Sagorevanje

Uvod

Problem energije uz vodu i hranu predstavlja jedan od ključnih problema čovečanstvaSve veće potrebe u energiji kao i promene koje se dešavaju na svetskom tržižtu energije i sve veći uticaj proizvodnje energije na životnu sredinu doprineli su da Energetika, Ekologija, Ekonomija i Efikasnost postanu jedinstveni problem čovečanstvaStrateški ciljevi za 21. vek:

Pristupačnost u smislu cena,Raspoloživost u smislu dovoljnih količina,Prihvatljivost u smislu očuvanja životne sredine

Uvod

Povezanost energetike sa ostalim privrednim granama, podloga ukupnog razvoja svake zemlje Stalan rast potreba energije (rast broja stanovnika i rast životnog standarda)

0

1

2

3

4

5

6

7

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000Br

oj s

tano

vnik

a, m

ilijar

deZemlje Centralne i Istočne Evrope Zemlje OECD

Zemlje u razvoju Svet

Globalna potrošnja primarne energije

Povećanje stanovništva sveta po grupacijama zemalja u periodu 1960-2000.godina

Uvod

DrvoDrveni ugalj (za potrebe topljenja metala)

Ugalj(Kina 1000 godina pre nove ere, Stari Rim, Engleska XII vek)Pronalazak parne mašine 1760. godina-industrijska revolucijaOsnovni izvor energije do polovine XX veka

Uvod

NaftaMesopotamija za potrebe osvetljenja pre 9000 godinaPrva duboka bušotina 1859. godine u PensilvanijiPatentiranje i razvoj SUS motora: 1877. Otto, 1897. Diesel

Uvod

Prirodni gasStara Persija za religiozne potrebe, Kina pre 2200 godinaPrvi gasovod dužine 23 km 1884. godine, Pitsburg

Električna energijanajplemenitiji vid energijemogućnost proizvodnje korišćenjem svih izvora energijePronalazak parnih i vodnih turbina veće snage u XIX veku omogućio značajan razvoj proizvodnje

Nuklearna energijaRazvoj započeo 1942. godine ostvarenjem kontrolisane fisije jezgra uranaEksperimentalna elektrana 1954.godine u blizini Moskve, a 1956.godine prva komercijalna elektrana u Velikoj BritanijiAkcident u elektrani Ostrvo tri milje 1979. godineAkcident u Černobilu 1986.godine

Uvod

Obnovljivi izvori energije (OIE)Sunčeva energija,Biomasa,Drvo i drveni ugalj,Geotermalna energija,Energija plime i oseke,Energija morskih talasa,Termalni gradijent mora,Vučna energija životinja,Hidroenergija,Vetar.

Sagorevanje- osnovni pojmovi

Pojam sagorevanjaProces transformacije hemijske energije goriva u toplotnu energiju u prisustvu kiseonika naziva se sagorevanje. Šta podrazumevamo pod gorivima?Materije koje se nalaze u prirodi a imaju sposobnost oksidacije u prisustvu kiseonika nazivaju se gorivaNajvažnije karakteristike goriva su:

HEMIJSKI SASTAVTOPLOTNA MOĆTEMPERATURA SAGOREVANJAPONAŠANJE GORIVA U TOKU PROCESA SAGOREVANJA

Sagorevanje- osnovni pojmovi

HEMIJSKI SASTAV GORIVA može biti prikazan u odnosu na RADNU MASUSUVU MASUSAGORLJIVU MASU

Šta je radna masa?Šta je suva masa?Šta je sagorljiva masa?

Sagorevanje- osnovni pojmovi

Šta je toplotna moć? Šta je gornja a šta donja toplotna moć?Gornja toplotna moć, [MJ/kg, kJ/kg]

Količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju jednog kg uglja, pri čemu su produkti sagorevanja ohlađeni na temperaturu na kojoj su pre početka sagorevanja bili ugalj i vazduh pri čemu je vodena para kondenzovala i nalazi se u tečnom stanjuKoličina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju jednog kilograma uglja pri čemu su produkti sagorevanja ohlađeni do temperature koju na kojoj su bili gorivo i vazduh pre početka sagorevanja pri čemu je vodena para u parnom stanjuManja je od gornje toplotne moći za toplotu kondenzacije vode

GORIVA

Najopštija podela goriva je podela na čvrsta, tečna i gasovita

Konvencionalni izvori energije-Ugalj

Proces stvaranja

Proces stvaranja ugljevaPripremna faza ili faza humifikacije-akumulacija, izmena i transformacija organske materije u sapropelFaza ugljenifikacije (karbonizacije)-proces povećanja sadržaja ugljenika u organskoj materiji – dijageneza i metamorfizam

dijagenezametamorfizam

Osnovne karakteristike uglja

Hemijski sastav (maseni)

c+h+o+n+s+p+ca+mg+fe+w+a=1

c-ugljenik, h-vodonik, o-kiseonik, n-azot, s-sumpor, p-fosfor, ca-kalcijum, mg-magnezijum, fe-gvožđe,w-vlaga, a-pepeo

Gornja toplotna moć, [MJ/kg, kJ/kg]Količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju jednog kg uglja, pri čemu su produkti sagorevanja ohlađeni na temperaturu na kojoj su pre početka sagorevanja bili ugalj i vazduh pri čemu je vodena para kondenzovala i nalazi se u tečnom stanju

Osnovne karakteristike uglja

Donja toplotna moć, [MJ/kg, kJ/kg]

Količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju jednog kilograma uglja pri čemu su produkti sagorevanja ohlađeni do temperature koju na kojoj su bili gorivo i vazduh pre početka sagorevanja pri čemu je vodena para u parnom stanjuManja je od gornje toplotne moći za toplotu kondenzacije vode

Količina isparljivih materija,Sadržaj pepela,Sadržaj ugljenika u suvoj materiji,Sadržaj vlage u radnoj materiji

Klasifikacija ugljeva

Klasifikacija: prema poreklu, nastanku, nameni, starosti, itdPrema klasifikaciji Ekonomske komisije OUN za Evropu, gornja granica je gornja toplotna moć bez pepela od 23,87MJ/kg

Kameni ugalj Hd>23,87MJ/kgMrki ugalj 12,5MJ/kg<Hd<23,87MJ/kgLignit Hd<12,5MJ/kg

Klasifikacija ugljeva

Antracit Kameni ugalj Mrki

Lignit

Klasifikacija uglja prema sadržaju isparljivih materija - Nemačka

Volatiles%

C Carbon %

H Hydrogen %

O Oxygen %

S Sulfur %

Lignit - Lignite 45-65 60-75 6.0-5.8 34-17 0.5-3

Flammkohle (Flame coal)

40-45 75-82 6.0-5.8 >9.8 ~1

Gasflammkohle (Gas flame coal)

35-40 82-85 5.8-5.6 9.8-7.3 ~1

Gaskohle (Gas coal) 28-35 85-87.5 5.6-5.0 7.3-4.5 ~1

Fettkohle (Fat coal) 19-28 87.5-89.5 5.0-4.5 4.5-3.2 ~1

Esskohle (Forge coal) 14-19 89.5-90.5 4.5-4.0 3.2-2.8 ~1

Magerkohle (Non baking coal)

10-14 90.5-91.5 4.0-3.75 2.8-3.5 ~1

Anthrazit (Antracite) 7-12 >91.5 <3.75 <2.5 ~1

Konvencionalni izvori energije-naftai prirodni gas

Poreklo

Teorija o organskom poreklu (1757. Mikhail Lomonosov)Postanak od biljnih i životinjskih ostataka, masti i ugljenih hidrata pod dejstvom bakterija koje su živele u mirnim vodamaKatalitičko delovanje sredine

Karakteristike

Hemijski sastavNafta predstavlja složenu smešu ugljovodonika sa primesama kiseonika, azota i sumpora. Može biti u gasovitom, tečnom ili čvrstom stanju u zavisnosti od temperature i pritiska u ležištu. Osobine nafte određuju elementarni i komponentalni sastav

Elementarni sastav nafteUgljenik 83-88%Vodonik 11-15%Sumpor 0,1-5%Azot 0,1-2,5%Kiseonik 0,1-3,5%Mineralne primese 0,1-1,2%

Karakteristike

Komponentalni sastav nafteNajčešći sastojci su ugljovodonici parafinske, naftenske i aromatske serije.Podela na osnovu sastava:

metanska,metansko-naftenska,naftenska,naftensko-metansko-aromatska,

naftensko-aromatska.

Podela na osnovu sadržaja sumpora:Slatka,Kisela,

Karakteristike

Klasifikacija na osnovu specifične težineLake nafte 0,7-0,8 (u odnosu na specifičnu težinu vode)Srednje teške nafte 0,80-0,90Teške nafte 0,90-1

Kvalitativne osobine opredeljuju energetsku i petrohemijsku vrednost nafte (API, GOST, ISO)

Laka nafta Teška nafta

Prirodni gas

Karakteristike

Hemijski sastavPrirodni gas predstavlja smešu uglavnom ugljovodonika, koji su na ptitisku i temperaturi okoline uglavnom u gasovitom stanju, od kojih je najzastupljeniji metan, a zastupljeni su i etan, propan, butan i neki višiugljovodonici. Pored ugljovodonika u prirodnom gasu se nalaze ugljendioksid, sumporvodonik, azot i helijum, koji predstavljaju balast.

Tip ležišta određuje sastav gasaPodela na osnovu tipa ležišta:

Gas iz gasnih ležišta,Gas iz gasno-kondenzatnih ležišta,Gas iz naftnih ležišta sa rastvorenim prirodnim gasom,Gas iz naftnih ležišta sa gasnom kapom

Karakteristike

. Hemijski sastav gasa iz različitih tipova ležišta

Komponente Suvi gas mol % Vlažni gas mol %

Gas iz gasokondezatnih

ležišta mol %

metan 94,41 78,87 70,96

etan 1,44 6,61 8,21

propan 0,34 3,32 3,37

i-butan 0,07 0,71 0,76

n-butan 0,10 1,32 1,61

i-pentan 0,04 0,57 0,77

n-pentan 0,64 0,60 0,54

heksan 0,04 0,92 1,47

heptan i viši ugljovodonici

0,44 3,34 10,88

azot 0,30 1,79 0,88

ugljendioksid 2,78 1,94 0,53

sumporvodonik - 0,11 0,02

gasni faktor* 27600 2720 1140 *odnos proizvedenih m3 gasa prema proizvedenim m3 tečnosti

Karakteristike gasa

Ilustracija sastava gasa koji ide u transportnu i distributivnu mrežu

Komponenta mol % metan 94,59 etan 3,02 propan 0,44 butan 0,14 azot 1,00 ugljendioksid 0,81 100,00

Ostali pokazatelji kvaliteta isporuke: pritisak i temperatura gasa, tačka rosišta gasa na vodu, tačka rosišta na ugljovodonike, prisustvo čvrstih materija, prisustvo, sumpora i ugljendioksida, toplotna moć i Wobbe-ov broj

Karakteristike gasa

Tačka rosišta-definiše temperaturu na kojoj će vodena para na datom pritisku početi da se izdvaja iz gasa u vidu tečne fazeDehidracija gasa-Dozvoljen sadržaj vode je od 0,1-0,13kg/1000Nm3 gasa

Fizičke i termodinamičke karakteristike prirodnog gasaGustina prirodnog gasa,Viskoznost prirodnog gasa,Kritična temperatura, pritisak i zapremina,Toplotna moć prirodnog gasa,Specifična toplota,Wobbe-ov broj

Prirodni gas –ekološki prihvatljivo gorivo

Kоефицијент емисије угљендиоксида различитих горива

Гориво Емисија,kgCO2/GJ

Биомаса* 109,6

Тресет 106,0

Камени угаљ 101,2

Дизел 77,4

Сирова нафта 74,1

Керозин 73,3

Бензин 71,5

Течни нафтни гас 63,1

Природни гас 56,1

+* Неконтролисана сеча, без пошумљавања

Biomasa-obnovljiv izvor energije

Biomasa

Biomasa predstavlja akumulisani vid Sunčeve energijePod biomasom podrazumevaju se šume, šumsko rastinje, poljoprivredni i životinjski otpaci (u nekim klasifikacijama i gradski otpad)Drvo učestvuje sa 6-7% u ukupnoj energetskoj potrošnji

U Evropi i Severnoj Americi 3%U Africi 33%

Korišćenje

• Za dobijanje toplotne enrgije

• Za proizvodnju električne energije

• Za dobijanje goriva za transportna sredstva

Karakteristike biomase

ObnovljivostToplotna moć

Drvo 8,2-18,7 MJ/kgBiljni otpaci 5,8-16,7MJ/kg

CO2 neutralnost

Korišćenje biomase

Pod korišćenjem drvne biomase podrazumeva se korišćenje drveta, drvenog uglja i crnog luga (black liquor-nusproizvod pri proizvodnji celuloze)

Drveni ugalj Crni lug

Načini prerade biomase

Osnovni problem kod biomase je mala energetska vrednost po jedinici mase, pa se biomasa prerađuje kako bi se dobio pogodniji oblik za transpotrt i skaldištenjeNAČINI PRERADE BIOMASE:

BriketiranjeBiohemijske transformacije

Anaerobno truljenje-produkt je biogasFermentacija-produkt je bioetanolEsterifikacija-produkt je biodizel

Termohemijske transformacije:SagorevanjePirolizaGasifikacija

Nekonvencionalna goriva-Uljni škriljci, bitumenozni peskovi, treset

Uljni škriljci

Uljni škriljci i bitumenozni peskovi spadaju u nekonvencionalna fosilna goriva pa su zbog toga veoma malo istraženi.Uljni škriljci su rudni materijali sedimentno-organogenog karaktera sa različitim sadržajem organske materije koja je raspršena u porama u obliku mikroskopski sitnih čestica.

Sadržaj organske materije –kerogena je različit i kreće se od nekoliko litara do 600 litara po toni rude u najbogatijim ležištimaNajveći zanačaj-mogućnost dobijanja tečnih goriva koja mogu zameniti derivate nafte

Ekstrakcija kerogena

Za izdvajanje kerogena potrebno je dejstvo toplote, a mogu se koristiti i kao gorivo u industrijskim pećima i kotlovimaEkstrakcija kerogena može se vršiti:

In situ- u samom nalazištuEx situ- na površini zemlje

Ekstrakcija ex situ:Eksploatacija mineralne sirovine površinskom ili podzemnom eksploatacijomMlevenjeDestilacija na oko 500°CProblem 0.885-0.9t/t otpadnog materijala

Ekstrakcija in situ:Prisup sličan podzemnoj gasifikaciji uglja

Ekstrakcija kerogena

Proizvodnja

Ex-situ In-situ pilot projekat

Bitumenozni peskovi

Bitumenozni peskovi (naftni peskovi) predstavljaju smešu peska, mineralnih materija, vode i bitumenaU literaturi su poznati kao tar sands, bituminous sands, oil sands, extra heavy oil.

Proizvodnja

Ex situ In situ

Treset

Treset spada u nekonvencionalna goriva. To je najmlađe fosilno gorivo, kod koga nije došlo do faze ugljenifikacije.Nalazišta treseta nalaze se u močvarnim područjima sa vlažnom i hladnom klimom.Sadržaj vlage je i do 90%Niske je toplotne moćiSadržaj azota do 2%