|
Классификацию топлив проводят по
следующим критериям:
агрегатному состоянию;
теплоте сгорания;
исходному сырью и способам производства;
целевому назначению или области применения.
По агрегатному состоянию различают топливо твердое, жидкое
и газообразное.
Твердое топливо для двигателей внутреннего сгорания
применяют редко и только после газификации в газогенераторных установках или
в пылевидном состоянии.
Газогенераторные автомобили в сороковые годы
получили некоторое распространение и сыграли положительную роль, особенно в
тылу во время Великой Отечественной войны, высвободив тысячи тонн бензина для
фронта. Для газификации обычно использовали древесные чурки или торф, и в
относительно компактных газогенераторах, установленных непосредственно на
автомобиле, перерабатывали твердое топливо в генераторный газ, на котором
работали двигатели.
Опыты по применению для газификации каменного угля были
неудачны, так как зона горения быстро забивалась шлаком. Позднее, в связи с
развитием нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности,
газогенераторные автомобили потеряли свое прежнее значение. Пылевидное
угольное топливо также не нашло применения в связи с его высокой зольностью.
Жидкое топливо является основным видом топлива для
двигателей внутреннего сгорания всех типов и назначений.
Газообразное топливо с каждым годом приобретает все
большее значение как заменитель жидкого топлива. По ряду свойств оно
превосходит жидкое топливо, поэтому следует ожидать дальнейшего расширения
области его применения.
По теплоте сгорания классификация важна в тех случаях,
когда необходимо оценить топливо как энергоноситель, а также при тепловых
расчетах двигателей, расчете объемов топливных баков и др. По этому признаку
различают три группы топлив.*
высококалорийные—с теплотой сгорания более 42 000 кДж/кг;
среднекалорийные — с теплотой сгорания 25 ООО—42 ООО
кДж/кг;
низкокалорийные — с теплотой сгорания меньше 25 ООО
кДж/кг.
По происхождению топливо классифицируют, если возникает
необходимость оценить сырьевую базу или способы получения топлив.При этом все
топлива делят на две группы: нефтяного и ненефтяного происхождения.
Часто топливо ненефтяного происхожедния называют
альтернативным топливом, желая тем самым противопоставить его топливу
нефтяного происхождения. К альтернативным топливам относятся спирты, водород
и почти все виды синтетических углеводородных топлив, т. е. искусственно
полученные из ненефтяного сырья бензины, дизельиые топлива и т. д. Особо
рассматриваются природный газ и топлива, полученные из горючих сланцев
(например, сланцевый бензин).
Поскольку методы переработки нефти имеют существенное
значение для оценки показателей качества, то при классификации топлив по их
происхождению нефтяные топлива можно дополнительно классифицировать по их
технологическим признакам. Например, бензины могут быть подразделены на бензины,
полученные прямой перегонкой (прямогонные), бензины термического или
каталитического крекинга и т. д.
По целевому назначению топлива делятся на топлива для
двигателей с искровым зажиганием (к ним относятся в основном бензины),
дизельное топливо, топливо для турбореактивных двигателей и т. д. Эта
классификация может быть и более подробной. Например, дизельное топливо
различают для быстроходных двигателей (автомобильных, тракторных и ряда
других транспортных машин), для средне- и малооборотных дизелей (судовых,
стационарных) и др.
Энергетический потенциал топлив
Важнейшим показателем качества топлива является его
энергетический потенциал, т. е. то количество тепловой энергии, которое
топливо способно выделить при сгорании. Количественно этот показатель измеряется
теплотой полного сгорания топлива при сжигании определенной его массы.
Под теплотой сгорания топлив для двигателей внутреннего
сгорания подразумевается низшая теплота сгорания, которая учитывает потери
теплоты на испарение воды, возникшие при сжигании водорода топлива. Эта
теплота может выделиться только при конденсации паров воды, находящихся в
отработавших газах, что происходит уже вне цилиндра поршневого или за
турбиной газотурбинного двигателя. Теплоту сгорания топлив можно определить
по их элементному составу, так как при полном сгорании каждого из горючих
элементов, входящих в топливо, выделяется вполне определенное количество
теплоты.
Теплота сгорания стехиометрической горючей смеси различных
топлив с воздухом примерно одинакова и равна 2770—2780 Кдж/кг, так как чем
выше теплота сгорания топлива, тем большее количество воздуха необходимо для
его полного сгорания.
Топливовоздушные смеси и их сгорание
Поршневые двигатели внутреннего сгорания относятся к
двигателям с дискретным преобразованием химической энергии топлива в
механическую. Это преобразование происходит с помощью промежуточного звена —
тепловой энергии. В поршневых двигателях сгорание топлива, т. е. его
химическое взаимодействие с кислородом воздуха, происходит дискретно,
отдельными порциями, в изолированном объеме камеры сгорания цилиндра.
Установлено, что полнота и скорость сгорания топлива
зависят от соотношения количеств топлива и воздуха, характеризуемого
коэффициентом избытка воздуха, который представляет собой отношение
действительного количества воздуха к теоретически необходимому для полного
сгорания топлива
Рассматривая в качестве окислителя воздух, следует
учитывать, что на каждые 1000 мг его приходится только 232 мг собственно
окислителя, т, е. кислорода. Инертный азот (768 мг), который является частью
рабочего тела, в химических процессах при сгорании топлива практически не
участвует. При максимальных температурах сгорания образуются оксиды азота, но
в столь малых количествах, что практически на теплоту сгорания горючей смеси они
не влияют, а только увеличивают токсичность продуктов сгорания.
Учитывая, что в настоящее время вновь начинают применять
композиции топлив, в том числе смеси бензина и спирта, топливо- водяные
эмульсии, примем, что топливо состоит из трех элементов: С, Н, О и,
следовательно, С + Н + О = 1.
|