljikovodiki, ter CO2 in H2S). Z naravno oksidacijo in izhlapevanjem posameznih sestaviniz surove nafte nastanejo naravni proizvodi nafte, kot so: zemeljski voski, zemeljske smolein asfalti (sirse – bitumni).

31

Osnovna enota prostornine za surovo nafto je “barell (bbl)”, 1 sod = 159 l, gostota nafte seobicajno meri po API (American Petroleum Institute) lestvici 1 ◦API = 141,5/%− 131,5.

Povprecna sestava surove nafte:

organska masa: ogljik 83–87 %vodik 11–14 %kisik 0,1–1 %zveplo 0,1–5 (7) %dusik 0,1–5 %

ostalo:voda do 2 %pepel 0,1–0,3 %gostota 0,82–0,92 g/cm3

3.1.1 Nastanek nafte

O nastanku nafte obstojata dve (glavni) teoriji:⇒ organska – iz primitivnega rastlinskega in zivalskega sveta,⇒ neorganska (manj verjetna).

Organska teorija: plankton in kremenaste alge (diatomeje – proizvajajo same hrano inolje, da lahko lebdijo v vodi), odmrle se nalagajo na dnu. Ob anaerobnih pogojih (brezkisika) se naredijo sloji. Ta proces se se danes odvija na primer v Crnem morju v globini≈ 150 m, kjer je v mulju do 30 % organskih sestavin.

Najvecji pomen za nastanek nafte imajo plitka morja in druge vodne povrisine. Najvaznejsiprocesi pretvorbe mulja v nafto so bakterijski in kataliticni razkroj, ki so se dogajali privisokih tlakih in povisanih temperaturah (proces nastanka se do danes ni povsem poja-snjen). Po pretvorbi je nastala organska masa prodirala skozi pore, razpoke,. . . in sezaustavljala ob nepropustnih slojih. Obicajno je bil ta prostor, kamor je prisla nafta,predhodno napolnjen z vodo, ki sta jo nato zemeljski plin in nafta izpodrinila.

3.1.2 Crpanje nafte

V zacetni fazi nafta in zemeljski plin pritekata na povrsje oziroma v crpalisce zaradi la-stnega tlaka lezisca. Ker se z visino niza hidrostaticni tlak, se iz kapljevite nafte zacnejoizlocati plini. Na povrsje zato obicajno pritece zmes kapljevite nafte in plinov. Su-rovo nafto je zato potrebno pred transportom stabilizirati (razpliniti). Pri stabilizaciji seobicajno izlocijo metan, vodik, propan in butan. Izcrpati je mogoce samo 10–60 % ge-oloske rezerve nafte v nahajaliscu. Stopnja moznega izcrpanja je odvisna od vec faktorjev.

Crpanje nafte lahko razdelimo v vec faz:1.) V zacetni fazi nafta priteka sama na povrsje. Dolzina prve faze in stopnja izcrpanjaje odvisna od lastne tlacne energije nahajalisca.2.) V drugi fazi se v nahajalisce dovaja vodo z druge strani in s tem iztiska nafto, stopnjaizcrpanja do 50 %.

32

3.) V tretji fazi v nahajalisce vpihavamo paro, aditive za povecanje viskoznosti vode,. . .,s cemer se lahko stopnja izcrpanja naftnega nahajalisca poveca se za nadaljnjih 10 %.

Slika 3.1: Crpalisce nafte z globinsko batno crpalko: 1 - elektromotor, 2 - reduktor, 3 -utezi za uravnotezenje, 4 - nihalka, 5 - nihalna glava, 6 - gladka ojnica, 7 - odvod surovenafte, 8 - ojnica crpalke, 9 - zascitne cevi vrtine, 10 - dovodna cev, 11 - batna crpalka.

Slika 3.2: Osnovni tipi morskih vrtalnih ploscadi: a – potopljena ploscad, b – podprtaploscad, c – polpotopljena ploscad, d – ladijska ploscad.

33

Slika 3.3: Osnovni rezimi prve faze izkoriscanja naftnega lezisca: a – rezim plinske kape,b – rezim raztopljenega plina, c – vodotlacni rezim, d – tipicne spremembe tlaka v leziscuglede na stopnjo izcrpanja lezisca.

Slika 3.4: Stanja v porah lezisca v primarni fazi izkoriscanja. Osnovni rezimi: a –nasicenost por v rezimu raztopljenega plina pred izkoriscanjem, b – kasnejsa faza iz-koriscanja, c – iztiskanje nafte z vodo, d – kasnejsa faza iztiskanja nafte pri vodotlacnemrezimu, e – residuum izcrpanega lezisca, ko je kaplja nafte vecja od velikosti reze, kapjane gre vec skozi rezo.

34

3.2 Sestava nafte

3.2.1 Splosno o ogljikovodikih

Ogljikovodiki so kemijske spojine iz ogljika in vodika.

⇒ ogljik 4 valenten,⇒ vodik 1 valenten,⇒ najenostavnesi ogljikovodik je metan CH4.

Ena od znacilnosti ogljikovih atomov je ta, da se lahko medsebojno povezujejo v velikemstevilu in preko svojih prostih vezi lahko nase povezejo se druge elemente (v tem primeruvodik). Nastale molekule imajo lahko veliko atomov in zapleteno strukturo (podrocjeorganske kemije).

Za ogljikovodike (ki se uporabljajo kot goriva) sta vazni lastnosti:⇒ razporeditev ogljikovih atomov, ki je lahko v:

– verige,– obroce (ciklicni).

⇒ stevilo valenc povezanih z vodikom:– nasiceni,– nenasiceni.

Po teh dveh lastnostih ogljikovodike razvrstimo v:

• alkane – nasiceni (parafinski),

• alkeni – nenasiceni (olefini, v C-verigi imajo eno dvojno vez),

• cikloparafine (naftenski),

• cikloolefine (nenasiceni),

• aromati.

Osnovno maso surove nafte sestavljajo predvsem tri skupine ogljikovodikov:

• parafini (alkani) CnH2n+2,

• nafteni CnH2n,

• aromati CnH2n−6.

3.2.1.1 Parafini – alkani

Parafini so nasiceni z vodikom, ogljiki so povezani v verigo. Splosna kemijska formula je:

CnH2n+2 , n ∈ IN .

Parafini predstavljajo znaten delez nekaterih naft.

35

Slika 3.5: Primer strukturne formule metana in propana.

Tabela 3.1: Najenostavnejsi alkani – parafinski ogljikovodiki, gostota je navedena za ka-pljevito stanje pri tlaku 1 bar.

Prvi stirje parafini1 – od metana do butana, do n = 4, so pri normalnih pogojih (1.013bar in 0 ◦C) v plinastem stanju, nadaljnji od n = 5–15, so kapljevine, nadaljni parafini,od n > 15, so v trdnem stanju. Ce imajo alkani ravno verigo jih, imenujemo normalnialkani. Alkani imajo to lastnost, da lahko na osnovno verigo tudi bocno povezejo drugeverige oziroma metilne CH3 skupine in tako nastanejo izomerni alakani ali izoalkani(izoparafini).

Primer strukturne formule za izooktan C8H18:

Prvi trije alkani: metan, etan in propan nimajo izomerov, vsi nadaljnji pa jih imajo.¦ butan – dva,¦ pentan – tri,¦ heksan – pet,. . .,¦ alkan z 12 ogljikovimi atomi ima ze 355 izomerov.

1parum affinis – lat.: malo vpleten

36

Primeri strukturnih formul izomerov pentana:

Tabela 3.2: Karakteristike normalnega pentana in njegovih izomerov.

Bistvena razlika (glede lastnosti naftnih derivatov – goriv) med normalnimi alkani inizoalkani je v antidetonacijskih lastnosti zgorevanja.

Alkani imajo nizko oktansko stevilo in so nagnjeni k detonativnem zgorevaju,izoalkani imajo visoko oktansko stevilo in so odporni proti detonativnem zgorevanju.

3.2.1.2 Alkeni

Alkeni so nenasiceni ogljikovodiki, zato je med ogljikovimi atomi lahko dvojna ali trojnavez (acitilen C2H2, HC≡CH).Alkenov in izoalkanov v surovi nafti obicajno ni, nastajajo sele v fazi predelave nafte.

3.2.1.3 Nafteni

Nafteni (cikloparafini) so nasiceni ogljikovodiki in imajo za razliko od alkanov obrocastostrukturo. V nafti se pojavljajo najenostavnejse oblike, kot so naprimer ciklopentan C5H10

in cikloheksan C6H12 in so zelo stabilni.

Primer strukturne formule za cikloheksan:

Karakteristicni prstan naftenov shematsko predstavimo z

37

3.2.1.4 Cikoolefini

Cikloolefini so nenasiceni cikloparafini, nastajajo predvsem pri predelavi nafte, redko sepojavljajo v surovi nafti.

3.2.1.5 Aromati

Aromati imajo ciklicno strukturo z enim vodikovim atomom. Splosna formula je:

CnH2n−6 , n ∈ IN .

Njihov prvi predstavnik je benzen C6H6.

Nadalje npr. naftalen .

Aromati imajo lahko namesto 1 vodikovega atoma tudi metilno CH3 skupino. Aromatinastajajo tudi pri uplinjanju trdnih goriv.

3.2.2 Sestava surove nafte

Najvaznejsi delez surove nafte predstavljajo seveda ogljikovodiki. Surova nafta ima velikoprimesi kot so na primer: zveplove spojine, dusikove spojine, kisik ter tezke kovine, zlastizelezo, nikelj in vanadij. Surova nafta iz crpalisca je emulgirana z vec ali manj slane vode,ki je obicajno nasicena z NaCl, MgCl in magnezijevim ali kalcijevim sulfatom. Delez vodev surovi nafti je lahko vecji od 30 %.

V surovi nafti so tudi raztopljeni plini zlasti propan, butan in H2S.

Glede na dominantno skupino ogljikovodikov govorimo o:• parafinski,• naftenski in• aromatski nafti.

Delez ogljikovodikov se v surovi nafti giblje od 50 % (tezka mehiska nafta), do 98 % (penn-sylvanijska). Delez parafinskih ogljikovodikov je v frakcijah tem vecji, cim visja je njihovamolarna masa oziroma vrelisce. V nafti so raztopljeni plinasti parafinski ogljikovodiki intrdni, ki so istocasno tudi suspendirani (s hlajenjem se izloci parafinska obloga – tezave splinskim oljem pozimi).

Delez naftenskih ogljikovodikov je odvisen od tipa nafte. V surovi nafti se nahajata samociklopentan in cikloheksan. V visjih (visokotemperaturnih) frakcijah sta prisotna samo tadva ciklicna ogljikovodika in zato so te vrste nafte primerne za proizvodnjo maziv, kakortudi bencina, ker se s kataliticnimi postopki lahko visa oktansko stevilo.

38

Delez aromatov se giblje med 10–50 %. V petroleju in kerozinu niso zazeljeni, ker pov-zrocajo sajenje, zato so primerni za proizvodnjo saj in koksa. V bencinu je delez aromatovmanjsi od parafinov in naftenov.

3.3 Predelava nafte

Osnovni postopek predelave surove nafte je fizicni postopek razstavljanja na niz kom-ponent – ogljikovodikov. Surova nafta vsebuje veliko stevilo razlicnih ogljikovodikov spripadajocimi razlicnimi parnimi tlaki. Pri segrevanju surove nafte se posamezne kompo-nente uparjajo, nakar nastale pare ponovno kondenziramo, surovo nafto destiliramo.

Prvotni postopek predelave je bila frakcijska destilacija – postopno segrevanje surovenafte, s postopnim izparevanjem komponent in nato njihova kondenzacija (podoben po-stopek kot je npr. domaca zganjekuha).

Danasnji postopek predelave je frakcijska kondenzacija, kjer uparimo naenkrat vecjidel nafte in jo nato frakcijsko kondenziramo.

Pred destilacijo se iz surove nafte najprej izloci vodo (z izmenicnim elektricnim poljem serazbijajo opne okoli kapljic vode, z sladko vodo se izpere sol) in druge mehanske necistoce.Pred trasportom (ali destilacijo) se surova nafta se odplini, oziroma stabilizira.

Pri primarni predelavi nafte v splosnem dobimo naslednje produkte:– plinasta goriva,– bencinske frakcije,– petrolejske frakcije,– frakcije diesel motornih goriv in– kurilna olja – ostanek – mazut.

Ostanek se lahko z nadaljnjo vakuumsko destilacijo predela v:– frakcije mazalnih olj in– ostanek (tezko olje, bitumni).

3.3.1 Kontinuiran proces frakcijske kondenzacije

Surova nafta se dovaja v cevno pec, kjer se segreje na 330–350 ◦C. Segreta nafta se skupajz nastalimi parami uvaja v rektifikacijsko kolono. Istocasno se v kolono dovaja tudi vodnapara, da se naftne pare nadalje segrevajo in locujejo na posamezne frakcije. Rektifikacijskakolona je razdeljena na niz delov – kondenzacijskih kroznikov.

Naftne pare potujejo navzgor in segrevajo pladnje, se v njih absorbirajo in ce je tempe-ratura previsoka zopet uparijo. Nastale kapljevite frakcije tecejo navzdol. Z intenzivnimprotismernim strujanjem in ob stalni spremembi faze (iz kapljevite v plinasto in obratno)se v posameznih delih ustvarijo in obdrzijo dolocene temperature, ki odgovarjajo posame-znim frakcijam.

Tezji ogljikovodiki kondenzirajo takoj po vstopu v kolono, lazji kondenzirajo na visjihvisinah, najlazji sploh ne kondenzirajo vec in se odvajajo v plinasti obliki.

39

Slika 3.6: Shema frakcijske destilacije surove nafte.

40

Ostanek destilacije je kurilno olje ali mazut in ga lahko uporabimo brez nadaljnje prede-lave kot gorivo za kotle, industrijske tehnoloske peci,. . ., ali pa ga uporabimo kot surovinoza pridobivanje tezjih kurilnih olj, maziv, bitumnov,. . . Pri nadalnji destilaciji se ostaneksegreje na 420–430 ◦C in destilira pri podtlaku – vakuumska destilacija. Ce bi segrevalise na visje temperature, bi molekule zacele razpadati (pojavilo bi se krekiranje).

Slika 3.7: Primer destilacijske krivulje surove nafte.

Vse pridobljene destilate je pred uporabo (distribucijo in prodajo koncnim uporabnikom)potrebno se dodelati z raznimi postopki dodelave kot so:– redistilacija, dolocitev tocnejsega temperaturnega intervala frakcije,– stabilizacija, izlocitev zaostalih plinov,– odstranjevanje zvepla,– dodajanje specialnih dodatkov, aditivi, inhibitorji, barvila,. . .,– mesanje produktov za tocno doloceno in casovno enakomerno koncno sestavo.

Stevilo rafinerijskih proizvodov je izredno veliko. V tabeli 3.3 so navedeni rafinerijskiproizvodi v ZDA. Tabela 3.4 navaja primer sestave petroleja.

41

Klasifikacija proizvoda stevilo proizvodovmazalna olja 1156razne kemikalije, topila ,itd., 300masti 271asfalti 209voski 113rafinirana “bela” olja 100antikorozijska sredstva 65diesel in EL olja 27motorni bencini 19ostala plinska olja 16ukapljeni naftni plin 13ostali bencini 12transformatorska in kabelska olja 12kerozini 10letalski bencini 9gorivo za potisnike 5saje 5koks 4rafinerijski plin 1skupaj 2347

Tabela 3.3: Primer rafinerijskih produktov v ZDA.

Ogljikovodik vol. %n-heptan 1.610metilciklheksan 2.4332-metilheptan 5.6184-metilheptan 1.8243-metilheptan 4.8411c,3-dimetilcikloheksan 3.2521t,4-dimetilcikloheksan 1.0401t,2-dimetilcikloheksan 1.169n-oktan 16.3341c,2-dimetilcikloheksan 1.6741,1,4-trimetilcikoheksan 3.5002,6-dimetilheptan 2.0941c,3c,5-trimetilcikloheksan 2.638m-ksilen 2.426p-ksilen 0.7972,3-dimetilheptan 1.4754-metiloktan 3.4172-metiloktan 4.4913-metiloktan 4.576o-ksilen 1.137n-neimenovani 10.120ostalo 23.534skupaj 100.000

Tabela 3.4: Primer sestave petroleja.

42

3.3.2 Nadaljni postopki predelave

3.3.2.1 Krekiranje – piroliza

Termicno krekiranje se pojavi pri segrevanju ogljikovodikov nad 300 ◦C. Ogljikovodikizacnejo razpadati in nastajajo novi ogljikovodiki z manjsim stevilom ogljikovih atomov.

Iz tezjih frakcij dobimo lazje frakcije. Iz diesel goriva (plinskega olja) in ostankov destila-cije dobimo s krekiranjem bencinske frakcije.

Postopek krekiranja se lahko izvede na vec nacinov:– termicno, 20–35 bar, 430 ◦C, t = 200 s, glede na potrebe trga,– lomljenje viskoznosti, za tezke ostanke v lazje, nizji tlaki in temperature,– kataliticno krekiranje,– koksiranje (do konca, da ostane samo koks).

3.3.2.2 Reformiranje

Reformiranje je postopek konverzije nizkooktanskih bencinov v visokooktanske bencine spostopkom kataliticne polimerizacije.

3.3.2.3 Hidrogeniranje

Hidrogeniranje je kataliticna adicija (pripojitev) vodika zaradi:– izboljsave lastnosti, barve, vonja, zgorevanja,– odpravljanja skodljivih primesi,– zamenjave struktur molekul, dodano do 10 % vodika,– zamenjave ogljikovodikov, dodano preko 50 % vodika.

3.4 Proizvodi predelane nafte

3.4.1 Rafinerijski plin

Rafinerijski plin je v glavnem sestavljen iz najlazjih ogljikovodikov kot so: metan CH4,eten C2H4, etan C2H6 ter vodika H2. Del rafinerijskega plina se porabi v rafineriji kotgorivo, ostanek kot surovino v kemijski industriji.

3.4.2 Ukapljeni naftni plin

Ukapljen naftni plin je mesanica propana in butana. Parni tlak mesanice pri temperaturiokolice se giblje med 6–17 bar, spodnja kurilnost Hi = 44 MJ/kg. Distribucija se izvajav jeklenkah po 10 in 50 kg, kamionih, vagonih.

3.4.3 Tehnicni in specijalni bencini

Tehnicni in specialni bencini so lahki derivati ozkih destilacijskih mej: medicinski bencin,petroleter, bencini za ekstrakcijo oljaric, bencin za gumo, razna topila. To niso energetskagoriva, majhna in specialna proizvodnja.

43

3.4.4 Motorni bencin

Motorni bencin je eden glavnih proizvodov predelave nafte. Glavne znacilnosti lahkostremo v:

• destilira se med 35–200 ◦C,

• vsebuje pretezno ogljikovodike s 5 do 12 atomi ogljika,

• je mesanica ≈ 150 razlicnih ogljikovodikov,

• njegova najvaznejsa lastnost je oktansko stevilo (odpornost proti klenkanju),

• pomembna je uparljivost bencina:

– temperatura 10 % uparjanja (tocka 10 %) je vazna za zagon motorja. Pozimimora biti ta temperatura nizja, ampak ne prevec, ker lahko bencin postaneprevec hlapen in izgublja nizke frakcije ze v rezervoarju,

– tocka 50 % vpliva na zmrzovanje uplinjaca,

– tocki 50 % in 90 % vplivata na segrevanje motorja (uparjanje bencina porabljatoploto)

Zaradi opisanih zahtev se motorni bencini proizvajajo z dolocenimi karakteristikami upar-janja glede na:– letni cas,– temperaturne razmere,– nadmorsko visino.

temperaturna meja v ◦Cza tocko

10 % 50 % 90 %poletni bencin 51 100 169zimski bencin 42 92 166

Tabela 3.5: Uparljivost super bencina.

3.4.5 Letalski bencin

Bistveni razliki med letaskim bencinom za pogon letalskih batnih motorjev in obicajnimmotornim bencinom sta:

• za povecanje kurilnosti (manjsa masa goriva) letalski bencin vsebuje parafinske innaftenske ogljikovodike,

• nima frakcij, ki se uparjajo pri nizkih temperaturah zaradi preprecitve uparjanjateh frakcij na velikih visinah, kjer je nizek tlak okolice.

44

3.4.6 Tezki bencini

Meje vrelisca tezkih bencinov so med 150–200 ◦C. Rafinirani se uporabljajo v industrijibarv in lakov, kot topila (white spirit) in kot surovina v kemijski industriji. Z uparjanjemse iz njega proizvaja mestni plin.

3.4.7 Petrolej

Petrolej se uporablja za razsvetlajvo, motorje z uzarjeno glavo, traktorje, colne, svetilnike,inkubatorje. Meje destilacije so od 150–300 ◦C. (nafta pomeni v agleskem govornempodrocju petrolej.

3.4.8 Gorivo za potisnike - kerozin

Gorivo za potisnike je primarni rafinirani destilat sirokih mej med 50–300 ◦C. Mesanicabencina in petroleja. Predvsem je vazna tocka prehoda v trdno stanje (vojasko in civilnoletalstvo, −60 ◦C.

3.4.9 Diesel gorivo

Dieselsko gorivo je en glavnih proizvodov nafte, frakcije med 170–360 ◦C. Obstaja vecvrst dieselskega goriva:

• ekstra lahko dieselsko gorivo (plinsko olje, EL kurilno olje) za hitro tekoce dieselskemotorje in nizke temperature,

• lahko dieselsko gorivo, za hitro tekoce dieselske motorje in zmerne letne temperature,

• srednje in tezko dieselsko olje za stabilne in ladijske motorje.

Razlike med tipom goriva so predvsem v hlapljivosti, kar prikazuje tabela 3.6

do temperature, v ◦C,se upari delez volumna

delez ekstra lahko srednje tezkovolumna lahko40 % do – 300 – –50 % do – – 350 –85 % do – 350 – –90 % do 300 – – –97 % do 330 – – –Cetansko st. 45 40 30 25

Tabela 3.6: Hlapljivost dieselskih goriv glede na tip goriva.

Cetansko stevilo je merilo za kvaliteto vnetljivosti goriva. Doloci se primerjalno na spe-cialnem dieselskem motorju, kjer enkrat zgoreva preizkusano gorivo in nato primerjalnomesanica cetana C16H34 (cetansko stevilo 100) in α-metilnaftalina CH3C10H7 (cetansko

45

Slika 3.8: Uparjalne krivulje goriv.

stevilo 0). Ce je zgorevanje v obeh primerih enako kvalitetno, se cetansko stevilo pre-izkusanega goriva izrazi kot masni delez cetana v mesanici.

Cim visje je cetansko stevilo, tem nizje temperature so potrebne za zagon motorja inmotor se hitreje segreje.

3.4.10 Neenergetska olja

Neenergetska olja se destilirajo se pri visjih temperaturah kot dieselska goriva. Pridobljenidestilati so:– olje za lezaje,– specialna olja (npr. transformatorsko,. . .),– motorna in cilndrska olja (najtezje rafinirane frakcije – za parne batne stroje).

Vse pridobljene frakcije se pred uporabo se dodelajo z raznimi postopki (npr.: rafiniranje,hidrogeniranje, dodajo se razni aditivi in inhibitorji,. . .).

3.4.11 Kurilna olja

Kurilna olja so bila vcasih dejanski ostanki po destilaciji bencina in petroleja, celo od30–50 % predelane nafte. Danes je teh ostankov bistveno manj, ker se proizvaja velikodeiselskega goriva – EL kurilno olje. Sestava olj je odvisna tudi od mesta crpalisca surovenafte, kar prikazuje slika 3.10.

46

Olja se razlikujejo po frakcijah:

• ekstra lahko – hisne centralne kurjave, sobne peci, male tehnoloske peci, olje sene zgosti na temperaturi okolice, pozimi je potrebno dodati aditive proti izlocanjuparafinov,

• lahko – vecje centralne kurjave, majhni parni kotli, pozimi ga je potrebno segrevati,

• srednje in tezko – (mazut) za parne kotle in tehnoloske peci, segrevati ga jepotrebno celo leto, ker se na temperaturi okolice strdi.

Kurilnost olj je odvisna od razmerja med ogljikom in vodikom, C/H, tem visja je cimnizje je to razmerje, glej sliko 3.9. Kurilnost vodika je ≈ 4 × vecja od kurilnosti ogljika.

Razmerje C/H je:– nizje za lazja olja s spodnjo kurilnostjo Hi ≈ 44 MJ/kg,– visje za tezja olja s spodnjo kurilnostjo Hi ≈ 39.7 MJ/kg,

Slika 3.9: Kurilnost olj glede na razmerje C/H in vsebnost zvepla.

47

Slika 3.10: Sestava kurilnih olj glede na crpalisce.

3.4.12 Trdni produkti predelave

Parafin – rafinirani produkt iz olja za lezaje. Tali se pri temperaturi ≈ 50 ◦C. Upora-blja se predvsem pri proizvodnji vzigalic, svec, voscenega papirja, izolacijo pred vlago,konzerviranje (uporaba parafinskega olja v sodckih za vino).

Bitumen – zelo gost in trdni ostanek za uporabo v gradbenistvu (vsakovrstne hidrofobneizolacije, stresniki, asfalti,. . .) in industriji.

48

Poglavje 4

Plinasta goriva

Plinasta goriva imajo glede na trdna in kapljevita goriva dolocene prednosti:

• popolnejse zgorevanje,

• manj balasta,

• zgorevanje z nizkim presezkom zraka,

• proces zgorevanja je enostavno upravljiv,

• produkti zgorevanja so “cisti”,

• lahek transport po plinovodih,

• proizvajajo se v centraliziranih postrojenjih (plinarnah).

Obstajajo tudi seveda slabosti. Navedimo samo glavni dve slabosti: velika vnetljivost ineksplozivnost.

Plinasta goriva delimo na:

• naravna plinasta goriva: jamski plin, bio plin, zemeljski plin (glavna sestavinavseh je vedno metan CH4) in

• plinasta goriva iz trdnih in kapljevitih goriv, pridobljena s postopkom:

– razplinjanja – koksni plin, suha destilacija, stabilizacija surove nafte,

– uplinjanja goriv – nepopolna oksidacija goriv, razpad kapljevitih goriv, upli-njanje kurilnih olj z veliko vsebnostjo zvepla, uplinjanje premogov, bencinov,. . .

Pri uplinjanju goriv dobimo predvsem: ogljikov monoksid in vodik. Nastopajo raznekombinacije kemijskih reakcij s prostim kisikom, vodno paro in ogljikovim monoksidom.

CO + H2O −→←− CO2 + H2

CH4 + 2 H2O −→←− CO2 + 4 H2

CH4 + H2O −→←− CO + 3 H2 − 205.1 kJ/mol

49

4.1 Osnovne karakteristike plinastih goriv

Osnovne karakteristike - znacilnosti plinastih goriv so:

• zgornja in spodnja kurilnost,

• gostota – relativno glede na zrak pri 1 bar in 15 ◦C,

• Wobbe-jevo stevilo,

• hitrost zgorevanja.

4.1.1 Wobbe-jevo stevilo

Wobbejevo stevilo izracunamo po formuli:

W =Hzgornja√

%plina

%zraka

, MJ/m3 , (4.1)

in karakterizira toplotno obremenitev. Ustrezno in konstantno Wobbejevo stevilo zago-tavlja pravilno delovanje gorilnika (pri konstantnem tlaku in doloceni gostoti plina) inenakomerni toplotni tok plamena.

Pline razvrscamo glede na Wobbejevo stevilo v tri skupine:

• mestni, W = 20.6–28 MJ/m3 in daljinski plin, W = 26.3÷ 33 MJ/m3,

• zemeljski plin,

• ukapljen plin.

Zemeljski plin se nadalje deli na tri skupine:– skupina A, W = 41.8–46.0 MJ/m3,– skupina B, W = 46.0–50.6 MJ/m3,– skupina C, W = 50.6–54.4 MJ/m3

Ukapljen plin se deli tudi v tri skupine:– propan, najmanj 95 vol. % ogljikovodikov s 3 atomi ogljika,– butan, najmanj 95 vol. % ogljikovodikov s 4 atomi ogljika,– mesani, vsebuje 40–60 % ogljikovodikov s 3 atomi ogljika.

4.1.2 Hitrost zgorevanja

Hitrost zgorevanja doloca, kako hitro se vzig in zgorevanje sirita v smeri plina in zrakamerjeno pravokotno na fronto plamena (najvecja hitrost zgorevanja nastopi, ko je razmer-nik zraka malenkostno manjsi od 1). Hitrost zgorevanja definira specificno intenzivnostplamena in zato lahko nek plin, ki ima veliko kurilnost da slab rezultat, ker prepocasizgoreva.Hitrost zgorevanja je pomembna predvsem pri hisnih napravah in ne vpliva na vecje stevilogornikov, ki se uporabljajo v industrijskih peceh in kotlih.

50

4.2 Sestava gorljivih plinov

Glavne sestavine gorljivih plinov so:– vodik,– ogljikov monoksid in– metan.

Razlicne sestave gorljivih plinov lahko prikazemo v trikotnem diagramu, slika 4.1.

Slika 4.1: Volumenska sestava gorljivih plinov in razmerje C : H.

Razmerje med ogljikom in vodikom, C : H, desni del slike 4.1, je vazno pri konvertiranjuv druge pline (zamenja se sestava plinov), npr. pri konvertiranju:

CH4 + H2O −→←− CO + 3 H2 − 205.1 kJ/mol

51

CH4 + CO2−→←− 2 CO + 2 H2 − 246.4 kJ/mol

Spodnje kurilnosti plinov, ki so prikazane na sliki 4.2, veljajo ob predpostavki, da v plinuni negorljivih primesi, kot so CO2, O2, N2 , . . .

Slika 4.2: Sestava plinov in spodnja kurilnost.

4.3 Zemeljski plin

Zemeljski plin je na izstopu iz vrtine zmes alkanskih ogljikovodikov z najvecjim delommetana CH4, ki ga je obicajno vec kot 90 vol.% in majsim delom visjih alkanov. Sestavaplina se razlikuje glede na crpalisce, glej tabelo 4.1 (in tudi glede na izcrpanost nahajalisca;absorbirani plini v kapljeviti fazi).

V zemeljskem plinu je do nekaj vol. % anorganskih primesi, obicajno so to: CO2, H2S inN2. Vcasih zemeljski plin vsebuje tudi zivosrebrne pare in vodik.

Glede na delez visjih ogljikovodikov se zemeljski plin deli na:– suhi zemeljski plin, ki vsebuje malo visjih ogljikovodikov in– vlazni zemeljski plin, ki vsebuje vec visjih ogljikovodikov.

Ce ima plin vec kot 3 vol.% CO2 in H2S je to kisli zemeljski plin.

4.3.1 Transport zemeljskega plina

Transport zemeljskega plina poteka po plinovodih, ki so lahko povrsinski, vkopani inpolozeni po morskem dnu. Za cezoceanski transport zemeljskega plina se uporabljajo

52

Tabela 4.1: Sestava zemeljskih plinov glede na crpalisce.

posebni tankerji za ukapljen zemeljski plin (ukapljen zemeljski plin ima pri tlaku okolicezelo nizko temperaturo, nizjo od −161.5 ◦C).

Glede na transportno oddaljenost plinovode delimo v tri kategorije:– tranzitne plinovode,– magistralne plinovode,– distribucijske plinovode.

Tranzitni plinovodi so namenjeji transportu velikih kolicin zemeljskega plina iz ene drzavev drugo preko vec drzav. Tlak plina je od 70 do 100 bar, plinovodi so jekleni, premera do1.5 m. Plinovodi so lahko dolgi tudi vec tisoc kilometrov.

53

Magistralni plinovodi potekajo znotraj drzave ali ozjega podrocja, tlak v plinovodu je nizjiod 70 bar, premer plinovoda manjsi od 1 m.

Distribucijski plinovodi so lokalnega znacaja in so razpeljani do koncnih uporabnikov.Glavni del distribucijske mreze je pod tlakom < 8 bar, do posameznih zgradb je dodatnaredukcija tlaka na 0.03 bar (300 mmH2O). Premeri distribucijskih plinovodov so med 50in 600 mm.

Slika 4.3: Mreza magistralnih plinovodov v Evropi.

V Slovenijo vstopa magistralni plinovod na dveh mestih: v Novi Gorici (alzirski plin) inSentilju (ruski plin).

Povprecna sestava zemeljskega plina, ki ga porabljamo v Sloveniji je v vol.%:– metan 97.6 %,– etan 0.85 %,

54

– propan 0.28 %,– butan 0.13 %,– dusik 0.91 %,– CO2 0.21 %,– ostalo 0.02 %,

– relativna gostota glede na zrak 0.55.

Glede na sestavo se ta zemeljski plin uvrsca med suhe metanske zemeljske pline.

Kot optimum obratovalnih stroskov, se za tranzitne plinovode izkaze obratovanje s tlakinizjimi od 70 bar (redko do 100 bar) in premer plinovodne cevi do 1500 mm. Pri visjihobratovalnih tlakih so linijski tlacni padci preveliki. Tlak v plinovodu ze po 100 do 150 kmpade na taksno raven, da transport ni vec ekonomicen. Zaradi tega so v plinovod vgrajenekompresorske postaje, ki tlak zemeljskega plina zvisajo na zacetno raven. Optimalnorazmerje med zacetnim in koncnim tlakom med dvema kompresorskima postajama je≈ 1.45, dejansko obratovalno razmerje se giblje med 1.33 in 1.60.

4.3.1.1 Pomozne naprave plinovodov

Pomozne naprave plinovodov so vse spremljajoce naprave na plinovodih, ki so potrebneza normalno in varno obratovanje plinovodov, med katere sodijo:

• kompresorske postaje za zvisevanje tlaka zemeljskega plina,

• avtomatski zaporni sistem, ki se samodejno aktivira ob prevelikem padcu tlaka vplinovodu (nenadni tlacni padec pomeni da je plinovod predrt, . . .),

• postaje za prepihavanje in razbremenjevanje plinovoda,

• odprtine za vstop vzdrzevalcev in cistilcev plinovoda,

• redukcijsko merilne postaje za obracunavanje porabe (glavne merilne postaje sovedno postavljene na drzavnih mejah).

4.3.1.2 Priprave zemeljskega plina za transport

Zemeljski plin je v leziscu v homogenem plinastem stanju in lahko preide v dvofaznostanje (plin + kapljevina) v podrocju nizjih tlakov in temperatur (npr. med transportompo plinovodu). Zaradi tega je priprava zemeljskega plina pred transportom odvisna odsestave zemeljskega plina.

Zemeljski plin se zbira z vseh vrtin crpalisca v centralni plinski postaji, kjer se precistiin pripravi za transport. Obicajni postopek priprave zajema odstranjevanje kapljevitefaze (vode in plinskega kondenzata), izlocanje visjih ogljikovodikov in susenje plina. Vprimeru, da zemeljski plin vsebuje se kisle komponente kot so CO2 in H2S je potrebnouporabiti se dodatne postopke, kot tudi za druge skodljive primesi, npr. zivo srebro.

Primerna vsebnost nezazeljenih snovi v ociscenem zemeljskem plinu je naslednja:

– ogljikov dioksid CO2 1–3 vol.%,– zveplovodik H2S < 3 ppm,

55

– ostale zveplove spojine 100–500 mg/m3,– zivo srebro Hg < 100 µg/m3,– rosisce vode −5 do −15 ◦C,– rosisce ogljikovodikov pod −2 ◦C.

Vsebnost vode v zemeljskem plinu je pomembna zaradi moznega nastanka hidratov. Hi-drati so nestabilne kristalne spojine vode z raznimi ogljikovodiki, ogljikovim dioksidom inzveplovodikom.

Slika 4.4: Pogoji za nastanek hidratov ogljikovodikov in kislih primesi v zemeljskem plinu.Hidrati so stabilni pod vrisanimi krivuljami.

Hidrati nastajajo pri relativno nizkih temperaturah in tlakih, glej sliko 4.4. Hidrati sotrdni in zaradi tega je njihovo kopicenje v cevovodih nezazeljeno, ker masijo cevovode (ceso temperature nizke se upori se dodatno povecajo, plinovod se lahko celo zamasi).

Vode je v zemeljskem plinu zlasti veliko, ce se plin crpa iz vodotlacnih lezisc. Zemeljskemuplinu zato ze na mestu crpanja dodajo inhibitorje (dietilen glikol, metanol) za znizanjetemperature nastanka hidratov. Zemeljski plin se nato transportira do zbirne postaje.

Priprava zemeljskega plina v centralni zbirni postaji:

1. Po dusenju plina se pri znizani temperaturi iz plina mehansko izloci nastali konden-zat vode in visjih ogljikovodikov v gravitacijskem ali ciklonskem separatorju.

56

2. Sledi izlocanje visjih ogljikovodikov. Moznih je vec nacinov:

• po znizanju temperature (z dusenjem ali ekspanzijo v turbini) visji ogljikovodikikondezirajo, nakar jih mehansko izlocijo,

• v primeru, da je visjih ogljikovodikov vec in jih je potrebno bolj natancno se-parirati kot npr. surovine za petrokemijsko industrijo (etan, propan, butan ingazolin {zmes ostalih ogljikovodikov do 10 ogljikovih atomov}), se izvede ab-sorbcija visjih ogljikovodikov v petroleju, cemur sledi frakcioniranje petroleja,

• mozen je tudi hladilni postopek, kjer zemeljski plin ohladijo (pod −161.5 ◦C)in ukapljijo, nakar posamezne frakcije locijo s postopno frakcijsko destilacijo(stopenjsko uparjanje).

3. Susenje plina, zeljena temperatura rosisca zemeljskega plina je okoli−15 ◦C. Obicajnose uporablja absorbcijsko susenje. Kot absorbcijsko sredstvo se uporablja trietilen-glikol, ki se regenerira s segrevanjem nad 200 ◦C.

4. Izlocanje CO2, H2S in Hg se izvaja podobno s postopki absorbcije, raztapljanjem vtopilih,. . .

57

Poglavje 5

Priprava goriv za zgorevanje

5.1 Trdna goriva

Pri zgorevanju premoga v sloju ni potrebno izvajati kaksnih posebnih priprav. Vcasih sepriporoca predhodno ciscenje jalovine in sortiranje po velikosti. Oba postopka obicajnoopravijo ze med postopkom separacije premoga v rudniku.

5.1.1 Zgorevanje premoga v prostoru

Zgorevanje premoga v prostoru zahteva vecjo aktivno povrsino premoga, zato se premog vkurisce dovaja v zmletem stanju kot premogov prah. Transportno sredstvo premogovegaprahu je segreti zrak, ki je istocasno tudi oksidant.

Premogov prah se vname, ko se zaradi sevalnega prenosa toplote iz plamena in dimnihplinov, segreje na dovolj visoko temperaturo. Cas vziga, oz. zakasnitev vziga in tempe-ratura vziga premogovega prahu (glej sliko 2.5 na strani 17) je odvisna od vrste premoga.Zadrzevanje premogovega prahu v kuriscu (podrocju dovolj visokih temperatur), morabiti vsaj tako dolgo, kot je zgorevalni cas osnovne mase premogovega prahu. Casi vziga inzgorevanja premogovega prahu v odvisnosti od raznih parametrov so prikazani na slikah5.1 in 5.2.

Za stabilno zgorevanje premogovega prahu v prostoru je potrebnih vsaj 700 ◦C v kuriscu.Cas vziga premogovega prahu je zelo kratek glede na cas zgorevanja.

5.1.1.1 Premogov prah

Premogov prah je zmes – kolektiv delcev premoga, velikosti delcev med 0 mm in nekonajvecjo vrednostjo dmax, mm. Zelo vazno je, da ima celotna kolicina prahu le majhendelez najvecjih premerov delcev dmax. Cas zgorevanja premogovega delcka je funkcijavelikosti delcka, slika 5.1. Iz tega sledi, da je za doloceno toplotno moc kotla potrebnadolocena velikost kurisca, ki je posredno funkcija velikosti premogovih delcev.

Cim finejsi je premogov prah, tem hitreje zgori in s tem je vecji tudi sprosceni toplotni tokv kuriscu. Ekonomsko in tehnicno ni upraviceno, da dolocimo velikost kurisca glede na caszgorevanja najvecjih delckov, ki jih je malo. Zaradi tega se velikost kurisca doloci glede

58

Slika 5.1: Levo: cas vziga premogovega prahu v odvisnosti od temperature okoliskegazraka in velikosti delcev. Desno: cas zgorevanja premogovega prahu v odvisnosti odrazmernika zraka in velikosti delcev.

na srednjo velikost delcev, pri cemer se uposteva, da se bo nezgorelo gorivo pojavljalo vnajvecjih delcih.

Pri mletju premoga nastaja premogov prah delcev razlicnih velikosti. Za popis velikostidelcev se uporablja porazdelitveni zakon slucajne spremenljivke di, od najmanjsih donajvecjih delcev.

Porazdelitev delcev se ugotavlja s sejanjem odsesanega premogovega prahu iz prahovo-dnega kanala. Vzorec obicajno sejemo 30 min na paketu standardiziranih sit po standarduDIN 4188.

Porazdelitev premogovega prahu (kot tudi raznih drugih zmletih snovi) se popise z Rosin– Rammlerjevo eksponentno porazdelitvijo.

Ostanek na situ R, izrazimo v % mase vzorca z:

R = 100 e−

(dd′

)n

, kjer je (5.1)

d− velikost sita v mm,d′− srednja (vrednost) velikost delcev v mm,n− faktor enakomernosti porazdelitve.

Srednjo vrednost porazdelitve dobimo, ce je d = d′ −→ R′ = 100 e−1n= 100 e−1 = 0.368

oziroma, ce izrazimo v procentih R′ = 36.8 %. Srednjo vrednost R′ se lahko odcita tudigraficno iz diagrama na sliki 5.3. Cim manjsi je d′, tem finejse je mletje.

59

Slika 5.2: Cas zgorevanja premogovega prahu v odvisnosti od razmernika zraka in velikostidelcev.

Faktor enakomernosti porazdelitve n, predstavlja graficno slika 5.3, tangens naklonskegakota vrisane porazdelitve, n = tg α.Cim manjsi je n, tem sirsi je spekter delcev, cim vecji je n, tem ozji je spekter delcev(npr. za n = ∞; α = 90 ◦ predstavlja celotni spekter samo ena velikost delcev).Iz Rosin – Rammlerjeve enacbe je mozno izpeljati formulo za izracun povrsine delcevpremoga:

A1

A2

=d′2d′1

, n = const.− za isti vzorec, (5.2)

kar pomeni, da je skupna povrsina premogovega prahu z enakim koeficientom enakomer-nosti n, obratno sorazmerna srednjemu karakteristicnemu premeru delcev d′.

Povrsina prahu v m2/kg po Kisskaltu in Matzu:

A0 =6.39 · 103 e

1.795n2

% · d′ , (5.3)

60

Sito, velikost premer prosta povrsinaodprtine zice sitaD, mm d, mm A0, %0.040 0.025 37.90.05 0.032 37.90.063 0.04 37.90.08 0.05 37.90.1 0.063 37.90.16 0.1 37.90.2 0.125 37.90.25 0.16 37.90.4 0.25 37.90.5 0.315 37.90.8 0.5 37.91.0 0.63 37.91.25 0.8 37.92 1 44.4

Tabela 5.1: Standardizirana sita za sejanje premogovega prahu po DIN 4188.

Slika 5.3: Porazdelitve premogovega prahu v splosnem Rosin – Rammlerjevem diagramu.Primerjava kvalitete mletja razlicnih premogov v istem ventilatorskem mlinu.

61

d′ − srednja vrednost porazdelitve delcev v µm,% − gostota premoga v kg/m3,n − faktor enakomernosti mletja.

Realna oblika premogovega prahu odstopa od oblike krogle. Zaradi tega je potrebno vizracunu celotne povrsine premogovega prahu upostevati korekcijski faktor oblike f , tabela5.2. Celotna povrsina premogovega prahu v m2/kgprahu je

Adej = A0 f . (5.4)

vrsta delca korekcijskifaktor f

delec premoga 1.75leteci pepel 2.28 (tak, ki se ni stalil)raztaljen pepel 1.22pesek 1.43

Tabela 5.2: Korekcijski faktor f .

Stopnja finosti mletja premoga je odvisna od vec faktorjev:

– vrste premoga (zelo vplivna),– vrste gorilnika,– vsebnosti volatilov,– presezka zraka,– temperature zgorevanja,. . .

Glede na izkustvene vrednosti je nastal diagram na sliki 5.4 s katerim je mozno dolocitiostanek R na sitih 0.2 in 0.090 mm. V diagramu so vrisana podrocja pravilnega (enako-mernega) zgorevanja.

5.1.2 Mletje premoga

Proces mletja snovi se uvrsca med kaoticne procese, ki se vedno niso teoreticno zadovoljivopopisani.

Vsak mlin ima svoj najvecji pretok Gmax, ki se lahko poveca ob grobem mletju.

Gmax = fR G0 (5.5)

G0 – normirana (osnovna) kolicina premoga, ki se zmelje v mlinu in na situ 0.09 mmostane 25 % ostanka v kg/s,

fR – faktor ostanka.

Razlicne vrste premoga imajo razlicne karakteristike mletja glede na strukturo in trdnost.Za dolocevanje meljivosti premoga sta najbolj razsirjena naslednja dva postopka:

1. postopek: temelji na primerjavi masnih tokov premogovega prahu, med raziskovanim,mraz in ze poznanim premogom, m0, na istem mlinu in enakim ostankom Ri na situ.

62

Slika 5.4: Zahtevana finost mletja glede na izvedbo kurisca.

mraz

m0

, Ri = const. (5.6)

2. postopek: meljivost raziskovanega premoga se doloci na testnem (umerjenem) kro-gelnem mlinu, kjer se melje 50 g premoga 3 minute pri 20 vrtljajih/minuto.

Kot enota meljivosti je definirana 1 ◦ Hardgrove.

1 ◦H = 6.4 D + 11 , (5.7)

D – masa preseva skozi sito 0.09 (od preizkusanega vzorca 50 g), v g.Premogi z majhnim in velikim delezem volatilov imajo nizko vrednost ◦H in so tezkomeljive. Bistven vpliv na meljivost ima delez in sestava mineralnih primesi.

Glede na Hardgrovejev indeks se faktor meljivosti fG definira kot razmerje masnih preto-kov premoga

fG =Gmax

G0

, Gmax = fG G0 . (5.8)

Kot osnovna vrednost za fG = 1 je upostevan premog, ki ima 50 ◦H.Ce ima nek mlin pri G0 faktor meljivosti fR = fG = 1, potem je pri Gmax

N0

Gmax

=N0

G0

1

fR fG

= a01

fR fG

(5.9)

63

Slika 5.5: Meljivost premogov po Hardgrove-ju.

Ce je ucinek mlina N0 pri pretoku G0, potem je specificna poraba dela pri najvecjemmasnem pretoku Gmax

amax =N0

Gmax

=N0

G0

1

fR fG

= a01

fR fG

, J/kg , (5.10)

a0 – specificna poraba dela pri pretoku G0,fR – faktor ostanka goriva na situ,fG – faktor meljivosti.Kot osnova za diagram na sliki 5.6 so upostevane izkustvene vrednosti finosti mletja zazgorevanje premogovega prahu (glej sliko 5.4 na strani 63).

5.1.3 Procesi v mlinih

Znacilni procesi, ki se dogajajo v mlinih so:

• segrevanje in susenje,

64

Slika 5.6: Specificna poraba energije za mletje premoga glede na vrsto mlina in sestavopremoga.

• mletje,

• separiranje premogovega prahu (ustvarjanje dolocene finosti mletja)

Zmlet premog ima veliko povrsino, zato se premogov prah v casu, ko je v mlinu, segreje inosusi. Potrebno tlacno razliko za pnevmatski transport premogovega prahu (od mlina dogorilnika in vpih v kurisce) je sposoben s svojim delovanjem ustvariti samo ventilatorskimlin.S susenjem premogov, ki vsebujejo veliko vlage (znacilno za premoge, ki se uporabljajov Slovenij), nastane veliko pare, ki ne sme kondezirati. Zaradi tega je temperatura vodvodnem prahovodnem kanalu (za separatorjem) od 180 do 200 ◦C. Temperatura ne smebiti visja, ker se premogov prah lahko vname.

Za enakomerno in kvalitetno zgorevanje rjavih premogov in lignitov z velikim delezemvolatilov zadostuje ze relativno grobo zmlet premog s 40–50 % ostanka na situ 0.09.

Potrebna masa premogovega prahu v m3 nosilnega plina je po izkusnjah naslednja:

– crni premogi (malo volatilov) 0.7 kg/m3,– crni premogi (srednje volatilov) 0.5 kg/m3,

65

Slika 5.7: Procesi v mlinih, spremembe pri procesu mletja in susenja.

– rjavi premogi (srednje volatilov) 0.4 kg/m3,– rjavi premogi in ligniti z veliko volatilov 0.2–0.4 kg/m3.

5.1.4 Vrste in izvedbe mlinov

5.1.4.1 Pocasno vrteci krogelni mlin

V bobnu, ki se vrti z 18–30 vrt/min, so krogle razlicnih premerov. Ce je vsebnost vlagev premogu vec kot 8–10 %, je potrebno predhodno susenje. Za mlinom je namescenseparator, s katerim nastavljamo finost mletja. Preveliki delci se vracajo nazaj v mlin naponovno drobljenje.

Karakteristike krogelnega mlina so:

– visoka pogonska zanesljivost,– mletje premoga na zalogo; potrebna so skladisca prahu,– primeren je premog z malo vlage in visoko kurilnostjo (crni in antracitni),– manj obcutljiv za abrazivne balastne materije kot so pirit FeS2 in kvarc SiO2,– primerni za zelo fino mletje premoga,– niso primerni za vlazne premoge.

66

Slika 5.8: Pocasno vrteci krogelni mlin.

5.1.4.2 Mlin z valji

Princip mletja premoga je podoben krogelnemu mlinu. Krogle ali valji se vrtijo zaradilastne teze – rotira spodnji kroznik, ki je gnan. Te izvedbe so primerne za crne premogein antracite. Tok zraka odnasa premogov prah iz mlina v separator.

Slika 5.9: Levo: mlin z valji. Desno: mlin z valji za velike masne pretoke premoga.

67

5.1.4.3 Specialne izvedbe mlinov

Za mletje vseh vrst rjavih premogov in lignita so primerni mlini z:

• udarnimi telesi (kladivarji), slika 5.10,

• udarnim (mlinskim) kolesom in

• udarnim ventilatorjem

Obodna hitrost kladiv oz. mlinskega kolesa se giblje med 50 in 90 m/s in imajo med 400in 1500 vrt/min. To so hitro tekoci mlini.

Znacilnost ventilatorskega mlina je, da segret zrak (oziroma mesanica zraka in recirkuli-ranih plinov iz kurisca) vstopa tangencialno v mlin. Nastali premogov prah potuje prekoseparatorjev h gorilnikom. Tezji delci premoga padejo nazaj v mlin.

Kombinirana izvedba kladivarsko ventilatorskega mlina ima najprej namescenih nekaj vrstkladiv v spirali in nato se ventilatorski del.

Ventilatorski mlin je edini, ki s svojim delovanjem ustvari dovolj veliko tlacno razliko(primerno hitrost zmesi) za pnevmatski transport in nato se vpih premogovega prahuv kurisce. Ostale izvedbe mlinov potrebujejo zunanji ventilator za ustvarjanje potrebnetlacne razlike za pnevmatski transport premogovega prahu.Nekatere izvede mlinov dopuscajo zvezno spreminjanje vrtljajev za smotrnejso nastavi-tev obratovalnih parametrov (glede na masni pretok premoga, zahtevano temperaturo zaseparatorjem, . . .). Za nastavljanje parametrov mletja ima vsak mlin vgrajenih veliko re-gulacijskih loput, s katerimi se na primer nastavljajo razmerja med hladnim zrakom, recir-kuliranimi kuriscnimi plini, primarnim zrakom, recirkuliranimi hladnimi dimnimi plini, . . .

Slika 5.10: Mlin kladivar – Kramer-jev mlin.

68

Slika 5.11: Kombinirani kladivarsko ventilatorski mlin. 1 – dovod premoga, 2 – udarnakladiva, 3 – udarni ventilator, 4 – ohisje mlina, 5 – odvod premogovega prahu, 6 – nasta-vljive lopute gravitacijskega separatorja.

5.1.5 Vpihavanje premogovega prahu

Na sliki 5.12 je prikazan razvod premogovega prahu in zraka za velik termoelektrarniskikotel s 6 mlini. Celoten sistem vsebuje veliko stevilo regulacijskih loput, za zrak in zagorivno mesanico premogovega prahu.

Glede na mesto vpihavanja se zgorevalni zrak imenuje (za mesto vpiha glej sliko 5.12):– primarni zrak – vpih v vroce recirkulirane pline za mlin (susenje premoga), tocka A,– sekundarni zrak– vpih v gorilnikih, (spodnji, srednji in zgornji zrak), tocka B,– terciarni zrak – dogorevalni zrak se vpihuje visje v kuriscu, tocka C,– zrak za resetko – dogorevanje vecjih premogovih delcev, ki so padli na resetko, tocka D.

Primer enostavnega gorilnika za premogov prah prikazuje slika 5.13. Gorilnik ima trisobe za sekundarni zrak in dve sobi za premogov prah. Sobam se obicajno da spreminjatinaklon in s tem vplivati na razporeditev plamena v kuriscu. Hitrost vpihavanja zraka segiblje med 30 in 50 m/s in premogovega prahu med 20 in 30 m/s.

Gorilniki morajo izpolniti nekaj osnovnih zahtev:– omogociti dobro mesanje goriva in zraka,– omogociti regulacijo kolicine zgorevalnega zraka pri vseh razmernikih zraka, kar je vcasih

problematicno pri nizkih obremenitvah zaradi hlajenja mlinov,– zagotoviti stabilen plamen,– da s plamenom cim bolj napolnijo kurisce, npr. ustvarijo plamen v vrtincu, pomembna

je razmestitev gorilnikov, glej sliko 5.15.

69

Slika 5.12: Razvod premogovega prahu in zraka za termoelektrarniski parni kotel z masnimpretokom sveze pare 1000 t/h.

70

Slika 5.13: Enostavna (starejsa) izvedba gorilnika za premogov prah.

Slika 5.14: Sodobna izvedba Low-NOx gorilnika za premogov prah.

71

Slika 5.15: Razmestitev gorilnikov za premogov prah pri velikem termoelektrarniskemkotlu.

72

5.2 Kapljevita goriva

Za dolocitev velikosti kurisca kapljevitih goriv sta najvaznejsi:

– kurilna vrednost olja Hi in– viskoznost olja, ki je zelo pomembna za transport in razprsevanje olja (vsako olje ima

svoj pas viskoznosti, slika 5.16).

Slika 5.16: Kinematicna viskoznost kurilnih olj v odvisnosti od temperature (voda imaviskoznost 1 ◦E (Englerju) pri 20 ◦C)

5.2.1 Razprsevanje kapljevitih goriv

Za normalno in pravilno zgorevanje je potrebno kurilno olje

• dobro razprsiti in

• upariti.

Temu sledi vzig in zgorevanje. Cas zadrzevanja olja v kuriscu mora biti daljsi ali kvecjemuenak casu zgorevanja.

Razprsevanje olja je pretvorba oljnega curka v oljne kapljice. Finost razprsevanja jeodvisna od stevilnih faktorjev:

73

• nacina razprsevanja – tlacno, s paro, zrakom visokega ali nizkega tlaka, centrifugalnosilo,

• konstrukcijo razprsevalne sobe,

• viskoznosti goriva,

• povrsinske napetosti goriva, slika 5.17.

Slika 5.17: Odvisnost povrsinske napetosti kurilnih olj v odvisnosti od temperature.

Cas zgorevanja oljnih kapljic lahko prikazemo v nomogramu, slika 5.18, glede na delezkisika in zacetno velikost oljne kapljice. Za bolj intenzivno zgorevanje je potrebna manjsakapljica, kar pomeni finejse razprsevanje. Kjub temu mora kolektiv kapljic vsebovatikapljice raznih velikosti, tako drobne, kot velike.

Uparjanje mesanice mora biti enakomerno brez pulzacije tako, da najprej zgorijo drobnekapljice, nato se velike. Uparjanje je endotermni proces, ki hladi plamen. Uparjalnatoplota olja je ≈ 10× manjsa od vode, slika 5.19. Ce olje nima primerne temperature(ce je prehladno), ima veliko viskoznost in zato pri razprsevanju nastanejo velike oljnekapljice.

Razprsevanje olja temelji na treh osnovnih principih.

1. Brizganje olja skozi sobo zaradi tlacne razlike pred in za sobo. Nastopi relativnogibanje med oljnimi kapljicami (v curku) in relativno gibanje curka glede na zrak, scemer curek razpade na posamezne kapljice.

74

Slika 5.18: Nomogram za dolocevanje casa zgorevanja oljnih kapljic.

2. S pomocjo komprimiranega medija, zraka ali pare, kot dodatnega sredstva.Razprsevanje je posledica razlicnih hitrosti strujanja olja in medija za razprsevanje.

3. S centrifugalno silo (rotacijski gorilniki), s katero dosezemo turbulentno strujanjeolja.

Pri razprsevanju moramo premagati:

– medmolekularne sile (kohezijske sile),– viskoznost olja, sile trenja pri medsebojnem relativnem gibanju.

Za premagovanje omenjenih sil se porablja delo (energija). Po Laplace-ovi teoriji se zzmanjsanjem kapljice poveca povrsinska napetost, kar pomeni, da je za vsako nadaljnjezmanjsanje kapljice potrebno nesorazmerno vec dovedenega dela. Poenostavljena Lapla-cejeva relacija je

p1 = 2σ

r, (5.11)

p1 – notranji tlak v kapljici olja, ki je posledica kohezijskih sil, oz. povrsinske napetostiv Pa,

σ – povrsinska napetost olja v N/mm,r – polmer oljne kapljice v m.

Povrsinski (in tudi notranji) tlak oljne kapljice se po Laplaceu povecuje z vecanjempovrsinske napetosti in zmanjsevanjem polmera kapljice.

75

Slika 5.19: Uparjalna toplota olja glede na gostoto in temperaturo olja.

Ko je zunanji tlak p2 na kapljico vecji od povrsinskega (notranjega) tlaka p1, se gorivorazprsi (razpade na drobnejse kapljice). Velikost zunanjega tlaka p2 je odvisna od siletrenja, P v N, ki nastane zaradi relativnega gibanja olja in zraka ali pare (medija, kiobkroza kapljico)

p2 =P

f=

f%w2 ψ

2 f=

%w2 ψ

2, (5.12)

P – sila trenja, ki deluje na kapljico olja v N,% – gostota medija, ki obkroza kapljico v kg/m3,f – celna povrsina kapljice v m2,ψ – koeficient upora – eksperimentalno dolocen,w – relativna hitrost med kapljico in plinom v m/s.

Kapljica olja je najvecja rmax na zacetku razprsevanja. Postavimo ravnotezje p1 = p2,

2 σ

rmax

=1

2ψ% w2 rmax =

4 σ

ψ % w2, v m (5.13)

Ce v formulo 5.13 vstavimo konkretne vrednosti, dobimo enostavno formulo za izracunvelikosti kapljice. Vstavimo σ = 0.28 N/m, ψ = 3.92, % ≈ 1 kg/m3 in dobimo:

76

rmax =4 σ

ψ % w2=

4 · 0.28 · 10−3

3.92 · %w2=

2.857 · 10−4

%w2, v m. (5.14)

Ce nadalje upostevamo samo tlacno razprsevanje, hitrost iztekanja w v m/s zaradi tlacnerazlike, ∆p v Pa, izrazimo z Bernoullijevo enacbo,

w = ϕ

√2

∆p

%olja

, (5.15)

ϕ = 0.6 – faktor kontrakcije, eksperimentalno dolocen,%olja ≈ 960 kg/m3,

rmax ≈ 2.857 · 10−4

%w2=

2.857 · 10−4 · %olja

1 · ϕ2 · 2 ·∆p=

2.857 · 10−4 · 960

1 · 0.62 · 2 ·∆p=

0.38095

∆pv m. (5.16)

S formulo 5.16 dolocimo velikost oljnih kapljic tudi v primeru centrifugalnega razprsevanjapri cemer je potrebno upostevati korekcijo.

Empiricna enacba za dolocevanje velikosti kapljic v mm za tlacno razprsevanje je:

dmax =1.85 σ0.22 d0.56

s ν0.22 %0.11

∆p0.33(5.17)

σ – povrsinska napetost v N/cm,ds – premer sobe v mm,ν – kinematicna viskoznost v m2/s ,% – gostota olja v kg/m3,∆p – tlacna razlika olja pred in za sobo v N/cm2.

Podobno se lahko izpeljejo tudi formule pri razprsevanju olja z zrakom ali vodno paro.Razprsevalni medij izentropno ekspandira, ker ne opravlja mehanskega dela, se notra-nja energija porabi za pospesevanje toka, . . . Prikazana izvajanja so zelo poenostavljena.Dejanski proces je zelo kompliciran in nanj vpliva mnogo razlicnih parametrov, ki jihje matematicno zelo tezko popisati. Poleg tega so konstrukcije razprsevalnih sob zeloraznolike.Diagrami na sliki 5.20 prikazujejo maksimalno velikost oljnih kapljic, ki nastajajo priraznih vrstah razprsevanja. Iz predstavljenih diagramov je ocitno, da je razprsevanje oljadobro pri razprsevanju s paro in visokotlacnim zrakom, tlacno razprsevanje olja pa jeprecej slabse.

Diagrami ne upostevajo niza negativnih okoliscin, ki nastopajo pri razprsevanju olja sparo ali zrakom:– pri komprimiranem zraku se pojavi hlajenje plamena zaradi adiabatne ekspanzije zraka,– pri pari se lahko pojavlja kondenzacija, ce je para nasicena; potreben zunanji vir pare

za zagon ali dodaten gorilnik na lazje olje, vecajo se izgube s toploto dimnih plinov(obicajno se uparjalna toplota pare v dimnih plinih odvede v okolico).

77

Slika 5.20: Vpliv razprsevalnega medija na velikost oljnih kapljic.

5.2.1.1 Porazdelitev kapljic

Za oljne kapljice lahko prav tako uporabimo splosno Rosin Rammlerjevo porazdelitev kotza premogov prah.

R = 100 e−

(dd′

)n

, kjer je (5.18)

R – navidezni ostanek na situ d v % mase vzorca,d – velikost sita v mm,d′ – srednji premer kapljic v mm,n – faktor enakomernosti porazdelitve.Zmes razprsenih oljnih kapljic in zraka tvori oljno meglo. Za osnovni opis oljne meglezadosca poznavanje srednjega premera oljnih kapljic d′ in faktor enakomernosti porazdeli-tve n. Za primer tlacnega razprsevanja olja se osnovna parametra gibljeta med n = 2–3.5in d′ = 34–600 µm.

Naslednja bistvena karakteristika razprsevanja olja je pojem srednjega povrsinskega pre-mera SMD (Surface Mean Diameter), ki je razmerje med skupno povrsino oljnih kapljicin stevilom kapljic v doloceni prostornini.

Poleg nastetih osnovnih karakteristik razprsevanja veljajo se naslednje osnovne relacije.

• Pri razprsitvi oljne kapljice na 1/10 zacetnega premera, nastane 103 kapljic, ki imajosamo 1/1000 zacetne prostornine.

• Razmere v kuriscu z obicajnim razprsevanjem so naslednje:

78

Slika 5.21: Porazdelitev velikosti oljnih kapljic v odvisnosti od vrste razprsevanja.

– oljne kaplice so velikosti od 50–300 µm,

– stevilo oljnih kapljic v prostoru se giblje med 106–107 kapljic/cm3.

• Pri enakomerni porazdelitvi 106 kapljic s premerom d = 100 µm je volumenski delezv zraku ≈ 0.05 %. Pri razmerniku zraka λ = 1.1 potrebuje olje ≈ 16.5 l zraka pri500 ◦C, da zgori 0.525 cm3 olja. Pri teh pogojih je razmak med kapljicami 2.5 mm,kar pomeni ≈ 25 premerov kapljic olja.

5.2.1.2 Gorilniki s tlacnim razprsevanjem

Gorilnik s tlacnim razprsevanjem so tisti, v katerih se olje razprsuje z lastnim tlakom vtlacnih gorilnikih (mehanski gorilniki). Tlak olja pred sobo se giblje med 6–40 bar (60bar), masni tok goriva je med 500–3000 kg/h.

Osnovni princip delovanja je tangencialni vstop v vrtincno komoro, kjer olje dobi rotacijskogibanje, ter se pospesi na vecjo hitrost. Tlacna razlika se pretvori v hitrost in nastanemegla oljnih kapljic v obliki votlega stozca. Velikost oljnih kapljic je odvisna od mnogaraznih parametrov kot so npr.: geometrija sobe, viskoznost olja, gostota, tlak, temperaturaolja, · Zelo pomembna je geometrija sobe, ker sta od nje odvisni obodna in aksialna hitrostolja.V vrtincni komori dobi olje obodno hitrost u. Po zakonu o ohranitvi vrtilne kolicineu r = const. bi morala biti obodna hitrost v osi sobe pri r = 0 neskoncno velika. Ker to nimogoce, se na sredini sobe formira zracno jedro. Premer votlega jedra je funkcija razmerjamed aksialno in obodno hitrostjo. To razmerje istocasno doloca tudi kot razprsevanja α.

79

Slika 5.22: Soba za razprsevanje olja z lastnim tlakom – tlacno (mehansko) razprsevanje.

Slika 5.23: Zracno jedro v sobi.

tg α =u

w= ϕ (5.19)

Obodno hitrost lahko korigiramo zaradi nastalega zracnega jedra z

w′ =w

1− b, b =

Azr. jedra

Asobe

. (5.20)

Hitrosti u in w lahko torej izrazimo s formulami

w =V

π R2, u =

V e

AR, (5.21)

w – aksialna hitrost v m/s,u – obodna hitrost v m/s,w′ – aksialna hitrost v m/s z upostevanjem zracnega jedra, w′ > w,V – volumenski pretok olja v m3/s,A – skupna povrsina tangencialnega kanala sobe v m2, glej sliko 5.23,e – ekscentricnost v m,R – polmer sobe v m.

80

Karakteristiko sobe ϕ izrazimo z

ϕ =u

w=

e π R

A, (5.22)

kar predstavlja kot razprsevanja idealne kapljevine. Produkt ϕ(1 − b) = tg α narascaz narascanjem razmerja ϕ. Empiricna formula za maksimalno velikost oljne kapljice jepodana v izrazu (5.17) na strani 77.

Pretocna kolicina olja skozi sobo v m3/s, je funkcija tlacne razlike in karakteristike sobe:

∆p = a V n ; V =n

√∆p

a, (5.23)

∆p – tlacna razlika v Pa,a, n – konstante odvisne od oblike sobe.

Ce izrazimo hitrost z Bernoullijevo enacbo

∆p =w2

2% , oziroma w =

√2

%∆p (5.24)

in ker velja zakon o ohranitvi energije, lahko nadalje zapisemo

∆p%2(w2 + u2)

=∆p

%2w2 (1 + ϕ2)

(5.25)

iz cesar je razvidno, da se razmerje v (5.25) (energija) zmajsuje z narascanjem ϕ in sepovecuje s premerom sobe D = 2 R, ker se v tem slucaju zmanjsuje aksialna hitrost w zkvadratom polmera sobe R.

Dejansko razmerje ϕ je omejeno, ker s tem faktorjem narascata tudi konstanti a in n ins tem tudi tlacni padec ∆p. Razmerje ϕ je maksimalno lahko ≈ 2, dejanske vrednostise gibljejo od 1–1.8. S spreminjanjem geometrije sobe lahko vplivamo na karakteristikorazprsevanja olja.Na sliki 5.24 je prikazan vpliv tlaka olja in razmerja premerov sobe ψ = D1/D na kotrazprsevanja olja. Pri nizjih vrednostih ψ in pri p = rmconst. so koti razprsevanja vecji.Ce se spremeni tlak p, se kot razprsevanja manj spremeni pri manjsih vrednostih ψ.

Masni tok olja skozi sobo se regulira s spremembo tlaka pred sobo, ∆p = a V n. Glede naizkustvene vrednosti, se za n uporabljajo vrednosti:

D ≤ 2 mm ; n > 2 , (5.26)

D ≥ 3 mm ; n < 2 . (5.27)

Dejansko je obmocje regulacije pretoka goriva pri enostavnem tlacnem razprsevanju re-lativno majhno in omejeno na razmerje od 1:1.5 do 1:1.75. Pri zmanjsanem pretokugoriva se zmanjsata tudi hitrosti u in w in razprsevanje postane nekvalitetno (nastajajoprevelike oljne kapljice). Zaradi tega se enostavni tlacni gorilniki uporabljajo tam, kjer nivelikih sprememb v volumenskem toku goriva (koracna regulacija, vklop – izklop)

81

Slika 5.24: Odvisnost kota razprsevanja od tlaka olja in geometrije sobe.

Slika 5.25: Primer karakteristik razprsevalnih sob.

V izogib tej pomanjkljivosti kolicinske regulacije so izumili gorilnik s povratkom odvecnekolicine olja. Dotok olja v vrtincno komoro je konstanten tako, da je vrtincenje inrazprsevanje enakomerno. Kolicina oja, ki se razprsi v kurisce, se regulira s kolicino

82

odvoda (tlakom odvoda) olja nazaj v dnevni rezervoar ali recirkulacijo.

Regulacija moci je vecja in doseze razmerje 1:6.

Slika 5.26: Shema Balcke-jevega tlacnega razprsevanja z regulacijo tlaka olja v povratnemvodu.

5.2.1.3 Razprsevanje olja z zrakom

Glede na tlak zraka delimo razprsevanje z zrakom na: nizko, srednje in visokotlacnozracno razprsevanje. Razprsevanje temelji na relativnem strujanju dveh razlicnih medijevin njihovem medsebojnem vplivanju. Olje se dovaja v sredino (notranja cev), zrak pa vkrozni kolobarjasti presek (zunanja cev) pri cemer ima zrak znatno visjo hitrost strujanja.Veliko hitrejsi zracni curek razprsi (“raztrga”) oljni curek na kapljice raznih premerov.

Regulacija moci doseze razmerje 1:6, velikost kapljic je od 60–100 µm.Bolj kot razmerje velikosti oljne in zracne sobe ali kolicine medijev, je vazna hitrost zraka.Iz diagrama na sliki 5.27 je razviden vpliv hitrosti zraka in kolicine razprsenega oljana srednji premer oljnih kapljic, pri razlicnih molja in enakih hitrostih zraka nastanejoporazdelitve z razlicnimi srednjimi premeri oljnih kapljic.

relativna kolicina zraka poraba medija za masni tokrazprsevalni medij tlak v bar za razprsevanje glede razprsevanje v goriva

na zrak za zgorevanje kg/kg goriva v kg/hnizkotlacni zrak 0.02–0.08 0.3–1 4–14 do 100srednjetlacni zrak 0.2–0.7 0.03–0.06 0.4–0.8 do 300visokotlacni zrak 1–4 0.01–0.03 0.14–0.4 50–5000vodna para 2–10 – 0.2–0.6 50–5000

Tabela 5.3: Znacilni parametri razprsevanja z zrakom ali vodno paro.

83

Slika 5.27: Levo: razprsevanje olja z nizkotlacnim zrakom. Desno: Vpliv hitrosti zrakana velikost oljnih kapljic.

5.2.1.4 Razprsevanje olja z vodno paro

Za razprsevanje olja se uporablja para tlaka od 2–10 bar. Razlikujemo dva nacina mesanjaolja in vodne pare:

• notranje mesanje – temelji na injektorskem delovanju parnega curka in vrtincenju.

• zunanje mesanje – parni curek je pravokoten na smer strujanja olja.

Regulacija moci gorilnikov je 1:8.

Slika 5.28: Gorilnik s parnim razprsevanjem in dve izvedbi razprsevalnih sob (zunanjemesanje).

5.2.1.5 Razprsevanje olja s centrifugalno silo

Centrifugalna sila povzroci turbulentno gibanje kapljic in zraka. Olje se razprsi zaradirazlicnih hitrosti kapljic olja v filmskem sloju in okoliskega zraka.

84

Olje se dovaja v konicno skodelico, ki se vrti s 3000 do 10000 vrt/min. Najobicajnesavrtilna hitrost skodelice je med 5000 in 6000 vrt/min. Olje se dovaja v skodelico v osirotacije, nakar olje dobi rotacijsko gibanje (priblizno enako rotaciji skodelice) in aksialnogibanje v smeri proti kuriscu.

Bistvena prednost rotacijskega gorilnika je, da je to razprsevanje uporabno tudi za manjkvalitetna goriva (z raznimi trdnimi necistocami – tujki), ker so dovodni kanali za gorivodovolj veliki in se tezje zamasijo.

Regulacija moci je 1:8.

Slika 5.29: Rotacijski gorilnik. 1 – skodelica, 2 – dovod goriva, 3 – elektromotor, 4 –ventilator primarnega zraka, 5 – regulacijska loputa primarnega zraka.

5.2.2 Mesanje razprsenega goriva z zgorevalnim zrakom

Pri gibanju oljnih kapljic v zracnem toku upostevamo naslednje sile:

– silo impulza, ki jo ustvarja gorilnik,– sile trenja med oljnimi kapljicami in zrakom (kasneje dimni plini),– silo gravitacije.

Podatki in rezultati raziskav strujanja so prikazani na naslednji sliki 5.30.Gorilnik mora zagotoviti:

• razprsevanje goriva,

• optimalen dovod zraka z majhnim (zadostnim) presezkom zraka,

• dobro mesanje oljnih kapljic in zraka.

85

Slika 5.30: Karakteristicne spremembe oljnih kapljic pri procesu zgorevanja.

Osnovni elementi gorilnika so (primer gorilnika na sliki 5.32):

– grlo gorilnika (“plamenska glava” na vstopu v kurisce),– ohisje gorilnika,– registri (lopute) za regulacijo kolicine zraka,– usmerjevalnik zraka (stabilizator plamena), slika 5.31,– dovod goriva,– elektronika in mehanizmi za regulacijo in sekvencno avtomatiko.

Usmerjevalnik je namenjen stabilizaciji plamena. To je plocevinast stozcast kroznik zzarezami, ki zavrtinci zrak (slika 5.31). Ce bi bil tok primarnega zraka raven, bi le-talahko odpihnil in ugasnil palmen. Za usmerjevalnikom je podtlak, ki povzroci povratnostrujanje zraka, s katerim se stabilizira cona korena plamena. Velikost in karakteristikestabilizatorja so eksperimentalno dolocene.

5.2.3 Regulacija moci gorilnika

Ze v predhodnih poglavjih, v katerih je bilo obravnavano razprsevanje goriva, so bile naka-zane moznosti za regulacijo toplotne moci gorilnikov, npr. s tlakom olja pred razprsevalnosobo, kar je primerno za enostopenjske gorilnike oz. gorilnike s fiksnimi stopnjami.

Toplotno moc plamena nastavimo glede na potrebe po toploti. Ker se s kolicino gorivaspreminja tudi kolicina zraka, dobimo tudi vpliv karakteristike ventilatorja podpiha nadelovanje kurilne naprave. Ventilator podpiha ustvari v kuriscu dolocen tlak, ki mora bitiprirejen izvedbi kurilne naprave. Vecja ko je toplotna moc, vec je dimnih plinov in vecji sotlacni upori na strani dimnih plinov skozi kurilno napravo. Zaradi tega so karakteristikeventilatorjev podpiha podane tako, da pri doloceni toplotni moci, odcitamo tudi tlak, kiga je sposoben ustvariti gorilnik oz. ventilator podpiha (sliki 5.33 in 5.34). Za zahtevanotoplotno moc gorilnika, je potrebno seveda izbrati sobo primerne velikosti (npr. za primertlacnega razprsevanja po sliki 5.25).

86

Slika 5.31: Strujanje in tlak zraka za usmerjevalnikom – stabilizatorjem plamena.

Slika 5.32: Visokotlacni oljni gorilnik s tlacnim razprsevanjem goriva.

Obicajno je v celotnem volumnu kotla podtlak, da dimni plini ne uhajajo v kurilnico.V primeru manjsih kotlov in tesnih izvedb kotlov je dolocen manjsi volumen, lahko tudipod malenkostnim nadtlakom (podrocje takoj za gorilnikom, plamenica). Na koncu kotla(dimniski prikljucek) je obicajno vedno podtlak (izjema so specialne dimotesne izvedbe).

87

Slika 5.33: Karakteristike gorilnikov “Monarch L” za kapljevita goriva v podrocju delovnihnadtlakov od 0 do 6 mbar.

Slika 5.34: Primer karakteristik plinskih gorilnikov.

88

Slika 5.35: Principi regulacije toplotne moci gorilnikov.

Toplotno moc gorilnika lahko spreminjamo na vec nacinov. Slika 5.35 prikazuje tri najboljrazsirjene principe regulacije toplotne moci gorilnikov.

5.2.4 Sistemi predgrevanja olj

Poleg viskoznosti ima na pretocnost olja velik vpliv tudi temperatura strjevanja olja, kije odvisna od sestave in predelave nafte:

• parafinska osnova – visja temperatura strjevanja,• naftenska osnova – nizja temperatura strjevanja.

Cisti parafin se po pravilu veze na tezje frakcije.

Temperatura strjevanja je v praksi odvisna od toplotnega tretmana olja in od temperature,na katero olje predhodno segrejemo. Tezja olja lahko zgubijo sposobnost tecenja na visjihali nizjih temperaturah. Tako lahko v bistvu dolocimo dve temperaturi strjevanja:

– visja (max.), mazut se segreje samo do 30–60 ◦C,– nizja (min.), mazut se segreje od 80–100 ◦C.

Ce mazut segrevamo se na visjo temperaturo, se temperatura strjevanja ne zvisuje vec.Nizja temperatura strjevanja dolgotrajno ni stabilna, ker olje scasoma vseeno kristalizira.Ce se olje hitro ohlaja, dobimo visjo temperaturo strjevanja, kot pri pocasnem ohlajevanju.

89

Razlika med temperaturami strjevanja olja nastane zato, ker pri segretju olja na 80–100 ◦C “raztopimo” vse trdne ogljikovodike (obicajno parafinske osnove), ki pri ohlajanjuolja delujejo kot kristalizacijska jedra. Ce teh kristalizacijskih jeder ni, dobimo nizjotemperaturo strjevanja.

Problem strjevanja olj resujemo s segrevanjem ali aditivi – depresanti, ki znizujejo tem-peraturo strjevanja (npr. tudi pri EL kurilnem olju in diesel gorivu za osebne avtomobilepri nizkih zunanjih temperaturah).

S segrevanjem olja se znizuje viskoznost in povrsinska napetost olja. Visja ko je tempera-tura predgretja olja, bolj fino je razprsevanje. Drobnejse kapljice imajo manjso penetracijov kurisce (ker se hitreje uparijo) in zaradi tega je potrebno pri temperaturi predgretja olja(pred razprsevanjem) najti kompromis.

5.2.4.1 Predgrevalne naprave

Tezja olja je potrebno pred precrpavanjem segreti (za viskoznostno mejo crpanja olj glejsliko 5.16 na strani 73). Obstaja vec razlicnih predgrevalnih sistemov:

– parno segrevanje (vrocevodno segrevanje),– elektricno segrevanje.

Pri zagonu postrojenja s parnim predgrevanjem olja je potrebno zagotoviti predgrevalnoparo z nekim drugim zunanjim virom. Faza zagona lahko poteka tudi z elektricnim pred-grevanjem ali z uporabo lahkega oz. ekstra lahkega kurilnega olja (ne zahteva predgreva-nja).

Slika 5.36: Parno predgrevanje tezjih olj – mazuta.

90

Znacilnost predgrevalne naprave je, da z njo predgrevamo samo manjsi lokalni del re-zervoarja. Predgreva se tisti del, ki obkroza grelno kaco in je v blizini sesalne odvodnecevi goriva. V primeru, da bi se predgreval celotni rezervoar, bi se lahko olje scasomadelno razgradilo in na dnu rezervoarja bi se formiral mulj (nastale bi tudi velike toplotneizgube).

Sliki 5.36 in 5.37 prikazujeta dva primera parnega predgrevanja olj. Vecji sistemi imajopoleg sezonskega rezervoarja se dnevni rezervoar, slika 5.37.

5.2.5 Skladiscenje kapljevitih goriv

Ena od bistvenih prednosti kapljevitih goriv je njihovo dokaj enostavno dolgorocno skladiscenje,brez spremembe lastnosti.

Pri skladiscenju kurilnih olj je potrebno upostevati predpise o skladiscenju. Problematicnaso predvsem lahka olja in bencini, ker v primeru izlitja pronicajo v tla in ogrozijo podtal-nico. Mazut in tezja olja se po izlitju preprosto strdijo in ne penetrirajo v zemljo.

5.2.5.1 Rezervoarji za olje z dvojno steno

Za rezervoarje kurilnih olj z dvojno steno je znacilno, da je v vmesnem prostoru kontrolnakapljevina ali prazen prostor, v katerem zaznamo prisotnost goriva.Rezervoarji so obcajno iz jeklene plocevine, cedalje vec pa je tudi plasticnih, ki so obstojnina korozivne medije (atmosferilije) in ne potrebujejo katodne zascite v primeru vkopanostiv zemljo.

5.2.5.2 Velikost rezervoarjev

Velikost rezervoarjev je odvisna od:

– zanesljivosti dobave dolocene kvalitete in kolicine olja,– velikosti cistern, ki dovazajo gorivo,– pricakovane porabe v 24 urah,– popusta pri kolicinski nabavi,– razpolozljivega prostora, namenjenega rezervoarju.

Pri podzemnih rezervoarjih je potrebno dodatno se upostevati:

– silo vzgona, ce je teren zalit z vodo,– izvedbo masivne temeljne betonske plosce, ki je istocasno utez,– razvoj podzemnih rezervoarjev gre v to smer, da se zgradi velika betonska jama in

ostalo izvede kot v primeru nadzemnega rezervoarja – okrog rezervoarja dovolj prostoraza preglede in vzdrzevanje,

– izcrpavanje (meteorne) vode, ki je nasla pot v jamo,– nadzemni rezervoarji morajo imeti lovilni bazen za olje v primeru izpusta.

Vsi rezervoarji so nekoliko nagnjeni, da je omogoceno zbiranje vode in usedlin na dolocenemdelu rezervoarja, kjer se jih lazje odstrani – izcrpa.

91

Slika 5.37: Sistem parnega (vrocevodnega) predgrevanja tezjih olj (mazuta) z dnevnimrezervoarjem.

5.2.5.3 Oljni cevovodi in razvodi

Znacilnosti in posebnosti oljne napeljave so:

• primerna sesalna visina oljnih crpalk,

92

Slika 5.38: Tipicni nadzemni rezervoar za kurilno olje. V primeru skladiscenja lazjih oljje pod rezervoarjem se lovilni bazen.

Slika 5.39: Baterijski nadzemni rezervoar za olje.

• tezja olja je potrebno pred precrpavanjem segreti; ce so cevovodi ogrevani, naj bodocim krajsi,

• pri tezjih oljih je mozna vecja abrazija oljnih crpalk zaradi raznih primesi v olju,

• cirkulacija olja:

– vzdrzuje oljno napeljavo prehodno,

– mesa olje v rezervoarju in s tem zagotavlja enakomerno sestavo,

– omogoca enakomeren tlak olja pred gorilnikom,

93

Slika 5.40: Zaznavalo puscanja rezervoarja. 1 – nivojsko stikalo, 2 – ohisje, 3 – osnovnaplosca, 4 – alarmna naprava, 5 – elektricno napajanje, 6 – impulzna cev NO 15.

Slika 5.41: Oljni rezervoar z dvojno steno.

• izvedba oljne napeljave je odvisna od mnogo faktorjev, kot so npr.: tip goriva,viskoznost, razdalje, tip gorilnikov, okolice, predpisov, . . .

94

5.3 Plinasta goriva

5.3.1 Gorilniki za plinasta goriva

Gorilnike za plinsta goriva razlikujemo po mesanju plinastega goriva z zrakom. Obstajajotrije glavni principi mesanja:

1. predhodno mesanje,

2. izstopno mesanje,

3. delno izstopno mesanje (kombinirani gorilniki).

Vcasih je gorilnik tezko uvrstiti v zgornje tri principe.

5.3.1.1 Predhodno mesanje

Plin in zrak se predhodno zmesata v pravilnem razmerju in se nato kot mesanica dovajatav gorilnik – sobe.

Glavni fizikalni princip mesanja plina in zraka v gorilnikih za predhodno zmesano mesanicoplina in zraka je princip ejektorja. Glede na “pogonski” medij ejektorja lahko gorilnikedelimo na:

– inspiratorske, slika 5.42,– aspiratorske, slika 5.43.

Slika 5.42: Inspiratorsko mesanje.

Znacilnosti inspiratorskega mesanja so:

– ne potrebuje ventilatorja za dovod zraka,– proces mesanja in zgorevanja je relativno tih,– “pogonski medij” za sesanje zraka je plin,– vcasih ta gorilnik imenujejo tudi injektorski1 gorilnik,– gorilniki manjsih moci.

Ce v ejektorju poziciji plina in zraka zamenjamo dobimo, apiratorsko mesanje (aspirator– sesalo, pojem sesalo se nanasa na sesanje plina). Pogonski medij ejektorja je zrak.

1injektor – vbrizgovalnik (plina)

95

Slika 5.43: Aspiratorsko mesanje.

Znacilnosti aspiratorskega mesanja so:

– gorilniki vecjih moci,– potreben visji tlak zraka in s tem ventilator podpiha,– “pogonski medij” za sesanje plina je zrak,– vcasih ta gorilnik imenujejo tudi ejektorski2 gorilnik.

5.3.1.2 Radialni gorilnik

Slika 5.44: Radialni gorilnik.

Nizkotlacni radialni gorilnik vecjih toplotnih moci ima veliko manjsih plamenov ograjenihs samotnimi opekami (keramiko). Ker se opeke segrejejo na visoko temperaturo, sevajo, stem nizajo temperaturo plamena in vecajo sevalni prenos toplote. Na ta nacin dosezemokrajse kurisce in preprecimo dotik plamena s kotlovskimi cevmi.

V primeru se vecjih toplotnih moci se uporablja radialni gorilnik s spremenljivim tlakomplina, slika 5.45.

Slika 5.45: Regulacija tlaka plina in zraka v gorilniku.

2ejektor – sesalnik (plina)

96

5.3.1.3 Izstopno mesanje

Slika 5.46: Izstopno mesanje.

Zrak in plin se zmesata neposredno v gorilniku. Tak nacin mesanja preprecuje povratniudar plamena. Izstopno mesanje omogoca vec oblik plamena in vecjo moc v manjsihkuriscih. Zrak dovaja ventilator podpiha.

5.3.1.4 Delno izstopno mesanje

Slika 5.47: Delno izstopno mesanje.

Zaradi dovoda sekundarnega zraka v gorilnik je lahko tlak plina visji, kar pomeni povecanjetoplotne moci gorilnika brez spremembe kolicine primarnega zraka (brez spremembe naventilatorju).

5.3.1.5 Kombinirani gorilniki

Obstajajo razlicne izvedbe kombiniranih gorinikov za plinasta in kapljevita goriva, kot jenpr. primer na sliki 5.48.

5.3.2 Razvod plina – plinske armature

Razvod plina od cestne napeljave do kotlovnice prikazuje slika 5.49.Slika 5.50 prikazuje plinsko armaturo, namesceno neposredno pred gorilnikom.Glede na vrsto plinstega goriva, npr.: propan-butan (UNP – ukapljen naftni plin) z gostoto%TNP = 2.2 kg/m3 in zemeljski plin z gostoto %zem. pl. = 0.70 kg/m3, je prilagojena velikostarmatur. V primeru, da je gorivo propan-butan, je potreben rezervoar ukapljenega plinain uparjalnik plina.

97

Slika 5.48: Kombinirani gorilnik za kapljevita in plinasta goriva.

Slika 5.49: Razvod plina od cestne napeljave do kotlovnice.

Slika 5.50: Plinska armatura pred gorilnikom. 1 – pozarna pipa, 2 – filter, 3 – regulatortlaka, 4 – manometer, 5 – tlacno tipalo, 6 – elektromagnetna ventila (2 zaporedna, breznapetosti zaprt), 7 – T kos, 8 – kompenzator, 9 – reducirni kos, 10 – tlacno tipalo (kontrolatesnosti), 11 – odvod v primeru netesnosti regulatorja, 12 – odzracevanje, 13 – odzracevalniventil, 13a – indikator tesnosti, 14 – testni gorilnik (z zapornim ventilom).

98

Razlike med uporabo zemeljskega plina in propan-butana:

– obe plinasti gorivi sta brezbarvni, nevidni in brez vonja,– propan-butan je tezji od zraka – nevarnost zadrzevanja v kotlinah (eksplozija!!),– redukcija tlaka propan-butana je endotermna reakcija, zaradi cesar reducirni ventil

lahko zmrzne ali se zatakne (lahko se nabere led tudi z zunanje strani ventila),– reducirni ventili za propan-butan so obicajno elektricno ogrevani.

V primerih, ko je propan-butan samo pomozno gorivo za kotel na zemeljski plin ali kakdrug plin, obstaja moznost, da v posebni separatni mesalni napravi pripravimo mesanicopropan-butana in zraka, ki ima priblizno enako kurilnost kot osnovno gorivo. S tem seizognemo prenastavitvi gorilnikov in regulacije, ob vsakokratnem prehodu na pomoznogorivo.

5.3.3 Izvedbe plinskih gorilnikov

Obstaja vec razlicnih izvedb plinskih gorilnikov, ki se medsebojno razlikujejo glede na:

– kurilnost plinov,– nacin mesanja plina in zraka,– kombinacijo z oljnim gorilnikom,– konstrukcijo.

Naslednje slike od 5.51 do 5.54 prikazujejo izvedbe plinskih gorilikov.

Slika 5.51: Kombinirani gorilnik za olje in plin. 1 – zgorevalni zrak, 2 – dovod plinav krozni gorilnik, 3 – oljni gorilnik, 4 – izstop plina iz kroznega gorilnika, 5 – konus izrazprsenega olja, 6 – usmerjevalnik, 7 – grlo gorilnika.

99

Slika 5.52: Plinski gorilnik za pline z visoko kurilnostjo. 1 – dovod plina, 2 – dovod zraka,3 – razdelilna komora plina, 4 – razdelilna komora zraka, 5 – plinske sobe, 6 – luknjicastaglavna soba, 7 – venturijeva soba za zrak, 8 – usmerjevalnik, 9 – mesalni prostor, 10 –odprtina za vzig in nadzor.

Slika 5.53: Plinski gorilnik z zunanjim mesanjem v kombinaciji z oljnim gorilnikom. 1 –dovod plina, 2 – dovod zraka, 3 – razdelilna komora plina, 4 – plinske sobe, 5 – razdelilnakomora zraka, 6 – razprsevanje olja, 7 – vodno hlajenje, 8 – obloga, 9 – mesalni prostorplina in zraka.

100

Slika 5.54: Plinski gorilnik za pline z nizko kurilnostjo v kombinaciji z oljnim gorilnikom.1 – dovod plina, 2 – dovod zraka, 3 – dusilka, 4 – plinska soba, 5 – razprsevanje olja, 6 –elektrode za vzig, fotocelica, 8 – dovod zraka za oljni gorilnik, 9 – mesalni prostor.

101

Literatura

[1] Radovanovic Milan R.: Pogonske materije, I deo, Goriva; Univerzitet u Beogradu,Masinski fakultet, Beograd, 1989.

[2] Pozar Hrvoje: Osnove energetike I, Skolska knjiga, Zagreb, 1992.

[3] Kreuh Ladislav: Generatori pare, Skolska knjiga, Zagreb, 1978.

[4] Draskovic D., Radovanovic M., Adzic M.: Sagorevanje, Univerzitet u Beogradu,Masinski fakultet, Beograd, 1986.

[5] Dobovisek Zelimir: Osnove zgorevanja, Univerza v Mariboru, Tehniska fakulteta zastrojnistvo, Maribor, 1992.

[6] Netz Heinrich: Omnical Handbuch, Resch Verlag, 1983.

[7] Levai Andras: Maschinentechnische Einrichtungen der Warmekraftwerke, VEB De-utscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig, 1966.

[8] Keating E.L.: Applied Combustion, Marcel Dekker, New York, 1993, slovenski pre-vod nekaterih poglavij, ki ga je naredil prof. dr. Radislav Pavletic.

[9] Schroter W., Lautenschlager K.-H., Bibrack H., Schnabel A.: Kemija splosniprirocnik, Tehniska zalozba Slovenije, Ljubljana, 1993.

[10] Lobscheid H.: Vodena para, Babcok prirucnik, Gradevinska knjiga, Beograd, 1971.

[11] Prelec Zmagoslav: Brodski generatori pare, Skolska knjiga, Zagreb,1990.

[12] Nikolic Srecko M., Miletic Mileta: Efikasnost sagorevanja goriva u funkciji gorionika,Naucna knjiga, Beograd, 1985.

[13] Baukal Charles E., Schwartz Robert E.: The John Zink Combustion Handbook, CRCPress, New York, 2001.

[14] Senegacnik A., Oman J.: Lastnosti zraka, goriv in dimnih plinov, Fakulteta zastrojnistvo, 2004

102