Goriva - Knjiga

U N I V E R Z I T E T U B E O G R A D U

Milan R. Radovanovi}

GORIVA

Ma{inski fakultet Beograd, 1994.

Univerzitet u Beogradu Milan R. Radovanovi} Goriva IV prera|eno i dopuweno izdawe

Recenzenti dr Qubi{a Brki}, redovni profesor dr Miroqub Axi}, redovni profesor Izdava~ Ma{inski fakultet Univerziteta u Beogradu 27. marta 80, Beograd [tampawe odobrila Komisija za izdava~ku delatnost Ma{inskog fakulteta u Beogradu 20.05.1993. Glavni i odgovorni urednik dr Martin Bogner, dipl. in`. Za izdava~a Milena Luki}, dipl. filozof Tira`: 1100 primeraka

(

Kompjuterski slog: Dragana&Vlada [tampa: Grafi~ki ateqe 'Galeb", Kej oslobo|ewa 73, Zemun ISBN 86-7083-246-1

Pre{tampavawe i umnoàvawe kwige nije dozvoqeno

PREDGOVOR Vi{e od 90% energije u svetu se dobija sagorevawem goriva. Poznavawe sastava i osobina goriva je preduslov za racionalno kori{}ewe energije, {to je danas jedan od osnovnih zahteva zahteva u celom celom svetu pa i u nas. Smawewem Smawewem potro{we potro{we goriva postiù se zna~ajni ekonomski efekti, a istovremeno se sniàvaju emeisije i toksi~nih sastojaka i gasova 'staklene ba{te" u produktima sagorevawa goriva. Kwiga je potpuno prera|ena, dopuwena i postoje}e gre{ke su ispravqene. U I poglavqu su dati najnoviji podaci o rezervama, proizvodwi, potro{wi goriva za svet i SR Jugoslaviju. êtvrto, peto, {esto i sedmo poglavqe su obojeni nizom novijih dostignu}a iz na{eg i inostranog nau~no-istraìva~kog domena, pri ~emu je teì{te bilo na doma}im i sopstvenim rezultatima. Prof. Predragu Milovi}u dugujem zahvalnost za doprinos u tekstu i ilustracijama koje se odnose na rudarske ma{ine. Prof. Miroqubu Axi}u za korisne sugestije prilikom pisawa kwige. Posebno èlim da naglasim doprinos prof. Qubi{e Brki}a koji je krajwe pa`qivo, savesno i detaqno analizirao analizirao tekst i svojim predlozima i sugestijama poboq{ao jasno}u izlagawa, uskladio terminologiju pa i jezi~ki doprineo kvalitetu delova za koje je bio kompetentan. Asistentima Asistentima Dragoslavi Dragoslavi Stojiqkovi} i Vladimiru Jovanovi}u dugujem priznawe za wihovu savesnu, upornu, bri`qivu i estetsku pripremu teksta. Kwiga je namewena {irokom krugu inèwera, poslediplomaca i studentima, kao i svima onima koje ova zna~ajna oblast interesuje. interesuje.

Beograd, maj 1994.

Milan Radovanovi}

SADR@AJ 1

UVOD ................................................................... ..................................................................................................... ........................................................ ...................... 1 1.1 Op{te o energiji ............................................................................................... 1 1.2 Istorijat kori{}ewa energetskih izvora ................................................. 3 1.3 Potro{wa energije ........................................................................................... 8 1.4 Rezerve primarne energije ............................................................................ 12 1.5 Kratkoro~na predvi|awa potro{we i rezervi nosilaca energije .... 14 1.6 Dugoro~na predvi|awa nosilaca energije ................................................. 16 1.6.1 Geotermalna energija ......................................................................... ......................................................................... 17 1.6.2 Energija plime i oseke ...................................................................... ...................................................................... 19 1.6.3 Solarna energija ....................................... ............................................................................ .......................................... ..... 19 1.6.4 Vremenska predvi|awa .............................................. ...................................................................... ........................ 23 1.7 Potro{wa, rezerve i proizvodwa energije u SRJ ................................... 26 Literatura ............................................................................................................... 30

2

GORIVE MATERIJE ...................................................................... ........................................................................................... ..................... 33 2.1 Pojam goriva ........................................................................ ...................................................................................................... .............................. 33 2.2 Vrste goriva ...................................................................................................... 34 2.3 Sastav goriva .................................................................................................... 36 2.3.1 Elementarni sastav .............................................. ............................................................................ .............................. 36 2.3.1.1 Ugqenik .................................................................................... 37 2.3.1.2 Vodonik ..................................................................................... 37 2.3.1.3 Kiseonik ................................................................................... 37 2.3.1.4 Azot ............................................................................................ 39 2.3.1.5 Sumpor ....................................................................................... 39 2.3.1.6 Mineralne primese i pepeo ................................................. 39 2.3.1.7 Vlaga .......................................................................................... 41 2.4 Uslovne mase i prera~unavawe sa jedne mase na drugu ........................... 43 2.5 Op{ta svojstva .................................................................................................. 46 2.5.1 Toplotna mo} .......................................................................... ........................................................................................ .............. 46 2.5.1.1 Zna~aj i definicija ............................................................... 46 2.5.1.2 Odre|ivawe toplotne mo}i ................................................. 49 Literatura ............................................................................................................... 56

3

OSNOVI SAGOREVAWA SAGOREVAWA ................................................................. ................................................................................. ................ 57 3.1 Stehiometrijske jedna~ine sagorevawa ..................................................... 59 3.1.1 Stehiometrijska jedna~ina sagorevawa ugqenika ...................... 60 3.1.2 Stehiometr Stehiometrijska ijska jedna~ina jedna~ina sagoreva sagorevawa wa vodonik vodonika a ............ ................. .......... ..... 61

Goriva

3.1.3 3.1.4

Stehiometr Stehiometrijska ijska jedna~ina jedna~ina sagoreva sagorevawa wa sumpora sumpora ............... .................... ......... .... 62 Stehiometr Stehiometrijska ijska jedna~ina jedna~ina nepotpunog nepotpunog sagorevawa ugqenika .......................................................................... 62 3.1.5 Stehiometr Stehiometrijska ijska jedna~ina jedna~ina sagorevawa sagorevawa ugqenmonoks ugqenmonoksida ida ........ ........ 63 3.1.6 Hesov zakon ........................................................................ ........................................................................................... ................... 64 3.2 Osnovi prora~una procesa sagorevawa ...................................................... 65 3.2.1 Osnovi prora~una prora~una sagorevawa sagorevawa na bazi poznatog sastava goriva ..................................................................... 65 3.2.1.1 Odre|ivawe teorijske koli~ine kiseonika za potpuno sagorevawe ........................................................... 65 3.2.1.2 Odre|ivawe teorijske koli~ine vazduha ......................... 69 3.2.1.3 Stvarna koli~ina vazduha i koeficijent vi{ka vazduha .......................................................................... 71 3.2.1.4 Koli~ina i sastav produkata sagorevawa ........................ 72 3.2.2 Osnovi Osnovi prora~una prora~una procesa procesa sagorevawa sagorevawa na bazi poznatog sastava produkata sagorevawa ......................... 80 3.2.2.1 Odre|ivawe koeficijenta vi{ka vazduha iz sastava produkata sagorevawa ........................................ 81 3.2.3 Temperatura sagorevawa ........................................... ................................................................... ........................ 83 Literatura ............................................................................................................... 90 4

^VRSTA GORIVA ............................................................ ............................................................................................... ..................................... 91 4.1 Tehni~ka analiza ~vrstih goriva ................................................................ 91 4.1.1 Pepeo ................................................................... ...................................................................................................... ................................... 93 4.1.2 Gorive isparqive materije ....................................................... .............................................................. ....... 98 4.1.3 Spicawe ugqa ...................................................................... ..................................................................................... ............... 103 4.1.4 Koksni ostatak .................................................................... ................................................................................... ............... 104 4.1.5 Zna~aj podataka tehni~ke analize ................................................ ................................................ 104 4.2 Prirodna ~vrsta goriva ............................................................................... 111 4.2.1 Biogoriva ................................................................... ............................................................................................ ......................... 111 4.2.1.1 Alge kao goriva ..................................................................... 111 4.2.1.2 Drvo .......................................................................................... 112 4.2.1.3 Poqoprivredni ostaci ....................................................... 113 4.2 2 Treset ..................................................................... ................................................................................................... .............................. 118 4.2.3 Ugaq ...................................................................... ...................................................................................................... ................................ 118 4.2.3.1 Poreklo, sastav i osobine .................................................. 118 4.2.3.2 Me|unarodna podela ugqeva .............................................. 121 4.2.3.3 Mrki ugqevi .......................................................................... 124 4.2.3.4 Kameni ugqevi ....................................................................... 124 4.2.3.5 Antraciti ............................................................................... 125 4.2.4 Gorivi {kriqci ...................................................................... ................................................................................ .......... 125 4.2.5 Doma}i ugqevi .................................................. ................................................................................... ................................. 126 4.2.5.1 Doma}i ligniti ..................................................................... 127 4.2.5.2 Doma}i mrki ugqevi ............................................................ 128 4.2.5.3 Doma}i kameni ugqevi ........................................................ 131 4.2.6 Gorivi {kriqci u SR Jugoslaviji ....................................... ................................................ ......... 131

Sadràj

4.3 Postupci pripreme ~vrstih goriva .......................................................... 132 4.3.1 Usitwavawe ugqa .............................................................................. 132 4.3.2 Osloba|awe od grubih mehani~kih ne~isto}a - flotacija .... 135 4.3.3 Prosejavawe i razdvajawe po veli~ini ....................................... 136 4.3.4 Odstrawivawe vlage ......................................................................... 138 4.4 Oblasti primene ugqa .................................................................................. 140 4.4.1 Mlevewe ugqa i sagorevawe ugqenog praha ............................... 140 4.4.1.1 Priprema ugqenog praha .................................................... 141 4.4.1.2 Sagorevawe ugqenog praha ................................................. 144 4.4.2 Briketirawe ....................................................................................... 149 4.5 Proizvedena ~vrsta goriva ......................................................................... 149 4.5.1 Postupci suve destilacije .............................................................. 149 4.5.1.1 Primarna suva destilacija mrko i kamenog ugqa ('{velovawe") ............................................................. 151 4.5.1.2 Visokotemperaturska destilacija kamenog ugqa ........ 151 4.5.2 Postupak dubokog su{ewa ............................................................... 153 4.6 Pona{awe ugqeva na skladi{tu ................................................................ 154 Literatura ............................................................................................................. 156 5

TE^NA GORIVA ................................................................................................. 159 5.1 Prirodna te~na goriva - nafta .................................................................. 159 5.1.1 Osobine i poreklo ............................................................................ 159 5.1.2 Sastav nafte ....................................................................................... 160 5.1.3 Dobijawe nafte ................................................................................. 163 5.1.4 Nalazi{ta nafte u na{oj zemqi .................................................. 166 5.2 Prera|ena i sinteti~ka te~na goriva ...................................................... 167 5.2.1 Prera|ena goriva iz nafte ............................................................ 167 5.2.1.1 Prerada nafte ....................................................................... 167 5.2.1.2 Prerada produkata prerade nafte ................................... 169 5.2.1.3 Dorada goriva ........................................................................ 176 5.2.1.4 Sinteti~ka te~na goriva .................................................... 177 5.3 Motorni benzini ............................................................................................ 179 5.3.1 Obrazovawe sme{e ............................................................................ 179 5.3.2 Isparqivost goriva ......................................................................... 183 5.3.2.1 Uticaj isparqivosti benzina na niskim temperaturama ........................................................ 187 5.3.2.2 Uticaj isparqivosti benzina na povi{enim temperaturama ................................................. 195 5.3.3 Sagorevawe u Oto motoru ............................................................... 200 5.3.4 Otpornost prema detonativnom sagorevawu benzina .............. 204 5.3.4.1 Odre|ivawe istraìva~kog i motorskog oktanskog broja ..................................................................... 205 5.3.4.2 Osetqivost benzina ............................................................. 207 5.3.4.3 Odre|ivawe putnog oktanskog broja ............................... 207

Goriva

5.3.4.4 Distribucioni oktanski broj i ΔR .................................. 212 5.3.4.5 Mogu}nosti pove}awa otpornosti prema detonatvinom sagorevawu benzina ................................... 213 5.3.5 Ostale karakteristike benzina .................................................... 219 5.3.6 Motorni benzini na{e zemqe ....................................................... 222 5.4 Goriva za Dizel motore ................................................................................ 224 5.4.1 Svojstva goriva koja uti~u na obrazovawe sme{e ..................... 228 5.4.1.1 Isparqivost .......................................................................... 228 5.4.1.2 Viskoznost .............................................................................. 229 5.4.2 Upaqivost dizel goriva .................................................................. 230 5.4.3 Ostale karakteristike goriva za Dizel motore ....................... 236 5.4.3.1 Gustina goriva ....................................................................... 236 5.4.3.2 Niskotemperaturske karakteristike dizel goriva .... 237 5.4.3.3 Mehani~ke primese i voda ................................................. 240 5.4.3.4 Sklonost ka obrazovawu koksa ......................................... 241 5.4.3.5 Sadràj sumpora ................................................................... 242 5.4.3.6 Temperatura paqewa ........................................................... 242 5.4.4 Dodaci dizel gorivima .................................................................... 242 5.4.5 Dizel goriva SR Jugoslavije .......................................................... 244 5.5 Goriva za mlazne motore .............................................................................. 245 5.5.1 Uslovi koje jedno gorivo za mlazne motore treba da zadovoqi .............................................................................. 245 5.5.2 Vrste goriva za mlazne motore ...................................................... 246 5.5.3 Uticaj nekih karakteristika na rad motora .............................. 247 5.6 Uqa za loèwe ................................................................................................ 248 5.6.1 Osnovi obrazovawa sme{e i sagorevawa .................................... 248 5.6.2 Sadràj vode ....................................................................................... 252 5.6.3 Sadràj mineralnih primesa ......................................................... 254 5.6.4 Sadràj sumpora ................................................................................ 255 5.6.5 Uqa za loèwe SR Jugoslavije ...................................................... 255 Literatura ............................................................................................................. 257 6

GASOVITA GORIVA ....................................................................................... 259 6.1 Prirodna gasovita goriva ........................................................................... 259 6.2 Proizvedena gasovita goriva ...................................................................... 265 6.2.1 Prera|ena gasovita goriva iz nafte ili prerade produkata nafte ................................................................. 265 6.2.1.1 Rafinerijski gasovi ............................................................ 265 6.2.1.2 Te~ni gasovi ........................................................................... 266 6.2.2 Proizvedena gasovita goriva iz ~vrstih goriva ....................... 269 6.2.2.1 Generatorski gasovi ............................................................ 269 6.2.2.2 Destilacioni gasovi ............................................................ 274 6.2.3 Biogas ................................................................................................... 276 Literatura ............................................................................................................. 279

Sadràj

7

PERSPEKTIVNA GORIVA ........................................................................... 281 7.1 Vodonik ............................................................................................................. 287 7.2 Alkoholi .......................................................................................................... 289 7.2.1 Mogu}nost primene metanola kao motorskog goriva ............... 290 7.2.2 Mogu}nost primene etanola kao motorskog goriva ................. 291 7.3 Biqna uqa ........................................................................................................ 292 Literatura ............................................................................................................. 297

1

UVOD

1.1 OP[ TE O ENERGI J I Sve pojave i procesi u pr i r odi predstavq aju r azl i ~i te obl i ke kr etawa mater i je. Svaki obl i k kretawa mater i je i spoqava se odgovar aju}i mvi domener gi je, odnosno r azl i ~i ti m vi dovi ma kr etawa mater i je odgovar aju r azl i ~i t i vi dovi ener gi je: kretawe tel a pr edstavq a mehani ~ku ener gi ju, kretawe mol ekul a u tel u - topl otnu ener gi ju, kr etawe el ektr ona - el ektr i ~nu ener gi ju, pr er aspodel a atoma u mol ekul i ma u hemi jski mpr ocesi ma nastajawa i l i r azl agawa mater i je hemi jsku ener gi ju i sl . U pr ocesi ma i pojavama u pri r odi ener gi ja prel azi i z jednog obl i ka u dr ugi . Sagorevawemgori va, hemi jska ener gi ja pr el azi u topl otnu, u par nomkotl u ta topl otna ener gi ja se posredstvom produkata sagor evawa pr edaje vodi , koja prel azi u par no stawe, topl otna ener gi ja par e, u par noj tur bi ni , tr ansf ormi { e se u mehani ~ku energi ju, a u gener ator u el ektr i ~ne str uje, mehani ~ka ener gi ja prel azi u el ektr i ~nu. El ektr i ~na ener gi ja se daq e mo` e tr ansf ormi sati na vi { e na~i na: u el ektr omotor i ma se pr etvar a u mehani ~ku, u r asvetni mt el i ma u svetl osnu (ener gi ju zr a~ewa), u el ektr o-gr eja~i ma - u topl otnu i dr . Za prevo| ewe ener gi je i z jednog obl i ka u dr ugi na r aspol agawu su r azl i ~i ti procesi , koji ma je ~ove~anstvo vi { e i l i mawe ovl adal o. Na Sl i ci 1.1 dati su va` ni ji obl i ci ener gi je i neke mogu}nosti prevo| ewa jednog obl i ka u dr ugi /1/. P osmatr aju}i mogu}e tr ansf or maci je jednog obl i ka ener gi je u dr uge mo` e se uo~i t i da su neke od ovi h tr ansf or maci ja povratne: ener gi ja zra~ewa se mo` e pr etvor i ti u el ektr i ~nu (sol ar ni m bater i jama, na pr i mer ), a el ektr i ~na ener gi ja u ener gi ju zra~ewa (l aser omi l i si jal i com, na pri mer ). S dr uge str ane, neke od ovi h tr ansf or maci ja su nepovr atne: vrl o je l ako hemi jsku ener gi ju gori va sagorevawempr evesti u topl otnu, al i je veoma te{ ko, di r ektni mput em, i zvesti obrnut proces. Za prevo| ewe topl otne ener gi je u hemi jsku, potr ebno je da se pr vo prevede u mehani ~ku (pokr etawe parne turbi ne), a zati mmehani ~ka u el ekt r i ~nu (generator om), kojommogu da se pune bater i je. Svi vi dovi ener gi je i maju ogr oman zna~aj u ` i votu qudi pa se zato zakoni ma wi hove tr ansf or maci je pokl awa posebna pa` wa: jedi no poznavawe ti h zakona omogu}ava ~ove~anstvu kor i { }ewe ener gi je sa najve}i mstepenomkori snosti .

2

Gor i va

/ 1 / i g u r d u a k i l b o g o n d e j a w e | o v e r p a v e t u p d o i k e n i e j i g r e n e i c i l b o i j i n ` a V : 1 . 1 a k i l S

3

1 Uvod

1.2 I STORI J A T KORI [ ] EWA ENERGETSKI H I ZVORA P r vobi tni ~ovek, koji se pojavi o pr e oko mi l i on godi na (prema novi ji m podaci ma pr e oko 2, 5 10 6 god.) r aspol agao je samo snagomsopstveni h mi { i }a. Vr { e}i f i zi ~ki r ad, ~ovek je r azvi jao snagu od 0,05-0,06 k W, ~emu je odgovar ao r ad od oko 600-700 k Wh godi { we. U t oku pal eol i t a ~ovek je po~eo da se kor i sti pr i mi ti vni m kameni m or u| em, hr ani o se bi q nom i ` i voti wskom hr anom u si r ovomstawu i { ti ti o od hl adno}e ode}om, tr o{ e}i dnevno 2- 3 10 - 3 k Wh topl ote. (U neol i t u, ~ovek je po~eo da se kor i sti snagom mi { i }a doma}i h ` i voti wa. Snaga kowa, na pri mer, i znosi 0,6-0,7 k W). Ovakvo pove}awe kor i { }ewa ener gi je omogu}i l o je razvoj zanata i duhovnog ` i vota ~oveka. Kor i { }ewem vatr e za gr ejawe i za{ ti tu od gr abqi vi ca, koje je ~ovek nau~i o pre oko 500.000 godi na, dnevna potr o{ wa topl otne energi je nar asl a je na oko 11 10 - 3 k Wh (ukq u~uju}i sagor evawe i i shr anu doma}i m` i voti wama) /2/. 





A ko se dr vetomkao gor i vom~ovek po~eo kor i sti ti kada je upoznao i po~eo da upot r ebqava vatr u, ugaq i naf tu je po~eo kor i sti ti znatno kasni je. P oznato je da se ugaq u K i ni dobi jao jo{ 1.000 godi na pre na{ e er e, a u I tal i ji i Gr ~koj oko 400 godi na pr e na{ e ere. Gr ~ki f i l ozof A r i stotel pomi we u svomdel u ' Meteorol ogi ja" ugaq i poredi ga sa dr veni mugq em, a wegov u~eni k Teof r ast nazi va ugaq ' gor u}i mkamenom". On opi suje wegova svojstva i daje popi s nal azi { ta ugq a. U sr edwem veku engl eski kr aq E d v a r d I (E dvar d I ) zakonski je ~ak zabrani o kori { }ewe ugq a za gr ejawe zbog' l o{ eg mi r i sa", koji je nastajao wegovi msagor evawem. U M esopotami ji naf ta se po~el a dobi jati jo{ 6-8.000 godi na pre na{ e er e. P o~etak kor i { }ewa ener gi je vodeni h i vazdu{ ni h tokova (r eka i vetr a) pri padaju per i odu prve hi q ade godi na na{ e er e, pri ~emu je snaga ti h postr ojewa dosti zal a u to vreme 2-3 k W. Ener gi ja vodeni h i vazdu{ ni h tokova zajedno sa snagommi { i }a q udi i ` i voti wa predstavq al a je ener getsku bazu ~ove~anstva u toku dugog vr emenskog per i oda po~i wu}i sa r obovl asni ~ki m i f eudal ni m dr u{ tvomi zavr{ avaju}i u vreme manuf akt ur ne pr oi zvodwe. Ukupna snaga po gl avi kor i sni ka bi l a je neznatna - stoti deo ki l ovata. Vodeni t o~ak i vetr ewa~a bi l i su poznati u I ndi ji , Vavi l onu, Egi ptu i K i ni jo{ pre na{ e er e, al i u usl ovi ma r obovl asni ~kog dr u{ tva ni su na{ l i { i r u pri menu, jer je r u~ni r ad robova obezbe| i vao neophodnu kol i ~i nu rada. Tek sa r azvojem zanata, a zati m i manuf aktur ne proi zvodwe po~eo je da se kor i sti vodeni to~ak za pogon razl i ~i ti h ma{ i na - or u| a. U per i odu manuf aktur ne proi zvodwe ener gi ja vodeni h tokova - hi dr oener gi ja, postal a je osnova i ndus-

4

Gor i va

tr i je. Snaga ur e| aja i znosi l a je 20-30 k W. Vetr ewa~e se kor i ste na i stoku od VI I veka, a u Evropi od XI I veka, pri ~emu je wi hova snaga dosti zal a 10 k W. P r vo ' topl otno" pogonsko sr edstvo bi l o je par na ma{ i na. P r ona| ena u XVII veku od str ane Savery -a (Saver i ja) 1698. godi ne i P a p i n -a (P apena) 1690. godi ne, par na ma{ i na je po~el a da se pr i mewuje u XVIII veku od str ane Newcomen -a (Wukomena) 1712. godi ne, Watt -a (Vata) 1765. godi ne i P ol zunova (P ol zunov) 1764-1766. godi ne sa stepenomkor i snosti od 0,1-1,0%. Vatova par na ma{ i na po~el a je da se pr i mewuje u svi mpr oi zvodni mobl asti ma: 1880. godi ne u Engl eskoj je u r udni ci ma ugq a bi l o 30 par ni h ma{ i na, u r udni ci ma bakr a - 22, a u teksti l noj i ndustr i ji - 84, pr i ~emu je ukupna snaga i znosi l a 52.000 k W. K r ajem XI X veka snaga staci onar ni h i tr anspor tni h par ni h ma{ i na u svetu i znosi l a je 90 10 6 k W. Jedi ni ~na snaga par ni h ma{ i na dvadeseti h godi na na{ eg stol e}a por asl a je od r ani ji h 3-5 k W na 10-15.000 k W, a stepen kor i snosti od 3 na 16-18%. 

P o~eci i ndustr i jske pr i mene naf t e dati r aju i z XVII veka, kada su stanovni ci A l zasa, [ kotske, Gal i ci je, Rumuni je i na K avkazu vr { i l i pr i mi t i vnu desti l a-

S l i ka 1.2: Dobi jawe i pr er ada naf t e u 16. veku /3/ ci ju naf te u ci q u dobi jawa uq a za osvetq ewe, dok neki podaci ukazuju da je naf ta, na ovaj na~i n kori { }ewa i u XVI veku (Sl i ka 1.2).

1 Uvod

5

I pak, stvar ni mpo~etkomi ndustr i jskog kori { }ewa naf te smatr a se ona godi na kada je i zvesni D r a k e (Drejk) u P ensi l vani ji 1859. godi ne i zvr { i o pr vo bu{ ewe i dobi o naf tu (Sl i ka 1.3) i por ed t oga { to se ~i tavi h dvadeset godi na kor i sti l a i skq u~i vo za osvetq avawe u obl i ku petr ol eja dobi jenog i z naf te. Od 1900. godi ne potr o{ wa naf te nagl o r aste zahvaq ajuju}i brzomr azvoju motor ni h vozi l a, vazduhopl ovstva i brodogr adwe. @el ezni ca se pojavi l a pronal askom par ne l okomoti ve Vivian i Tr ev i t h i k (Vi vi jan i Tr evi ti k), 1802. godi ne; B l e n i k s o n (Bl eni kson) 1811. godi ne; Seguin (Segen) i S t e p h e n s o n (Sti venson) 1829. godi ne. P ar na vu~a kor i { }ena je vi { e od jednog veka. El ektr i ~na vu~a javqa se po~etkom XX veka, a od 1930. godi ne po~i we i pri mena di zel motor a na ` el ezni ci /4/. P ar nu tur bi nu prona{ l i su nezavi sno jedan od dr ugogP a r s o n s (P arsons) 1886. godi ne i Lavalle (L aval ) 1887. godi ne I deja kor i { }ewa vodene par e na ovaj na~i n javi l a se pr e 2.000 godi na: 120 pre na{ e er e Her on A l eksandr i jski ostvar i o je ur e| aj koji se mo` e smatr ati prete~ompar ne tur bi ne, a 1629. godi ne r i mski mehani ~ar B r a n c a (Br anka) je pr edl o` i o sl i ~an ur e| aj. P r ema sovjetski m i zvori ma Zal esov (Zaq esov) jo{ 1807. godi ne r azradi o je konstr ukci ju par ne tur bi ne, a i ste godi ne je i napravi o. Snaga par ne tur bi ne u pore| ewu sa par nomma{ i nompr akti ~no ni je bi l a ogr ani ~ena /5/. U dr ugoj pol ovi ni XI X veka nastaje konstr ukci ja jo{ jedne topl otne ma{ i ne motor a sa unutr a{ wi msagor evawem. P r vi gasni motor konstr ui san je u F r ancuskoj od str ane L e n o i r e-a (L enoar ) 1860. godi ne, a Otto (Oto) i Langen (L angen) u Nema~koj su napravi l i savr{ eni ju konstr ukci ju 1867. godi ne. 1897. godi ne Diesel (Di zel ) je stvori o motor kod koga se gori vo ni je pal i l o spoqni m i zvorom ener gi je - sve}i com, ve} spont ano, u usl ovi ma povi { enog pr i ti ska i t emper atur e. P r ve ter moel ektr ane pojavi l e su se osamdeseti h godi na pro{ l og veka. U SA D pr va el ektr ana za gr adsko osvetq ewe snage 1 k W po~el a je sa r adom1881. godi ne u dr ` avi Vi skonsi n, a u Wujor ku - 1882. godi ne snage 90 k W. U Rusi ji prva el ektr ana bi l a je napravqena u P etr ogr adu, a u Sr bi ji - 1893. godi ne. U XI X veku, u r azl i ~i t i m i ndustr i jama pr i mewi vane su par ne ma{ i ne i l i motor i sa unutr a{ wi m sagorevawem sa gl omazni m prenosom ka ma{ i nama r adi l i cama. P o~etkomXX veka ovakav pogon post epeno se zamewuje ekonomi ~ni ji mi pogodni ji mza r ukovawe - el ektr opogonom. El ektr omotor je udar i o temeq e masovnomgr adskomsaobr a}aju - tr amvaju, a kasni je metr ou i el ektr i f i ci r ani m ` el ezni cama.

6

Gor i va

/ 6 / . d o g . 4 6 8 1 i j i n a v l i s n e P u a n i t o { u b e t f a n e t { i z a l a N 3 . 1 a k i l S

7

1 Uvod

Usavr{ avawem motor a sa unutr a{ wi m sagor evawem za vazduhopl ov bra}a Wr igh t (Rajt ) 1903. godi ne ~i ne prvi motor i zovani l et, a prvi ml azni motor ugr adi o je u avi on 1939. godi ne H e i n k e l (Hajnkel ). Osnove za ml azni pogon patenti r ao je 1930. godi ne Whi tl e (Vajtl ) /7/. Na Sl i ci 1.4 dat je r azvoj snaga kori { }eni h ur e| aja tokomper i oda od 1.700 do 2.000godi ne.

S l i ka 1.4: I zl azna snaga osnovni h ur e| aja /8/

8

Gor i va

1.3 POTRO[ WA ENERGI J E Ve} stot i nu godi na potr o{ wa ener gi je eksponenci jal no raste ne r a~unaju}i pr eki de za vreme I i II svetskog r ata. Svetska potr o{ wa por asl a je u tomper i odu vi { e od 30 puta: 1870. godi ne ukupna svetska potr o{ wa svi h vi dova ener gi je * (ugq a i naf te, ugl avnom) i znosi l a je 21 8 10 6 tona usl ovnog gori va . Razvoj potr o{ we ener gi je tokomovogper i oda dat je na Sl i ci 1.5. 

S l i ka 1.5:

*

P ot r o{ wa ugq a, naf t e, pr i r odnog gasa, hi dr oener gi je i nukl ear ne ener gi je u dosada{ wemper i odu u svet u /9, 10, 11/

U ci q u por e| ewa i i zr a~unavawa kol i ~i ne ener gi je koja se mo` e dobi t i pot puni m sagor evawem gor i va, uvodi se pojam t akozvanog ' usl ovnog gor i va" . Usl ovno gor i vo pr i sagor evawu osl oba| a 29.300 k J / k g. P r er a~unavawe gor i va na usl ovno gor i vo vr { i se pr ema obr ascu:

gde su: G UG ( t UG) - masa usl ovnog gor i va, G ( t ) - masa gor i va koje se pr er a~unava na usl ovno, H ( k J / k g) - t opl ot na mo} gor i va koje se pr er a~unava na usl ovno.

9

1 Uvod

Samo u per i odu od 1960. do 1974. godi ne ukupna svetska potr o{ wa energi je por asl a je skor o dva puta: ukupna svetska potr o{ wa ener gi je 1960. godi ne i znosi l a je 4.228 10 6 t U G , a 1974. godi ne - 7.971 10 6 t o na usl ovnog gori va. 



U per i odu i zme| u 1960-1970. godi ne potr o{ wa svi h nosi l aca ener gi je ni je r avnomer no r asl a: potr eba za ~vr sti mgor i vomporasl a je za 24%, dok je potr o{ wa naf te por asl a za 100%, a pr i r odnoggasa ~ak za 117%. I stovr emeno sa porastompotr o{ we, me| uti m, mewal a se i wena str uktur a. Dok je 1870. godi ne u~e{ }e ugq a u svetskoj potr o{ wi ener gi je i znosi l o 95%, a naf te svega 5%, sto godi na kasni je ugaq u~estvuje sa svega 35,3%, naf ta sa ~i tavi h 41,7%, 20,7% ener gi je se dobi ja i z pri r odnog gasa, a ostatak od 2,3% pr edstavq a hi dr o i nukl ear na ener gi ja. P r ednost je, o~i gl edno dobi l a, u to vr eme jo{ jef ti ni ja ener gi ja i z naf te i pri r odnog gasa. Detaq ni ja str uktur a pot r o{ we ener gi je u svetu za posl edwi h petnaestak godi na predstavq ena je na Sl i ci 1.6.

10

Gor i va

S l i ka 1.6: S t r ukt ur a pot r o{ we ener gi je u svet u za posl edwi h 15-ak godi na /12/

11

1 Uvod

Svetska potr o{ wa ener gi je u 1991. godi ni i znosi l a je oko 12,3 10 9 t U G . K onvenci onal na gor i va u~estvuju u woj sa oko 85% odnosno sa 10,5 10 9 t U G . Naf ta predstavq a gl avni i zvor ener gi je u~estvuju}i u ukupnoj potr o{ wi sa oko 40%, na ugaq ot pada oko 26%, a na gas oko 21%. 



P o~etkom sedamdeseti h godi na udeo gasa sve vi { e r aste da bi 1991. godi ne i znosi o 2, 5 10 9 t U G . P otr o{ wa gasa je u 1991. godi ni bi l a za 65% ve}a nego 1974. godi ne, dok odgovar aju}i procenti pove}awa potr o{ we za ugaq i naf tu i znose 50%, odnosno 16%. 

P r ema podaci ma i z 1990. godi ne vi soko r azvi jene i ndustr i jske zemq e, koje u svetskomstanovni { tvu u~estvuju sa oko 15%, tr o{ e oko 50% cel okupne svetske pot r o{ we. Bi v{ e soci jal i sti ~ke zemq e, u koji ma ` i vi oko 8% stanovni { tva sveta u~estvuju sa oko 26%, dok zemq e u r azvoju (77% svetskog stanovni { tva) tr o{ e samo 24% ener gi je (Sl i ka 1.7 /13/)

S l i ka 1.7

12

Gor i va

Do sl i ~ni h zakq u~aka se mo` e do}i i por ede}i potr o{ wu ener gi je po gl avi stanovni ka za godi nu dana. I ako je pr ose~na potr o{ wa pri mar ne ener gi je i znosi l a oko 2,5 t U G po gl avi stanovni ka, detaq ni ja anal i za ukazuje na ogr omne postoje}e r azl i ke i zme| u r azvi jenog i ner azvi jenog del a sveta (Sl i ka 1.8).

S l i ka 1.8: P ot r o{ wa ener gi je u t onama usl ovnog gor i va po st anovni ku /14/

Tabel a 1.1: P ot r o{ wa ener gi je u t onama usl ovnog gor i va po st anovni ku /14/ Zemq a

1979

1982

1989

SA D

11,12

9,43

9,54

K anada

9,91 *

Bi v{ i SSSR

5,52

5,77

6,63

I ndi ja

0,18

0,20

0,27

[ vedska SF RJ

*

5,0 2,08

2,33

SRJ

*

*

2,603

A ustr i ja

4,28

3,71

4,018

Bugar ska

2,93

5,59

4,890

Gr ~ka

2,13

2,06

3,121

Ma| ar ska

3,71

3,84

3,667

Rumuni ja

4,47

4,63

I tal i ja

3,47

2,89

P odaci dati za 1987. godi nu.

3,813

13

1 Uvod

1.4 REZERVE PRI MARNE ENERGI J E Ugaq , naf ta, pr i r odni gas predstavq aju takozvane neobnovq i ve i l i i scr pqi ve nosi oce ener gi je, za ~i je su nastajawe bi l e potr ebne stoti ne mi l i ona godi na. Neophodan podatak za pr or a~une i pr edvi | awa kol i ko }e jo{ vremena mo}i da se kor i ste su svakako postoje}e r ezer ve naf te, ugq a i pri r odnoggasa. P r i r azmatr awu wi hovi h r ezer vi mor a se vodi ti r a~una o tome da je wi hovo ta~no pr edstavq awe ote` ano kako zbogstal ne potr o{ we, tako i zbog otkr i vawa novi h nal azi { ta, odakl e ver ovatno i poti ~u r azl i ke u brojni m vr ednosti ma, koje se u str u~noj l i t er atur i javq aju. Tako| e, pri l i kom tuma~ewa pojedi ni h r ezer vi , potr ebno je znati i osnovnu podel u vr sta r ezer vi . Rezer ve se r azvr stavaju prema stepenu i str a` enost i i prema stepenu i skor i sti vosti *. Svetske r ezerve naf te na dan 1.1.1992. godi ne procewene su na 134,6 10 9 t /12/. Oko tr i ~etvr ti ne ovi h r ezer vi nal aze se u takozvani mOPEC zemq ama (Organ i s a t i o n o f P e t r o l e u m E x p o r t i n g C o u n t r i e s ) a pol ovi na u svega ~eti r i od wi h: Saudi jskoj A r abi ji , I r anu, I r aku i K uvajtu. P osl edwi h 20 godi na su pr ocewene svetske rezer ve naf te pove}ane za 157% zahvaq uju}i poja~ani mi str a` i vawi ma i savr emeni mpostupci ma i t ehni kama. 

*

P r ema st epenu i st r a` enost i r ezer ve su, Me| unar odni m geol o{ ki m kongr esom, 1937. godi ne, podeq ene u t r i kat egor i je: K at egor i ja A - obuhvat a r ezer ve ~i je su kol i ~i ne i pr ost i r awe t a~no i spi t ane i ut vr| ene (podgr upa A1 - r ezer ve u ekspl oat aci ji ; podgrupa A2 - r ezer ve spr emne za ekspl oat aci ju); K at egor i ja B - obuhvat a r el at i vno i st r a` ene r ezer ve, i spi t ane sa 8095% si gur nost i ; K at egor i ja C - odnosi se na ver ovat ne al i ne i dokazane r ezer ve (podgr upa C 1 - mogu} e r ezer ve; podgr upa C 2 - r ezer ve ~i je se post ojawe pr et post avq a). P r ema st epenu i skor i st q i vost i r ezer ve se mogu podel i t i na: geol o{ ke, koje obuhvat aju dokazane i ver ovat ne r ezer ve, al i bez odgovar aju} i h anal i za o mogu} nost i ma, usl ovi ma i ekonomi ~nost i wi hove ekspl oat aci je; bi l ansne, koje obuhvat aju sve r ezer ve ~i ja je ekspl oat aci ja ekonomski opr avdana, vanbi l ansne, r ezer ve ~i ja ekspl oat aci ja ni je ekonomski opr avdana, na dana{ wemni vou saznawa i t ehni ke ekspl oat aci je.

14

Gor i va

[ to se ti ~e pr i r odnog gasa utvr | ene i spremne za ekspl oataci ju rezer ve i znose 119,49 10 12 m 3 . Vi { e od 2/3 ovi h r ezer vi nal azi se u bi v{ em Sovjetskom Savezu i zemq ama Bl i skog I stoka /12/. 

S l i ka 1.10: R ezer ve pr i r odnog gasa u svet u /12/

S l i ka 1.9:Rezer ve naf t e u svet u /12/

Rezerve kamenog ugq a cene se na 72 0 10 9 tona, ukqu~uju}i i antr aci t (Sl i ka 1.11). Uzi maju}i u obzi r i r ezer ve mr kog ugq a ~i je se r ezer ve procewuju na 13 3 10 9 t U G , dobi jaju se ukupne r ezer ve ugq a u i znosu od 85 3 10 9 t U G /12/. 





Ukupne rezer ve ugq a, ukq u~uju}i i one koje na dana{ wemni vou, a ni u dogl edno vr eme, ni su ekonomski i spl ati ve i znose ~ak 8.330 10 9 t U G . 

U i ndustr i jski r azvi jeni m zemq ama ener gi ja vodeni h tokova - hi dr oener gi ja je naj{ i r e i skori { }ena; u zemq ama u r azvoju ona predstavq a jo{ vel i ki potenci jal . P otenci jal vodeni h tokova zemq e reda vel i ~i ne je 45.000 TWh /god. (5,5 10 9 t U G /god.). î ni se da je tehni ~ki i skor i stq i vo samo oko 13.000 TWh /god. (1, 6 10 9 t U G /god.) od ~ega S l i ka 1.11: Rezer ve ugq a u svet u /12/ ekonomski opr avdano ok o 10.000 TWh /god. (1,23 10 9 t U G ). Stvar no se kor i sti { i r omsveta samo oko 1.300 TWh /god. (1,6 10 8 t U G ). U Evropi je si tuaci ja dr uga~i ja: od ekonomski i skor i sti vog potenci jal a od oko 723 TWh /god. (8, 9 10 7 t U G /god.), kori sti se samo pol ovi na /15/. 









15

1 Uvod

1.5 KRATKORO^NA PREDVI \ AWA POTRO[ WE I REZERVI NOSI LACA ENERGI J E Vr eme mogu}eg kori { }ewa pri mar ni h nosi l aca ener gi je mogl o bi se, u pri nci pu, rel ati vno l ako i zr a~unati na osnovu godi { weg pri r a{ taja potr o{ we ener gi je i postoje}i h r ezer vi , pod pretpostavkom da se r ezer ve bi tno ne promene. Ovakve anal i ze su ve} vi { e puta vr { ene i dobi jeni r ezul tati mogu}eg vremena kor i { }ewa postoje}i h r ezer vi se kr e}u od kr ajwe pesi mi sti ~ki h do opti mi sti ~ki h. Na osnovu dosada{ wi h nal azi { ta naf te ove pr ocene se kr e}u: -

za naf tu:

40 do 60 godi na. P otr o{ wa naf te u 1991. godi ni i znosi l a je 3,3 10 9 tona. P od pretpostavkom da se ne na| u nova nal azi { ta i bez gori vi h { kri q aca i uq ni h pe{ ~ar a, dol azi se jednostavnomr a~uni comda naf te i ma jo{ za oko 30 godi na. âk da se, u najpovoqni jemsl u~aju, ostvar e pr ocewene r ezerve i da se poboq{ a stepen i skor i { }ewa l e` i { ta naf te, sl i ka se ne bi bi t no i zmeni l a. Rel ati vno mawi r ast pr oi zvodwe naf te mo` e se objasni ti sl ede}i mrazl ozi ma: - poja~ane pri mene dr ugi h nosi l aca ener gi je - pr i r odnog gasa i nukl ear ne ener gi je, - zamenomnaf te ugq emgde god je to mogu}e, i - r azvojem postupaka i mer a za potpuni je i r aci onal ni je kor i { }ewe ener gi je uop{ te, pa ti me i naf te. Zadr ` avaju}i postoje}e odnose ukupne r ezer ve naf te bi l e bi i skor i { }ene do 2029. godi ne (Sl i ka 1.12).; 

-

za pr i r odni gas: 60 godi na. P ol aze}i od r ezer vi gasa od 119,49 10 12 m 3 i stal no rastu}e potr o{ we, mo` e se uo~i ti da se za pri r odni gas mogu i zvu}i sl i ~ni zakq u~ci kao i za naf tu (Sl i ka 1.12).;

-

za ugaq :



od 200 do 1000 godi na. Uzi maju}i u obzi r ukupne r ezer ve ugq a od t U G i potr o{ wu i z 1991. godi ne od 3,421 10 9 tona usl ovnoggor i va, dol azi se do zakq u~ka da se od ugq a mo` e dobi ti dovoq no ener gi je za du` i per i od vr emena. Odavde pr oi sti ~e da }e svakako do}i do preor i jentaci je ni za postr ojewa na pogon sa ugq em, i por ed pr obl ema zaga| ewa i bal asta, pa i do wegove ve}e i br` e potr o{ we. Rezer ve ugq a ne}e se kor i sti ti samo za di r ektno sagor evawe i dobi jawe topl ote, ve} }e se pr ocesi ma, koji su dobr i mdel omna dana{ wemst epenu saznawa ve} r e{ eni , pr evodi ti u gasovi ta i te~na gori va (Sl i ka 1.12). 8,53 10 11 



16

Gor i va

U dana{ wi m r azmatr awi ma o potr o{ wi ener gi je i pr i mar ni m nosi oci ma ener gi je gori vi { kri q ci i uq ni pe{ ~ar se ni su pojavi l i , jer pored i zvanr edni h gori va, kao { to su naf ta i gas, ni su bi l i ni ekonomi ~ni , ni konkur et ni po kol i ~i ni topl ote, a i zazi val i su probl eme vezane za sadr ` aj mi ner al ni h materi ja u sebi . Danas, na pomol u st var ne ener getske kr i ze, oni po~i wu da se kor i ste bi l o u pr ocesi ma di r ektnog sagor evawa, bi l o pr er a| eni u obl i ku gasovi ti h i l i t e~ni h gor i va. Ra~una se, pr ema gr ubi mpr ocenama da bi se pr er adom gor i vi h { kri q aca i uq ni h pe{ ~ar a dobi l a kol i ~i na naf te tr i puta ve}a od sada{ wi h r aspol o` i vi h r ezer vi naf te /13/. S l i ka 1.12: Rezer ve naf t e, gasa i ugq a /12/ [ to se t i ~e ener gi je vodeni h tokova, osetan hi dr opotenci jal postoji u zemq ama u r azvoju, al i i pak ne tol i ki , da bi se wegovi muvo| ewemu upotr ebu, bi t ni je i zmeni l a ener getska si tuaci ja sveta. P r i l i kom pravq ewa pl anova za budu}nost t r eba vodi ti r a~una o jo{ dva f aktora, koji u dosada{ wi mpl anovi ma razvoja potr o{ we ener gi je ni su uzi mani u dovoqnoj mer i i l i uop{ te u obzi r : 1. Zemq e u r azvoju u~estvoval e su do sada u svetskoj potr o{ wi energi je sa veoma mal i m del om (svega 24%), pa je nor mal no o~eki vati da se ova r azl i ka, koja postoji i zme| u i ndustr i jski r azvi jeni h zemaq a i wi h smawi . 2. Stanovni { tvo svet a svake godi ne pove}a za 90 mi l i ona qudi , od ~ega 80 mi l i ona u zemq ama u r azvoju. U sl ede}i h 35 godi na, dakl e samo za jednu gener aci ju, u K i ni }e bi t i vi { e 300 mi l i ona q udi , u I ndi ji - 600 mi l i ona q udi . P r ema podaci ma Ri mskog kl uba /17/ u 2020. godi ni pr edvi | a se da na zemq i bude 8 mi l i jardi , a ve} 2050. - deset mi l i jardi q udi . Nasuprot budu}oj vi sokoj potr o{ wi stoje ogr ani ~ene r ezer ve pr i mar ni h nosi l aca ener gi je. Vi dq i vo je da }e i naf ta i pri r odni gas bi ti veoma brzo i scr pqeni , a da ugaq daje ne{ t o vi { e mogu}nost i za kor i { }ewe. To zna~i da }e potr o{ wa ener gi je i daq e r asti , al i }e se odnos i zme| u pojedi ni h nosi l aca mewat i . K r atkor o~ne pr ognoze (do sr edi ne 21 veka) pr ema WE C C o n s e r v a t i o n C o m m i s i o n 1986., date su na Sl i ci 1.13 /18/.

17

1 Uvod

S l i ka 1.13

1.6 DUGORO^NA P REDVI \ AWA NOSI LACA ENERGI J E Dugor o~ne prognoze razvoja potr eba za energi jom zasni vaju se na odr e| eni m pretpostavkama. St epen ta~nosti ti h pr ognoza zavi si da l i se, i kol i ko, def i ni sane pr etpostavke na dana{ wemst epenu r azvoja nauke i saznawa mogu sa si gur no{ }u utvr di ti . Zbog odr e| ene mer e nesi gur nosti potr ebno je, por ed predvi | enogpl ana r azvoja mogu}i h novi h i zvora ener gi je, pr edvi deti i al ter nati vna r e{ ewa. Tako| e je jasno da su za obezbe| i vawe ener getski h potr eba ~ove~anstva u budu}nosti potr ebne nove tehnol ogi je. Za r e{ avawe ovakvi h probl ema potr ebna su i znatna f i nansi jska ul agawa uz dugotr ajan r ad na i str a` i vawu svi h nau~ni h i i st r a` i va~ki h potenci jal a sveta. Bez obzi r a, na procenu vr emena tr ajawa r ezer vi naf te, pr i r odnog gasa, ugq a, pa i nukl ear nog gori va, ~i weni ca je da wi hovo i scr pqi vawe predstoji i da se ~ove~anstvo mor a sa wi me suo~i ti . U tomsmi sl u ener getska kri za 1973. godi ne dobr o je do{ l a da uka` e na krhkost postoje}eg si stema. Ova kr i za pokrenul a je ni z i str a` i va~ki h r adova i tema, bi l o u ci q u potpuni jeg i r aci onal ni jeg kor i { }ewa kl asi ~ni h i zvora ener gi je, bi l o u pr avcu i znal a` ewa i kor i { }ewa novi h vi dova ener gi je.

18

Gor i va

Dugor o~no posmatr ano, i zbor koji je ~ove~anstvu na r aspol agawu je ogr ani ~en, al i mu je potenci jal ogr oman. Tr ajni * ener getski i zvori , r aspol o` i vi za kor i { }ewe su : - ter monukl ear ne tr ansf ormaci je na Suncu - sol ar na ener gi ja, - r aspad i zotopa u unutr a{ wosti zemq e - geoter mal na ener gi ja, i - kr etawe pl aneta.

1.6.1 GEOTERMAL NA ENERGI J A Sa sadr ` ajemtopl otne ener gi je unutar Zemq e mogao bi se probl emobezbe| i vawa Zemq e ener gi jomre{ i ti za bi l o koji predvi | en vr emenski per i od. K ao { to je poznato, i spod zemq i ne kor e l e` i r astopq en sl oj - magma. Osnova zemq i ne kor e nal azi se na dubi ni od 25-50 k m i spod povr { i ne Zemq e na temper atur i od 200 do 1000o C . P r etpostavq aju}i da se topl ota mo` e dobi ti samo i z sl oja debq i ne 100 k m (po~ev na i spod 32 k m od povr { i ne zemq e) mo` e se i zr a~unati ukupna kol i ~i na topl otne ener gi je koja bi mogl a bi ti na r aspol agawu. P ol aze}i od podataka da je sredwi speci f i ~ni topl otni kapaci tet zemq e 600 J / k gK ), da je u posmatr anom sl oju debq i ne 100 k m sr edwa temper atur a 1000°C , da je gusti na 1500 k g/ m 3 , kao i od poznati h podataka o vel i ~i ni Zemq e, kol i ~i na topl ote koja se mo` e dobi ti ako se ova masa ohl adi do temper atur e koja vl ada na povr { i ni zemq e i znosi oko 50 10 2 1 MJ . 

A ko bi se ova ener gi ja kor i sti l a hi q adu godi na, dobi jena kol i ~i na ener gi je bi l a bi 10.000 puta ve}a od svetske potr o{ we energi je danas /19/. Na dana{ wem ni vou znawa ne postoji r e{ ewe kori { }ewa ove ener gi je, al i bi upotr eba i del a ove ener gi je bi l a zna~ajna. Sl i ~ni prora~uni i zvr { eni u SR Nema~koj za dubi nu do 5.000 metara pokazuju da bi se dobi l a energi ja 3.000 puta ve}a od godi { we pot r o{ we /20/. Real ne pr ognoze odnose se na dubi ne 4-6 k m : geotermal na ener gi ja na ovoj dubi ni mogl a bi se kori sti ti pri nudni muvo| ewemvode na tu dubi nu pod usl ovom da se stvor i dovoq na povr { i na kont akta, koja bi omogu}i l a zadovoq avaju}u r azmenu topl ote (Sl i ka 1.14). Do sada su ekonomski zna~ajne kol i ~i ne energi je ostvar ene samo u obl asti ma, gde postoji odgovar aju}a vul kanska akti vnost, koja se mani f estuje i zvori ma vr el e vode i l i par e. P ored dobi jawa el ektr i ~ne ener gi je, geoter mal na ener gi ja se mo` e kor i sti ti za gr ejawe stanova, i ndustr i jski h prostor i ja, u poq opr i vr edi i dr . K ori { }ewe topl i h i zvora vode i l i par e u ci q u dobi jawa el ektr i ~ne

*

I por ed t oga { t o egzakt no posmat r ano u f i zi ~kom smi sl u nazi v t r ajan ni je kor ekt an, mo` e se pr i hvat i t i s obzi r om na q udske r azmer e vr emena.

1 Uvod

19

ener gi je po~i we 1904. godi ne, kada je u I tal i ji , L a r d a r e l l o (L ar dar el o), sagr a| en prvi eksper i mental ni ur e| aj. Godi ne 1913. snaga ur e| aja i znosi l a je 250 k W, a danas, 390 MW. Najve}a geoter mal na postr ojewa za dobi jawe el ektr i ~ne ener gi je nal aze se u SA D ( Th e Geyse r s - 50 2 MW), I t al i ji i NovomZel andu (Wa i r a k e i - 2 90 MW), a ukupna snaga ovi h postr ojewa u svetu i znosi 1351,2 MW /15/. Sa neel ektr i ~ni m kor i { }ewem ovi h postr ojewa { i r omsveta ovaj potenci jal je za 5500 MW vi { i , al i je u pore| ewu sa ukupni m potenci jal omovog ener getskog i zvora i pak jo{ zanemar q i vo mal i . U SA D se predvi | a da }e kr ajemvog stol e}a bi t i pr oi zvedeno kori { }ewemgeoter mal ne ener gi je 100.000 M We /1/.

20

S l i ka 1.14:

Gor i va

K or i { } ewe geot er mal ne ener gi je: 1-voda za hl a| ewe, 2-kondenzat or , 3-el ekt r ogener at or , 4-pr egr ejana par a, 5-nukl ear nom eks pl ozi jom napr avq ena { upq i na, 6-ponovno uvo| ewe kondenzat a vode, 7-nepr opust q i va st ena t emper at ur e oko 350°C /15/

21

1 Uvod

1.6.2 ENERGI J A PL I ME I OSEKE I zvor ove ener gi je je gr avi taci ona ener gi ja si stema Zemq a - Mesec - S unce. Usl ed obr t awa Meseca oko Zemq e i i stovremenog obr tawa Zemq e oko Sunca, dol azi do pl i me i oseke mor a u per i odi ma od po 12 h . Kor i { }ewe pl i me i oseke mogu}e je samo ako je vi si nska razl i ka ni voa mor a i zme| u pl i me i oseke ve}a od dva metr a. Najve}a vi si nska r azl i ka je u zal i vu F u n d y (K anada) i sever ozapadnoj A ustr al i ji - 11 m . P r vo i zgr a| eno postr ojewe u L a R a n c e -u (F r ancuska) snage je 240 MW, uz mogu}nost pove}awa na 350 MW. U K anadi se i spi tuje mogu}nost i zgr adwe postr ojewa od 2176 MW u pomenutomzal i vu /11/. I por ed toga { to pr edstavq a va` an i zvor ener gi je u odr e| eni m obl asti ma, ener gi ja pl i me i oseke usvetski mokvi r i ma nema zna~aja.

1.6.3 SOLARNA ENERGI J A P r ai zvor svi h vrsta ener gi ja koje mi danas kori sti mo je ener gi ja zra~ewa, koja dol azi od Sunca. Sva na{ a hemi jska gori va - dr vo, ugaq , naf ta i pri r odni zemni gas, nastal a su od bi q ni h i ` i voti wski h organi zama, koji su r asl i i ` i vel i pod dejstvom Sun~eve svetl osti . Vodena ener gi ja koja pokr e}e hi dr oel ektr ane je nastal a i spar avawemvode i weni mkondenzovawemna vi { emni vou, { to je opet r ezul tat Sun~evog zr a~ewa. Energi ja zr a~ewa Sunca je gi gantska. Ona je 22.000 ve}a od sada{ we potr o{ we ~ove~anstva. A ko se pr etpostavi da se samo 2 pr omi l a povr { i ne zemq e mo` e kor i sti ti za kor i { }ewe ener gi je Sunca sa stepenomi skor i { }ewa od 20%, dobi ja se snaga od 14,2 10 12 W, dakl e vi { e od sada{ we snage pr i mar ni h nosi l aca ener gi je. Mo` e se o~eki vati da se godi { we potr ebe od 15 - 20 10 9 t U G obezbede sol ar nomener gi jom/21/. 



Na` al ost, i por ed veoma pri vl a~ni h kar akteri sti ka, sol ar na ener gi ja u di r ektnomkor i { }ewu i ma odr e| ene nedostatke. To su: - mal a kol i ~i na ener gi je po povr { i ni , pa je zbog toga potr ebno za weno kor i { }ewe vel i ka povr { i na, - ci kl i ~na promenqi vost, i zazvana danono}ni mpojavama, i - zavi snost od meteorol o{ ki h usl ova. Sun~eva ener gi ja pr i spel a na Zemq u mo` e se kor i sti ti di r ektno i l i i ndi r ektno (Sl i ka 1.15). Sol ar ne el ektr ane sa centr al ni mpr i maocem(C RS - C en t r a l R ec e i ve r System ) su u eksper i mental noj f azi u SA D, [ pani ji i F r ancuskoj. Ni z pokretni h ogl edal a (hel i ostata) usmer ava odbi jene sun~eve zr ake ka centr al noj jedi ni ci - pri maocu.

22

Gor i va

e j i g r e n e e v e ~ n u S a w e } { i r o k i t s o n } u g o M : 5 1 . 1 a k i l S

1 Uvod

23

Ovo zna~i da je Sun~evo zr a~ewe (m a x 1 k W/ m 2 ) veoma koncentr i sano, tako da se pri mal ac mo` e konstr ui sati veoma mal i m. U pri maocu tamni h povr { i na Sun~evo zr a~ewe se pr enosi na pogodan medi jum. Ovaj zagr ejani f l ui d, pogodan za prenos topl ote, kor i sti se za zagr evawe u gener ator u par e. P omo}u par ne tur bi ne i el ektr ogener atora proi zvodi se el ektr i ~na ener gi ja i ukq u~uje u kl asi ~an el ektr o si stem(Sl i ka 1.16). I zme| u 1984. i 1988. godi ne u K al i f orni ji je i zgr a| eno vi { e sol ar ni h el ektr ana ukupne snage od 275 MW. Sa r azvojem ove tehnol ogi je smawi l a se i

S l i ka 1.16 cena jednog ki l ovata: od po~etne cene od 0,23 U S D/ k Wh na 0,10 USD /22/. Hi dr oener gi ja je naj~e{ }e i najvi { e kor i { }en obl i k sol ar ne ener gi je. Godi ne 1987. hi dr oener gi ja je u~estvoval a u proi zvodwi el ektr i ~ne ener gi je sa 17% u r azvi jeni m, a sa 31% u ner azvi jeni m zemq ama /21/. P r ema novi m pr ocenama Svetske ener getske konf er enci je kol i ~i na hi dr oener gi je koja se, ekonomski pri hvatq i vo, mo` e i skor i sti ti je ~ak 5 puta ve}a od dana{ we. A ko se i zvr { i detaq ni ja anal i za mogu}i h vi dova kori { }ewa, ne r azmatr aju}i hi dr opot enci jal , o kome je ve} bi l o r e~i , mo` e se odmah uo~i ti da neki od pri kazani h vi dova - potenci jal ni h ener getski h i zvora moraju bi ti i skq u~eni i z

24

Gor i va

daq i h r azmatr awa. Ovo se mo` e zakq u~i ti za kori { }ewe ener gi je gl e~er a i l i str ujawe mor a, koji poseduju mal e potenci jal e, a zahtevaju re{ avawe ni za probl ema vezani h za tr ansf or maci ju u pogodni je vi dove ener gi je, tr ansport i skl adi { tewe. Godi { wi teor i jski potenci jal vetr a i znosi za ceo svet 3 10 3 k Wh (3, 6 10 1 2 t U G ). Real no, ovaj potenci jal se jo{ veoma mal o kor i sti . Kapaci teti i zra~unati teori jski m putem u SR Nema~koj, ukazuju da bi kol i ~i na ener gi je koja bi se dobi l a mogl a da pokr i je 75% potr o{ we i z 1973. godi ne, al i bi bi l o potr ebno i zgr adi ti 30.000 pojedi na~ni h postr ojewa r eda vel i ~i ne MW. 



P r ema i str a` i vawi ma i zvr { eni m u Vel i koj Br i tani ji po svakom kvadr atnom ki l ometr u mo` e da se ostvar i vetr ogener ator i ma 4 MW (16 vetr ogenerator a po 250 k W). Ovo zna~i da bi Vel i ka Br i tani ja sa svoji h 250.000 k m 2 , kada bi po cel oj povr { i ni postavi l a vetr ogener ator e (WIND FARM), dobi l a ener gi ju 20 puta ve}u od dana{ we proi zvodwe /23/. E vropska ekonomska zajedni ca pr edvi | a da }e za 20 godi na 5% proi zvedene el ektr i ~ne ener gi je u wi hovomokr u` ewu bi ti dobi jeno ' eol skom" ener gi jom. Tokomosamdeseti h godi na u svetu su i nstal i sani vetr ogener ator i ukupne snage 1.660 MW, od ~ega 85% u Kal i f orni ji (7.500 vetr ogenerator a) /23/. Danas je ve}i na konstr ukti vni h pr obl ema r azr e{ ena, a zna~ajan kor ak u~i wen je i na poq u ekonomi ~nost i . Od 1981. godi ne cena el ektr i ~ne ener gi je dobi jena na ovaj na~i n, smawena je za ~i tav r ed vel i ~i na tako da i znosi mawe od 0,07 U S D/ k Wh (pore| ewa r adi , cena k Wh dobi jenog i z novi h termoel ekt r ana na ugaq u SA D i znosi oko 0,05 U SD. P r i menoml aki h kompozi tni h matr i jal a i mi kr opr ocesorski kontr ol i sani h tur bi na, A mer i ~ko mi ni st ar stvo za ener gi ju o~ekuje da }e u sl ede}i h 20 godi na cena k Wh bi t i oko 0,035 U SD . Ener gi ja morski h tal asa, koja di r ektno poti ~e i z ener gi je vetr a i ma u odnosu na prethodne ne{ to ve}u koncentr aci ju ener gi je. P otenci jal , koji je zavi san od vi si ne tal asa i wi hove f r ekvenci je, otvar a mogu}nost za kori { }ewe ovog vi da ener gi je u zemq ama sa vel i ki mbr ojemvetr ovi ti h dana i dovoq no dugi mobal ama (V. Br i tani ja, Skandi navi ja i dr .). K ori { }ewe topl ote nastal e zagr evawem hi dr osf er e Sun~evi m zra~ewem ni je svuda mogu}e: ogr ani ~eno je na mal i deo kl i matski povoq ni h obl asti , al i tek onda kada znatni t ehni ~ki i ekonomski probl emi budu pr evazi | eni . F otosi nteti ~ki pr ocesi , koji su, mi l i oni ma godi na dopr i nosi l i stvar awu f osi l ni h gori va i koja se danas kori ste daju godi { we ener getski potenci jal od 1011 t U G . Sa gl edi { ta pr ehr ane sveta i utr o{ ka ener gi je za sakupqawe i pri premu bi omase, bi l o{ ko dobi jawe ener gi je dobi ja sve ve}i zna~aj.

1 Uvod

25

Sol ar ne bater i je pr oi zvode el ektr i ~nu ener gi ju di r ektno i z sun~eve, kada se f otoni apsorbuju u pol uprovodni ci ma. P oseduju ni z pr ednosti proi zvode}i el ekt r i ~nu ener gi ju bez zaga| ewa, buke, a ~esto nema ni pokr etni h del ova. P r ema amer i ~ki mpr or a~uni ma /22/ ukupna pot r o{ wa el ektr i ~ne ener gi je SA D mogl a bi se ostvar i ti na povr { i ni od 37.000 k m 2 i l i mawe od 0,37% povr{ i ne SA D. K omer ci jal na r e{ ewa na tr ` i { tu ve} sada obezbe| uju el ektr ane maksi mal ne snage od 40 MW. Dok 1970. godi ne 1 k Wh i znosi 60 U SD, 1980. - 1 U SD , danas je reda vel i ~i ne od 0,20-0,30 U SD . Ovo je jo{ uvek 4-6 puta vi { e od cene ener gi je dobi jene na konvenci onal an na~i n i z ugq a. Razvoj ove tehnol ogi je je veoma brz, pa se u skor oj budu}nosti o~ekuje wena konkur entnost. I por ed toga { to dana{ we sun~ane }el i je rade sa mal i mstepenomkori snosti oko 10% (maksi mal ni stepen kori snosti koji se mo` e ostvar i ti je 30%), di r ektno pr etvar awe el ektr omagnetnog zra~ewa u el ektr i ~nu ener gi ju je per spekti vno. P r obl emakumul i sawa ener gi je i zahtev za vel i kompovr { i nom vodi ka takozvani mener getski msatel i ti ma, koji bi se i nstal i r al i u or bi ti . Ovde se javq aju jo{ probl emi stabi l i zaci je, tr anspor ta u kosmos, regul i sawa puta i mesta satel i t a i dr . Di r ektna konver zi ja sol ar ne ener gi je, bi l o na Zemq i , bi l o u orbi t i , mo` e se o~eki vati (Sl i ka 1.17 /19/).

1.6.4 VREMENSKA P REDVI \ AWA Na osnovu sopstveni h razmatr awa r azni i str a` i va~i su napravi l i odgovar aju}e vremenske pr ognoze. One i du od sasvi muop{ teni h (S l i ka 1.18 /23/) do konkr etni h (Sl i ka 1.19 /24/ i Sl i ka 1.20 /25/) i sl u` e za i l ustr aci ju, pa se ne}e bl i ` e r azmatr ati . Na osnovu razmatr awa pr obl ema i mogu}i h re{ ewa, mogu se i zvesti sl ede}i zakq u~ci : - i ndustr i jski vi soko r azvi jene zemq e moraju da ogr ani ~e por ast potr o{ we ener gi je, da bi mawe r azvi jeni mzemq ama dal e pri l i ku da posti gnu zadovoqavaju}i ` i votni standar d; - mogu}nosti da se pr i r astu}oj potr o{ wi ener gi je obezbede odgovar aju}e kol i ~i ne naf te i pri r odnog gasa su ogr ani ~ene; potr ebno je zato pr eduzi mawe svi h mogu}i h mer a za r aci onal no i { tedq i vo kori { }ewe ener gi je; - poboq{ avati i daq e r azvi jati tehnol ogi ju kor i { }ewa ugq a. Za ugaq postoje i nter esantne mogu}nosti , al i por ed pr oi zvodwe daq i r azvoj ogr ani ~avaju pr obl emi zaga| ewa okol i ne; - pr obl emmogu}nost i apsor pci je topl ote i CO 2 okol i nommor a se bl i ` e pr ou~i ti ;

26

S l i ka 1.17:

Gor i va

S un~ani

kol ekt or

u or bi t i , post avq en na r ast ojawu od

44000km od Zemq e /9/ vel i ~i ne pr i bl i ` no 10×10k m , sa st epenomkor i snost i od oko 18% skupq ao bi 1, 5 10 7 k W { t o bi 

se mi kr ot al asni mzr a~ewemdovel o na Zemq u. 1-sun~ani kol ekt or , 2-el ekt r i ~ni pr ovodni k (du` i ne 4k m ), 3-obr t na veza, 4mi kr ot al asna ant ena, 5-kont r ol na st ani ca, 6-t opl ot ni r azmewi va~, 7opr ema za hl a| ewe, 9-sunce

1 Uvod

S l i ka 1.18:

27

P ot r o{ wa ener gi je: I - kr at kor o~ni per i od u kome } e se pr et e` no k or i st i t i k l asi ~na f osi l na gor i va; I I - pr el azni per i od, u kome se udeo f osi l ni h gor i va, pr vo r el at i vno a zat i m i apsol ut no smawuje, a sve vi { e se kor i st e dr ugi i zvor i za dobi jawe ener gi je; II I - per i od, u kome dr ugi i zvor i ener gi je i maju domi nant nu ul ogu - dugor o~ni per i od. /23/ S l i ka 1.19: P er i odi pot r o{ we ener gi je: 1-pr edi ndust r i jski , 2-pr el azni , 3 per i od eks ponenci jal nog por ast a pot r o{ we, 4-pr el azni , 5-per i od kor i { } ewa nukl ear ne ener gi je i t r ajni h i zvor a ener gi je /25/

28

Gor i va -

f or si r awe i str a` i vawa si gur nosti na poq u pr i mene nukl ear ne f i si je, a nar o~i t o na i str a` i vawu procesa nukl ear ne f uzi je ~i ji m bi ovl adavawemver ovatno svi probl emi ener gi je bi l i za dal eku budu}nost r e{ eni ; posebnu pa` wu tr eba pokl oni t i r azvoju tehnol ogi ja za kor i { }ewe sol ar ne ener gi je, geoter mal ne ener gi je i ener gi je vetr a.

S l i ka 1.20:

P r edvi | awa pot r o{ we ener gi je. f pr edst avq a udeo odr e| enog ener get skog i zvor a u odnosu na ukupnu pot r o{ wu /26/ (sol f us= sol ar na + f usi ona ener gi ja)

1.7 POTRO[ WA, REZERVE I PROI ZVODWA ENERGI J E U SRJ P r oi zvodwa ugq a u SR Jugosl avi ji posl edwi h godi na, kao i str uktur a data je Tabel ama 1.2i 1.3. P r ema podaci ma i z 1989. godi ne str uktur a u~e{ }a pojedi ni h vrsta ugq a u ukupnoj proi zvodwi i znosi : - kameni 0,30% - mr ki 1,72% - l i gni t 97,98%. P r oi zvodwa naf te i pri r odnog gasa u Sr bi ji data je u Tabel i 1.4 /27/.

29

1 Uvod Tabel a 1.2

P r oi zvodwa ugq a i u~e{ } e S r bi je i C r ne Gor e u S F RJ i S RJ za 1989. godi nu /26/

Vrsta ugq a

SF RJ 10 6 t

K ameni

Sr bi ja 10 6 t

C r na Gor a %

SRJ

%

10 6 t

%

10 6 t

292

132

45,20

-

0

132

45,20

Mr ki

12.063

726

6,00

42

0,35

768

6,35

L i gni t

62.276

41.834

66,95

1.769

2,84

43.603

70,00

Ukupno

74.631

42.692

57,20

1.811

2,40

44.503

59,63

Tabel a 1.3: P r oi zvodwa ugq a u S RJ ( 1 0 6 t ) /26/ 1989. L i gni t Mr ki +kameni Ukupno

1990.

1991.

43.603

44.718

39.426

900

813

812

44.503

45.531

40.238

Tabel a 1.4 Si r ova naf ta (t )

1.063.153

P r i r odni gas i z naf tni h l e` i { ta (103m 3)

214.686

P r i r odni gas i z gasni h l e` i { ta (103m 3)

431.299

Si r ovi gazol i n (t )

14.052

P r opan (t )

9.389

Butan (t )

5.636

I zobutan (t )

5.018

P r oi zvodwa el ektr i ~ne ener gi je (hi dr o i ter mo) tokomposl edwi h dvadesetak godi na data je na Sl i ci 1.21 /28/. Ukupna pr oi zvodwa el ektr i ~ne ener gi je u 1992. godi ni i znosi l a je 31.411,4 GWh , od ~ega je u hi droel ektr anama proi zvedeno 9.836,9 GWh , a u termoel ektr anama - 21.574,4 GWh . Bl i ` a str uktur a pr oi zvo| a~a el ektr i ~ne ener gi je data je na Sl i ci 1.22 /28/.

30

Gor i va

S l i ka 1.21

S l i ka 1.22:

S t r ukt ur a pr oi zvo| a~a el ekt r i ~ne ener gi je (pr oi zvodwa je i zr a` ena u GWh )

31

1 Uvod

Rezer ve ugq a i str uktur a r ezer vi ugq a dati su u Tabel i 1.5 (J ugosl avi ja) i u Tabel i 1.6(Sr bi ja).

Tabel a 1.5: Rezer ve ugq a u Jugosl avi ji /29/ 6 Rezerve u 10 t

Vr sta ugq a Bi l ansne K ameni

Vanbi l ansne

P ot enci jal ne

Ukupno

35

14

27

76

1.000

1.063

960

3.023

663

91

155

909

L i gni tski

7.884

2.882

10.500

21.266

Ukupno

9.582

4.050

11.642

25.274

Mr ki Mr ko-l i gni t ski

Tabel a 1.6: Rezer ve ugq a u S r bi ji /29/ Vrsta ugq a

Rezerve u 106 t Bi l ansne

Vanbi l ansne

P ot enci jal ne

Geol o{ ke

K ameni

28,711

0,985

42,714

72,410

Mr ki

43,650

19,983

62,895

126,528

430,642

69,937

145,923

646,502

L i gni t

12.942,090

3.262,236

1.206,020

17.410,346

Ukupno

13.445,093

3.353,141

1.457,552

18.255,786

Mr ko-l i gni t ski

Rezer ve naf te i gasa u Sr bi ji date su u Tabel i 1.7 /29/.

Tabel a 1.7 Geol o{ ke r ezer ve Nal azi { te

P otenc. r ezer ve 6

P r i r odni zemni gas

N af t a

Naf tni 9

6

10 t

10 m

10 t

Suvi 9 3 10 m

3

Banat

195,4

91,8

7,0

37,8

Ba~ka

54,6

28,8

1,8

5,9

Sr em

5,0

U` e podr u~je

15,0

32

Gor i va

Ukupni teori jski hi dr opotenci jal svi h vodotokova na ter i tori ji Republ i ke Sr bi je (r a~unaju}i da se du` zajedni ~ki h vodotokova sa dr ugi m r epubl i kama potenci jal del i u odnosu 50% pr ema 50%) po pojedi ni mgl avni mvodotokovi ma i znosi /30/: Dunav 7.520 GWh /god. Dr i na 2.915 GWh /god. Li m 1.640 GWh /god. Uvac 940 GWh /god. Mor ava 6.266 GWh /god. Bel i Dr i m 517 GWh /god. Ostal i 1.424 GWh /god. Ukupno 21.222 GWh /god. Na osnovu por e| ewa teori jskog i kori { }enog hi dr oener getskog potenci jal a po vodotokovi ma vi di se da je dosada{ wa ori jentaci ja bi l a na kori { }ewu vodotokova sa vel i ki m pri r odni m potenci jal om. Tako je Dunav i skor i { }en skor o pot puno, i zuzev na del u uzvodno od NovogSada sa 75%, a Uvac 53% /30/. Dok pr oi zvodwa ugq a zadovoq ava potr ebe i gr ubo se mo` e poi stoveti ti sa potr o{ wom, proi zvodwa naf te pokr i va svega oko 25% potr eba odnosno potr o{ we SR Jugosl avi je. Sl i ~na je si tuaci ja i sa zemni mgasom. U 1989. godi ni potr o{ wa zemnog gasa i znosi l a je 2,97 10 9 m3, pr i ~emu je doma}i udeo bi o 0,89 10 9 m 3 odnosno 30%. 



Li teratura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

J.B. Marion: "Energy in perspective", Academic Press, New York, 1974.

A .A . Kanajev: ' Razvi ti e tehni ki tepl ovi h el ektr ostanci  ", Ener gi ja, L ewi ngr ad, 1976. W.S. Scheel: "Technische Betriebstoffe", VEB Verlag , Lajpci g, 1968. P . P a t i n : Op{ ta enci kl opedi ja L a r o u s s e , Vuk K ar axi }, Beogr ad, 1973. J . Bon et : Op{ ta enci kl opedi ja L a r o u s s e , Vuk Kar axi }, Beogr ad, 1973. K. Ludvig i dr .: " D i e G e w i n n u n g d e r R o h s t o f f e ", O. S p a m e r , L ajpci g, Berl i n, 1964. J . P el l an d i n i : Op{ ta enci kl opedi ja L a r o u s s e , Vuk K ar axi }, Beogr ad, 1973. Ch. Starr: "Energy and Power", Scientific American , Vol . 225, 1971.

1 Uvod 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

1 8.

19. 20.

21. 22. 23.

33

S. Bo{ kovi }: ' Dugor o~ni r azvoj ener geti ke u J ugosl avi ji ", Naf ta, Vol . 28, 1977. Q . Novakovi }: ' Ugq ena mater i ja i wena meq i vost", Rudar ski i nsti tut, Beogr ad, 1976. V. Bor ani }: ' Od f osi l ni h gor i va pr ema novi m i zvor i ma ener gi je", I nf or mati vni bi l t en Naf ta, Zagr eb S c h e l l : We l t e n e r g i e - Da t e n u n d F a k t e n , SB S Nu m m e r 3, 1993 . G. Ott: "Die Entwicklung des Globale Energie", VGB, No . 5, 1990. G.R. Davis: "Energy for Planet Earth", Scientific American, Vol. 263, No . 3, 1990. M. Meliss: "Regener ati ve Ener giequl ellen ", BWK, Vol. 29, No . 4, 1977. G. Denster: "Rationellere Energieverwendung durh ...", VGB, Vol . 70, 1990. A. King, B. Schneider: "Die Globale Revolution, ein Bericht des Rates des Club of Rome", Spiegel Spezial 2 / 9 1, H a m b u r g, 1 99 1. E .K . Y e ag er : "C oa l in t h e 2 1 st C en t u r y ", E n e r g y Wor ld , No . 179, 1990. W.J . J ones, R. Wilson : "Ener gy, Ecology an d E n v i r o n m e n t " , A c a d e m i c P r e s s , N e w Y o r k , 1974. T. Boh n , S. Ra t h - Na ge l : "E n t wi c k l u n g d es E n e r g i e b ed a r f e s un d Pr oblemen d er E n e r g i e b e d a r f s d e c k u n g " , E r d o l u n d K o h l e , V o l . 29, 1976. ***: " Wasserstof als ener giedr ager', TNO", Hag, 1975. J .C. Wei n b er g, H .R . Wi l l i am s: "E n er gy f r om t h e Su n ", Scientific American, Vol. 263, No . 3, 1990. T.D. Swi f t - H ook : "P r osp ec t s f or Wi n d P o wer s" , E n er gy world, No. 181, 1990.

24.

J . Bul at, T. Brozovi }, J . Mi hai l ovi }: ' Kl asi ~ni i zvor i u SF RJ i ocena mogu}nosti wi hovog r azvoja, P ostoje}e r ezerve i ocena mogu}eg r azvoja pr oi zvodwe ugq ena u J ugosl avi ji ", J edi nstveni progr am i str a` i vawa u ener geti ci SF RJ, J A ZU, Zagr eb, 1977.

25.

C. Marchetti: "On Strategies and Fate", Second Status R e p o r t o f t h e I I A S A , Austr i ja, 1975.

26. 27.

***: ' SRJ u br ojkama", St ati sti ~ki zavod J ugosl avi je, Beogr ad, 1992. ***: Stati sti ~ki godi { wak Sr bi je, Stati sti ~ki zavod J ugosl avi je, Beogr ad, 1992.

34

Gor i va

28. 29.

***: P odaci El ektr opr i vr ede Sr bi je, Beogr ad, 1993. H. P o` ar : ' K l asi ~ni i zvor i u SF RJ i ocena mogu}nosti wi hova r azvoja, Hi dr oener gi ja, J edi nstveni pr ogr ami str a` i vawa u ener geti ci SF RJ ", J A ZU, Zagr eb, 1977. A . Damwanovi }, D. J evti }: ' Hi dr oener getski potenci jal Sr bi je", Savetovawe energeti ~ara, Budva.

30.

2 GORI VE MATERI J E 2.1 POJ AM GORI VA Gor i ve mater i je pr edstavq aju takve supstance koje sagor evawem - pr ocesom bur nog sjedi wavawa sa ki seoni kom, por ed mater i jal ni h pr odukata pr ocesa (produkata sagorevawa), osl oba| aju odr e| enu kol i ~i nu topl ote. Za r azl i ku od dr ugi h mater i ja, koje odr e| eni m procesom mogu dati neku kol i ~i nu topl ote, gor i vi ma u u` em smi sl u smatr aju se samo one koje se sagor evaju u ci q u pr oi zvo| ewa topl ote (pr ema Mendeq ejevu). Kao takva, gor i va danas predstavq aju osnovni i zvor za dobi jawe topl otne ener gi je i u{ l a su u sve por e na{ eg ` i vota. Gor i va se kor i ste po~ev od doma}i nstava pr eko ter moener getski h i ter motehni ~ki h postr ojewa svi h vr sta (kotl ova, i ndustr i jski h i metal ur { ki h pe}i ), kl i pni h motor a sa unutr a{ wi m sagorevawem, do ml azni h i r aketni h motor a. Def i ni ci ja koja je data, na dana{ wem stepenu r azvoja, dopuwena je ni zom zahteva, koje gor i vo mor a da i spuni . Da bi jedna gor i va mater i ja mogl a da se kor i sti kao i ndustr i jsko gori vo potr ebno je /1/: - da procesomsagor evawa proi zvodi znatnu kol i ~i nu topl ote u kratkom vr emenskomr azmaku; - da se u pr i r odi nal azi u dovoq ni mkol i ~i nama; - da je ekspl oataci ja r el ati vno l aka i ekonomi ~na, ako se r adi o pr i r odni mgori vi ma, odnosno, da je pr oi zvodni postupak t ehni ~ki ostvar q i v i r entabi l an, ako je r e~o proi zvedeni mgori vi ma; - da u sebi ne sadr ` i nepr i hvatq i vo vel i ku kol i ~i nu negor i vi h mater i ja bal asta; - da bi tno ne mewa svoj sastav i osobi ne pri skl adi { tewu, tr ansport u i r ukovawu; - da je bezbedna s obzi r om na pojavu po` ar a i ekspl ozi je u usl ovi ma skl adi { tewa, tr anspor ta i r ukovawa; - da je cena proi zvedene kol i ~i ne topl ote ekonomi ~na i pri hvatq i va; i - da su nastal i produkti sagorevawa bezopasni po ` i va bi }a i pri mewene mater i je. I deal no gori vo, koje bi zadovoqi l o sve ove zahteve, na` al ost, ne postoji : najboq e je ono gor i vo koje u speci f i ~ni m usl ovi ma pr i mene daje najboq e r ezul tate i spuwavaju}i vi { e i l i mawe sve navedene usl ove.

34

Gor i va

2.2 VRSTE GORI VA Dana{ wi vel i ki broj vr sta gor i va javq a se kao posl edi ca ~i weni ce da se pri r odna gori va, kakva se dobi jaju neposr edno po va| ewu i z zemq e, pr er a| uju sl o` eni m pr ocesi ma u ci q u dobi jawa kval i tetni ji h gori va, pogodni ji h i ef i kasni ji h za speci f i ~ne namene kori { }ewa. Kao pri mer mo` e se navesti naf ta. Ona je prvobi t no prer a| i vana i kori { }ena samo za dobi jawe petr ol eja za osvetq ewe. Benzi n i mazut, dobi jeni pri l i komprer ade, ni su i mal i pri menu i smatr ani su kr ajwe nepotr ebni m i opasni m bal astom proi zvodwe. Sa konstr ui sawemgori oni ka, mazut je postao ceweno i tr a` eno gori vo za i ndustr i jske pe}i i kotl ove. Sa pojavom i r azvojem kl i pni h motora, motorni h vozi l a i vazduhopl ova, po~eo je da se kori sti i benzi n. P etr ol ej se kori sti danas za pogon ml azni h motor a. Tako i z naf te dobi jamo ni z dr agoceni h gor i va: gor i ve gasove, gor i vo za oto motor e (benzi n), gor i va za ml azne motor e (petr ol ej), gori va za di zel motor e, gori va za raketne motor e (speci jal ne f r akci je) i gori va za i ndustr i jske pe}i i kot l ove. Br oj danas kori { }eni h gori va je ve}i i zato { to doskora zanemar i vana gor i va mogu bi ti i skor i { }ena, uz ve}u cenu dobi jawa, s obzi r omna r astu}u nesta{ i cu ener getski h i zvora.

Tabel a 2.1 P r ema agr egatnomstawu

^vr sto

Te~no

Gasovi to

P r ema stepenu pr erade P RI RODN A GORI VA

P RE RA \ E NA GORI VA

dr vo, t r eset, ugq evi (l i gni t, mr ki , kameni , antraci t), gori vi { kri qci , uq ani pesak

dr veni ugaq , br i keti , pol ukoks, koks i dr .

naf ta

benzi n, petr ol eum, di zel -motor sko gori vo, mazut, al kohol i , t er i dr .

pr i r odni zemni gas

raf i ner i jski , desti l aci oni , gener atorski , bi ogas i dr .

2 Gor i ve mat er i je

35

Op{ ta podel a vr { i se naj~e{ }e prema wi hovom agr egatnom stawu i prema na~i nu dobi jawa. P r ema agr egatnom stawu gor i va se del e na ~vrsta, te~na i gasovi ta, a prema na~i nu dobi jawa - na pri r odna i prer a| ena. P od pri r odni m gor i vi ma podr azumevamo ona gor i va koja se nal aze u pr i r odi i koja se mogu kor i sti ti ve} posl e odstr awi vawa gr ubi h pri mesa. P r er a| ena gori va dobi jaju se i l i pr er adom pr i r odni h i l i pr ocesom u kome u~estvuju i pr i r odna i ve{ ta~ka gor i va. Op{ ta podel a data je u Tabel i 2.1. K od prer a| eni h gori va bl i ` a podel a obuhvati l a bi pri mar na i sekundar na prer a| ena gori va dobi jena pri mar ni modnosno sekundar ni mpr ocesi ma prer ade. Tako bi benzi n, dobi jen osnovni mprocesompr er ade naf te, koji mse vr { i samo f i zi ~ko r azdvajawe naf te na ni z pr odukata, bi o produkat pri mar ne prer ade, a benzi n dobi jen postupkom kr ekovawa (r azl agawa te` i h naf tni h der i vata na l ak{ e) bi o bi produkat sekundar ne prerade. Benzi n dobi jen i z ugq a, postupkom si nteze, bi o bi , anal ogno prethodnom, si nteti ~ki benzi n. Te~ni gasovi (butan) bi bi l i produkti pri mar ne prer ade, dok bi si ntezni gas, nastao del ovawemvodene pare i u` arenog koksa (sastavq en i z ugq enmonoksi da i vodoni ka) bi o si nteti ~ki gas. P or ed ove op{ te podel e, gori va se mogu r azvr stati : - pr ema postojanosti na topl otu (topl opostojana i topl onepostojana); - pr ema kar akteru kor i { }ewa (ener getska i tehnol o{ ka gori va); - prema zapaq i vosti (samozapaq i va i nesamozapaq i va); - pr ema pr i meni . P odel a gor i va prema pri meni je svakako najzna~ajni ja. Dok je jo{ pre nekol i ko deceni ja wi hov br oj bi o skroman, sa r azvojemnauke i tehni ke danas i h i mamo vel i ki br oj. âk i u podr u~ju r el ati vno uske pri mene r azl i kujemo po nekol i ko vrsta. Tako, na pri mer , na{ i m standar di ma predvi | eno je sedam vr sta uq a za l o` ewe koja se kori ste u pe}i ma (i ndustr i jski m, metal ur { ki m, u doma}i nstvu) i kotl ovi ma: ekstr a l ako (EL ), l ako (L ), sr edwe (SR), te{ ko (T), l ako speci jal no (L S), te{ ko metal ur { ko, ~ak dve vr ste (TM 1 i TM 2). âk i ovako i zvr { ena podel a i ma r el ati van zna~aj: neka navedena gor i va se na pri mer mogu kor i sti ti za pogon za di zel motor a r azl i ~i t e brzohodosti .

36

Gor i va

2.3 SASTAV GORI VA U ci q u upoznavawa i ocene mogu}nosti pr i mene jednog gor i va potr ebno je i spi tati i detaq no upoznati wegov sastav i osobi ne, kao i kol i ~i nu topl ote koja se wegovi msagor evawemosl obodi . I stovremeno, na osnovu poznatog sastava i ostal i h kar akter i sti ka gor i va vr { i se pr over a i kont r ol a postr ojewa i l i ur e| aja u kome se gori vo kor i sti . I spi ti vawa gori va vr { e se zato u pravcu i str a` i vawa wegovog el ementar nog sastava i odr e| i vawa bi t ni h svojstava za wegovo raci onal no kor i { }ewe u odgovaraju}em postr ojewu. Sastav gor i va odr e| uje se takozvanomel ementar nomanal i zom, a osobi ne, va` ne za pr i menu tehni ~komanal i zom. Sastav ~vrsti h i te~ni h gor i va i zra` ava se u maseni m, a gasovi ti h u zapremi nski m procenti ma. U op{ tem sl u~ju gori va se sastoje i z gori vogdel a i bal asta - negori vogdel a.

2.3.1 EL EMENTARNI SASTAV El ementarni sastav jednog gor i va ne omogu}ava da se o wemu donese pot pun sud bez ostal i h kar akter i sti ka - podataka tehni ~ke anal i ze. Me| uti m, na osnovu poznatog el ementar nog sastava mo` e se pror a~unati ni z podataka: potr ebna kol i ~i na vazduha za potpuno sagor evawe, topl otna mo} gor i va, kol i ~i na i sastav pr odukata sagor evawa i temper atur a sagor evawa. U sastav bi l o koggor i va, u op{ temsl u~aju, ul aze tr i gor i va el ementa - ugq eni k, vodoni k i sumpor , kao pr i mese ki seoni k i azot, i bal ast: mi ner al ne pri mese i voda. Mi ner al ne pri mese i voda ni su el ementi , al i se usl ovno uzi maju u el ementar noj anal i zi i ~i ne takozvani spoq ni bal ast. Na osnovu ovoga, mo` e se napi sati sastav gori va u op{ temobl i ku:

gde sa g obel e` avamo maseno u~e{ }e pojedi ni h el emenata u gor i vu, a C , H , S , O, N, W, A pr edstavq aju si mbol e za ugq eni k, vodoni k, sumpor, ki seoni k, azot, vl agu i mi ner al ne pri mese); i l i u obl i ku:

*

gde sa i sti msi mbol i ma i zra` avamo pr ocentual ni sastav .

*

Napomena:

Si mbol W pot i ~e i z engl eskog, nema~kog jezi ka ( Wa s s e r , w a t e r ) , a A - i z engl eskog, nema~kog jezi ka ( A s c h e , a s h ) .


37

Ovakav el ementar ni sastav je op{ ti i va` i za sva gori va. Zavi sno od vr ste gor i va on se mewa: u gasovi ti mgori vi ma ne postoje mi ner al ne pri mese, a i u ve}i ni te~ni h gori va , mi ner al ni h pri mesa prakti ~no nema, dok i h kod ~vr sti h gori va uvek i ma. U daq em tekstu bi }e i zl o` ene osnovne osobi ne pojedi ni h sastojaka gor i va.

2.3.1.1 Ugqeni k Ugq eni k ~i ni najva` ni ju komponentu gori va s jedne str ane { to ga u gor i vu i ma najvi { e, a s dr uge str ane { to wegovi m sagor evawem nastaje i najve}i deo kol i ~i ne topl ote koju gori vo osl oba| a. Ugq eni k se u gori vi ma nal azi i u sl obodnomstawu i vezan; on ul azi u sastav sl o` eni h or ganski h jedi wewa vezan sa vodoni kom, ki seoni kom, azotom i sumporom (S l i ka 2.1 /2/). Sagor evawem jednog ki l ogr ama ugq eni ka osl oba| a se kol i ~i na topl ote od 33,829 MJ . Maksi mal na temper atur a sagor evawa ugq eni ka i z gor i va r a~unata bez t opl otni h gubi taka i znosi 2240°C . P r ose~ne zaokru` ene vr ednosti sadr ` aja ugq eni ka u r azl i ~i t i mgori vi ma date su u Tabel i 2.2.

2.3.1.2 Vodoni k Vodoni k pr edstavq a dr ugu po va` nosti gori vu komponentu. Kao i ugq eni k, poti ~e i z pr amater i je, i z koje je gori vo nastal o. Vodoni k se u gori vi ma javq a vezan kod ~vr sti h, te~ni h i gasovi ti h, i ~i st, u me{ avi ni sa dr ugi m gori vi m komponentama, u gasovi ti m gor i vi ma. P r i sagor evawu jednog ki l ogr ama vodoni ka r azvi ja se ~ak 142,014 MJ i l i 4,2 puta vi { e od odgovar aju}e kol i ~i ne topl ote kod ugq eni ka. Zato kol i ~i na topl ote, koja se osl oba| a pot puni m sagor evawemjedi ni ce mase gor i va r aste sa pove}awemsadr ` aja vodoni ka u wemu. Maksi mal na temper atur a sagor evawa vodoni ka, r a~unata bez topl otni h gubi t aka, i znosi 2235o C .

2.3.1.3 Ki seoni k K i seoni k ni je gori vi el ement, al i poma` e i omogu}ava sagorevawe. U gori vi ma se javqa vezan sa dr ugi m el ementi ma, sem u gasovi ti m, gde ga nal azi mo u sl obodnom stawu (u mawi m kol i ~i nama). K ol i ~i na ki seoni ka u gori vu smawuje potr ebnu kol i ~i nu ki seoni ka i z vazduha neophodnu za wegovo sagor evawe (kod al kohol a, na pri mer ). Ul azi u takozvani unutr a{ wi bal ast, jer zauzi ma mesto gori vi m el ementi ma i { to u oksi dovanom stawu sa ugq eni kom i vodoni kom smawuje kol i ~i nu topl ote koja se osl oba| a sagorevawem. Vi sok sadr ` aj ki seoni ka nal azi se u dr vetu, tr esetu i ml adi mmr ki mugq evi ma; znatno mawi je kod star i ji h ugq eva. K od te~ni h gor i va ga pr akti ~no nema (Tabel a 2.2).

38

Gor i va

S l i ka 2.1: Hi pot et i ~ki model mol ekul a ugq a Tabel a 2.2 GORI VO

S adr ` a j C (%)

H (%)

dr vo 50 6 tr eset 54-63 6 gor i vi { kr i q ci 60-70 7-10 mr ki ugaq 60-80 4-6 kameni ugaq 75-90 4-6 antr aci t 92-98 1-3 dr veni ugaq 89-95 2-4 koks 96 0,-3-1 pol ukoks 95-98 2-3 benzi n 85 15 gor i vo za ml azne 86 14 motor e di zel gor i vo 87 13 mazut 87-88 11-12 pri r odni zemni 75 25 gas (pr ocenti se odnose na ~i stu gor i vu masu - bez bal asta)

O (%)

42 33 12-18 19-27 2-12 1-3 0 0 0 0-0,2 0


39

2.3.1.4 Azot A zot se u gor i vi ma javq a u sastavu sl o` eni h or ganski h jedi wewa. U ~vrsti mi te~ni mgor i vi ma ga i ma veoma mal o (0-2%), dok ga kod gasovi ti h gor i va mo` e bi ti dal eko vi { e (nar o~i t o kod proi zvedeni h). U pr ocesu sagorevawa gori va azot se najve}i m del om pona{ a kao i ner tan. Zajedno sa ki seoni kom ~i ni takozvani unutr a{ wi bal ast.

2.3.1.5 Sumpor Sumpor se u gor i vi ma javq a u vi du gor i vog i negor i vog. Negor i vi sumpor (u obl i ku sul f ata gvo` | a, kal ci juma i dr .) tokomsagorevawa prel azi u pepeo i ne uti ~e na svojstva gor i va. Gor i vi sumpor se javq a kao organski (u okvi r u sl o` eni h organski h jedi wewa, mer kaptana) i pi r i t ni (sjedi wen sa gvo` | em, F eS 2 ). I pored toga { to sagor evawem sumpor a nastaje odr e| ena kol i ~i na topl ote (9,295 MJ / k g) pr i sustvo sumpor a u gori vi ma je krajwe nepo` eq no. I u el ementar nomstawu i u obl i ku jedi wewa, sumpor del uje kor odi vno, a produkti wegovog sagor evawa su { kodq i vi za ` i vi svet. P r i sagorevawu sumpora sa vi { kom vazduha (ve}omkol i ~i nom vazduha od neophodno potr ebne za potpuno sagor evawe) dol azi do nastajawa sumpordi oksi da i sumpor t r i oksi da (SO 2 i SO 3 ) koji u pr i sustvu vode obrazuju sumporastu i sumpor nu ki sel i nu (uzrok nastajawa ki sel i h ki { a). K ol i ~i na sumpor a u ~vr sti mgori vi ma i de i preko 8%, dok je wegov sadr ` aj kod te~ni h do 5%. U gasovi ti mgor i vi ma sumpor je javqa u obl i ku sumporvodoni ka i sumpor di oksi da (H 2 S i SO 2 ).

2.3.1.6 Mi neral ne pri mese i pepeo Sve vr ste gori va, osi mgasovi ti h i najl ak{ i h f r akci ja prer ade naf te, sadr ` e u sebi mi ner al ne pri mese. One su { tetne i z vi { e r azl oga: - smawuju udeo gori vi h mater i ja u gori vu, pa na taj na~i n i kol i ~i nu topl ote koja se dobi ja sagor evawem, - ote` avaju sagorevawe i i zazi vaju gubi tak gori va pa ti me i topl ote, - pove}avaju tr o{ kove odr ` avawa postr ojewa i smawuju wegov vek t r ajawa, i - pove}avaju tr o{ kove tr ansport a gori va. Sadr ` aj mi ner al ni h mater i ja u gori vi ma se mewa u { i r oki m gr ani cama: od nekol i ko pr ocenata kod te` i h te~ni h gori va, do nekol i ko deseti na procenata kod ~vr sti h gori va (dr vo - 1-2%, ugq evi - oko 30%, gori vi { kr i q ci - do 90%). Daq i tok i zl agawa odnosi }e se na mi ner al ne pri mese u ~vr sti mgori vi ma.

40

Gor i va

Mi ner al ne pri mese sastoje se i z: - pr i mar ni h, obr azovani h jo{ u pr amateri ji , od koje je gori vo nastal o (ugl avnomsol i al kal ni h i zemnoal kal ni h metal a - kal i juma, kal ci juma, natr i juma i magnezi juma) - i naneseni h vodom i l i vetr om, koje su se tal o` i l e zajedno sa r asti wem. Ove mi ner al ne mater i je su mawe - vi { e r avnomerno r aspore| ene u gor i vu i ne mogu se pr ocesi ma opl emewi vawa odstr ani ti . êsto se zato nazi vaju i vezane mi ner al ne mater i je.; - sekundar ni h; koje su u gor i vo dospel e tokomwegovognastajawa; - ter ci jar ni h, gr ubi h mehani ~ki h ne~i sto}a, koje su u gori vo dospel e u usl ovi ma wegovog va| ewa i u tr anspor t u. I spi ti vawi ma je utvr | eno da se 95-98% svi h mi ner al ni h mater i ja sastoji i z: - si l i kata, u osnovi i z al umi nosi l i kata (gl i ne i { kri qci ); - sul f i da, od koji h pr eovl a| uje sul f i d gvo` | a - pi r i t (F eS 2 ); i - kar bonata kal ci juma, magnezi juma i donekl e gvo` | a. U pr ocesu sagorevawa mi ner al ne pri mese tr pe ni z sl o` eni h promena - r azl a` u se i del i mi ~no oksi di { u stvar aju}i ostatak, koji se i kval i tati vno i kvanti tati vno r azl i kuje od pol azne mater i je - pepeo. Osnovne pr omene mogu se predstavi ti na sl ede}i na~i n: - al umi nosi l i kati i gi ps gube kri stal nu vodu:

-

-

pi r i t sagor eva pr ema:

P r i ovom procesu u pepel u ostaje samo oksi d gvo` | a, ~i ja je masa pr i bl i ` no jednaka 2/3 pr vobi tne kol i ~i ne pi r i t a.; kar bonati se potpuno r azl a` u, na temper atur ama i znad 600o C , uz i zdvajawe ugq endi oksi da:

Tako u sastavu pepel a nal azi mo ni z oksi da: kal ci juma (Ca O), magnezi juma (MgO ), natr i juma (Na 2 O), kal i juma (K 2 O), si l i ci juma (Si O2 ), gvo` | a (F eO , F e 2 O3 ), al umi ni juma (Al 2 O3 ) i dr ugi h. P epeo, zna~i , pr edstavq a sme{ u oksi da mi ner al ni h mater i ja, koji ostaju posl e potpunog procesa sagorevawa svi h gori vi h mater i ja i z gori va i posl e zavr { etka svi h tr ansf ormaci ja mi ner al ni h mater i ja, koje se de{ avaju na povi { eni m temperaturama.


41

Za pr i menu jednog gor i va, por ed kol i ~i ne mi ner al ni h mater i ja odnosno pepel a, bi tan je i wegov sastav. Na povi { eni m temper atur ama pepeo omek{ ava, a u i zvesni msl u~ajevi ma se, zavi sno od sastava, i topi . U ovakvomst awu pepeo se l epi na gr ejne povr { i ne l o` i { ta i kotl a ometaju}i pr edvi | enu r azmenu topl ote. S t e str ane gl edi { ta, na povi { eni mtemper atur ama su otpor ni oksi di al umi ni juma i si l i ci juma (Al 2 O3 i Si O2 ), dok oksi di gvo` | a, magnezi juma, kal ci juma (FeO, Fe 2 O3 , CaO, MgO) i dr . - ni su. Daq e r azmatr awe pogodnosti , i spi ti vawa i ocene pona{ awa pepel a na povi { eni mtemper atur ama r azmatr a}e se u odeqku o ~vrsti mgor i vi ma.

2.3.1.7 Vl aga Zajedno sa mi ner al ni m mater i jama vl aga ~i ni tzv. spoq ni bal ast i l i bal ast uop{ te, i kao takva je nepo` eqna. Ona umawuje topl otnu mo} gor i va, jer se na weno i spar avawe tr o{ i se deo topl ote nastao sagor evawemgor i vi h komponenti gor i va. Sni ` ava temper atur u pr odukata sagor evawa, a pove}ava tr o{ kove tr anspor t a. Ona mo` e bi t i i po` eq na: pri bri ket i r awu omogu}ava, u odr e| enoj kol i ~i ni l ak{ e sl epqi vawe komadi }a ugq a. P oti ~e i z pr amateri je al i i pak najve}i mdel omdospeva u gor i vo kva{ ewem. Vl aga se javq a ugl avnomu ~vr sti m gor i vi ma - do 80% je i ma kod tr eseta, do 60% kod ugq eva. U t e~ni mgor i vi ma se javq a samo u te` i m f r akci jama dobi jeni m prer adom naf te - mazutu, gde se dozvoq ava sadr ` aj, zajedno sa mi ner al ni mpr i mesama, do 2%. Vl aga se u ~vr sti m gori vi ma javq a u tr i vi da: kao gr uba, hi gr oskopska i konsti tuci ona. Gr uba vl aga (spoq a{ wa, povr { i nska, sl obodna) r ezul tat je kva{ ewa gori va vl agom i z spoqne sr edi ne pri dobi jawu, tr anspor tu i skl adi { tewu gori va (Sl i ka 2.2). Hi gr oskopska vl aga (unutr a{ wa, kapi l ar na) nal azi se u por ama ~vrstog gor i va. Konsti tuci ona vl aga pr edstavq a vodu u sastavu samog gor i va hemi jski vezanu (mi ner al ne mater i je) - naj~e{ }e u obl i ku kr i stal ne vode.

42

Gor i va

U tehni ~ki m prora~uni ma zanemar uje se sadr ` aj konsti tuci one vl age, tako da ukupnu vl agu mo` emo predstavi ti zbi r omgr ube i hi gr oskopske, svedeno na i stu masu gor i va:

gde su: W u (% ) W G (%) W H (%)

-

ukupna vl aga, gr uba vl aga, hi groskopska vl aga.

I zme| u gr ube i hi gr oskopske vl age nema o{ tr e gr ani ce - obe su ta~ni je def i ni sane usl ovi ma svog odr e| i vawa.

S l i ka 2.2: [ emat ski pr i kaz gr ube, hi gr oskopske i konst i t uci one vl age


43

2.4 USLOVNE MASE I PRERAÛNAVAWE SA J EDNE MASE NA DRUGU U zavi snosti od el ementar nog sastava, gor i vo (ugl avnom~vrsta gor i va i te` a uq a za l o` ewe) se usl ovno def i ni { e r azl i ~i t i mmasama: r adnom, anal i ti ~kom, apsol utno suvom, ~i stomgor i vomi or ganskom(Sl i ka 2.3).

S l i ka 2.3: [ emat ski pr i kaz usl ovni h masa gor i va

Sastav gor i va, posl e va| ewa gor i va i z zemq e i pr e~i { }avawa od gr ubi h mehani ~ki h ne~i sto}a odr e| uje r adnu masu gor i va. Sastav r adne mase gor i va i zr a` en u maseni mpr ocenti ma, mo` e se napi sati u obl i ku:

gde W r (%) pr edstavq a ukupnu vl agu, jednaku zbi r u gr ube i hi gr oskopske:a i ndeks ' r " ozna~ava da se sastav odnosi na r adnu masu gor i va. I spi ti vawa sastava i dr ugi h osobi na ~vr sti h gori va ne mogu se vr { i ti na uzor ku r adne mase gor i va zbogpr omenq i vog sadr ` aja gr ube vl age u zavi snosti od temper atur e, pr i ti ska i vl a` nosti vazduha. Gr uba vl aga se zato odstr awuje i dobi jeni uzor ak sl u` i za anal i ze, pa se masa gor i va bez gr ube vl age nazi va anal i ti ~ka masa gor i va, a obel e` ava se i ndeksom' a". Sastav anal i ti ~ke mase gor i va odr e| en je i zrazom:

44

Gor i va

Su{ ewemgor i va i znad 100°C (obi ~no 105°C ) mo` e se u potpunosti odstr ani ti vl agu i z gori va. Masa gor i va i z koje je odstr awena i gr uba i hi gr oskopska vl aga nazi va se ' apsol utno suva masa gor i va" i sastav obel e` ava se sa i ndeksom' s ". Sastav apsol utno suve mase gor i va pr edstavqen je i zrazom:

î stu gor i vu masu ~i ne, kao { to je poznato, ugq eni k, vodoni k i sumpor. P oznato je tako| e da je azot i ner tan a da ki seoni k samo potpoma` e i omogu}ava proces sagor evawa. Kako se ki seoni k i azot u gor i vu nal aze vezani sa ostal i mel ementi ma, ukq u~uju se, usl ovno, u ~i stu gor i vu masu gor i va. Sastav usl ovne ~i ste gor i ve mase dat je jedna~i nom:

gde i ndeks ' g " ozna~ava sastav ~i ste gor i ve mase. I skq u~uju}i svu vl agu, mi ner al ne pr i mese i sumpor, dobi ja se ' or ganska masa gor i va". Ovaj sastav je tako| e usl ovan, jer se sumpor nal azi u gor i vu i u vi du or ganski h jedi wewa. Sastav or ganske mase dat je i zr azom:

gde se i ndeks ' o" odnosi na pomenuti sastav. U t er motehni ~ki m i ter moener getski mprora~uni ma kori sti se sastav koji se odnosi na r adnu masu gor i va. P r era~unavawe sastava sa jedne mase na dr ugu i obr nuto vr { i se odgovar aju}i mi zrazi ma. Za dobi jawe ovi h i zraza mogu se napi sati sastavi gori va koji se odnose na r adnu i anal i ti ~ku masu u obl i ku: (I)

(II)

Odnos zbi r a ~l anova l eve str ane jedna~i ne I i I I , a i stovr emeno i odnos bi l o koji h odgovar aju}i h ~l anova l eve str ane, jednak je odnosu desni h str ana jedna~i na I i I I . A ko sa X r ozna~i se bi l o koja komponenta l eve str ane jedna~i ne


45

I , i sa X a bi l o koja komponenta jedna~i ne II i na| e se wi hov odnos, dobi ja se

i zr az za pr era~unavawe sastava gor i va sa anal i ti ~ke na r adnu masu:

odnosno

Na sl i ~an na~i n dobi jaju se i zrazi za prer a~unavawe sastava sa anal i ti ~ke na apsol utno suvu masu :

odnosno

i l i kona~no

A nal ogno pr ethodni m i zvo| ewi ma dobi jaju se i zrazi za prer a~unavawe ~i ste gor i ve mase sa anal i t i ~ke mase i or ganske mase sa anal i ti ~ke mase:

kao i me| usobni odnosi i zme| u apsol utno suve mase i ~i ste gor i ve mase, apsol utno suve mase i or ganske mase, i or ganske mase i ~i ste gor i ve mase.

46

Gor i va

2.5 OP[ TA SVOJ STVA Osobi ne gori va, zajedno sa el ementar ni msastavom, def i ni { u kval i tet gori va i svr si shodnost i vaq anost wegove upotr ebe. Neke od ovi h osobi na su zajedni ~ke za sve vr ste gor i va - nazi vaju se op{ ti msvojstvi ma i l i op{ ti mosobi nama, neke od wi h su speci f i ~ne za odr e| enu vrstu i namenu gor i va. Od ni za speci f i ~ni h osobi na r azmatr a}e se detaq ni je kod gor i va samo one, koje su od i nteresa za wegovu pri menu. Speci f i ~ne osobi ne, kao i sve ostal e mogu se r azvr st ati na f i zi ~ke, hemi jske i r adne i l i ekspl oataci one. Radne osobi ne su svakako najva` ni je, al i tr eba vodi ti r a~una da sve zajedno, ukq u~uju}i i el ementarni sastav, omogu}uju upotpuwavawe sl i ke o jednom gor i vu. U daqem, ove speci f i ~ne osobi ne r azmatr a}e se u del u mater i je koja se odnosi na odgovar aju}u vr stu gor i va. Op{ te osobi ne ~i ne osobi ne zastupq ene kod svi h vrsta gor i va. To su gusti na, speci f i ~na topl ot a, koef i ci jent t opl otne pr ovodq i vosti , kol i ~i na topl ot e koja nastaje sagor evawemgori va - t opl otna mo} i dr uge. K ao dal eko najva` ni joj op{ toj osobi ni svi h gor i va - topl otnoj mo}i , bi }e posve}ena posebna pa` wa.

2.5.1 TOP LOTNA MO] 2.5.1.1 Zna~aj i def i ni ci ja K ol i ~i na topl ote koja se osl oba| a sagorevawemnekog gori va i koja predstavq a onu neophodnu pol aznu vel i ~i nu za ni z pror a~una, pr edstavq a jednu od najzna~ajni ji h kar akter i sti ka gori va. Ova vel i ~i na, def i ni sana odnosom nastal e kol i ~i ne topl ote pr i pot punomsagorevawu i jedi ni ce kol i ~i ne gori va, od koje je topl ota dobi jena, nazi va se topl otna mo}. S obzi r omna usl ove u koji ma se pr oces sagor evawa odvi ja, razl i kuje se : - topl ot na mo} pr i konst antnompr i t i sku, i - topl otna mo} pr i konst antnoj zapr emi ni , a s obzi r om na topl otni ni vo pr odukata sagorevawa nastal i h pr i l i kom odr e| i vawa topl otne mo}i : - gor wa, i - dowa topl ot na mo}. Topl otna mo} jednog gori va pri konstantnoj zapremi ni predstavq a onu kol i ~i nu topl ote koju jedi ni ca kol i ~i ne gori va osl obodi potpuni msagorevawempr i konstantnoj zapremi ni u propi sani musl ovi ma i spi ti vawa, za r azl i ku od kol i ~i ne topl ote koja se osl obodi pri nepromewenompri ti sku i koja se nazi va topl otnommo}i pri konst antnompr i ti sku.


47

K ako je r azl i ka i zme| u topl otni h mo}i ode| eni h pri konstantnoj zapremi ni i pri konstantnompr i ti sku vr l o mal a - mawa od gr e{ ke koja se ~i ni pri l i kom eksper i mental nog odr e| i vawa, u tehni ~ki mpr or a~uni ma ona se zanemaruje i ne nagl a{ ava se pod koji mje usl ovi ma odr e| ena. St r i ktna def i ni ci ja gor we i dowe topl otne mo}i gl asi : Gor wa topl otna mo} je kol i ~i na topl ote koja se dobi ja potpuni msagorevawemjedi ni ce mase gor i va pod sl ede}i musl ovi ma: - ugq eni k i sumpor i z gor i ve mater i je nal aze se u obl i ku svoji h di oksi da u gasovi tomstawu, dok do oksi daci je azota ni je do{ l o; - produkti sagor evawa dovedeni su na temper atur u koju je gor i vo i mal o na po~etku (20°C ); i - voda, koja u produkti ma sagorevawa poti ~e od vl age i z gori va i od sagor el og vodoni ka, prevedena je u te~no stawe, { to je usl ovqeno i pr ethodni musl ovom- hl a| ewemprodukata sagor evawa do 20°C . Dowa topl otna mo} predstavq a kol i ~i nu topl ote koja se osl obodi potpuni msagor evawemjedi ni ce mase gor i va pod sl ede}i musl ovi ma: - ugq eni k i sumpor i z gori va nal aze se u obl i ku svoji h di oksi da (CO2 i SO 2 ), dok do oksi daci je azota ne dol azi ; - produkti sagor evawa dovedeni su na temper atur u koju je gor i vo i mal o na ul azu u pr oces sagor evawa - 20o C ; i - voda u produkti ma sagor evawa ostaje u par nomstawu. Topl otna mo} se obel e` ava sl ovom' H ": gor wa sa H g , a dowa sa H d , pr i ~emu se i ndeksi ' g " i ' d " odnose na gor wu i dowu topl otnu mo}. Di menzi ja topl otne mo}i pr oi st i ~e i z wene def i ni ci je - odnosa kol i ~i ne topl ote i kol i ~i ne mater i je i z koje je sagor evawem topl ota nastal a. Topl otna mo} se i zra` ava u k J / k g i l i MJ / k g za ~vrsta i te~na gor i va i u k J / m 3 za gasovi ta gor i va. Kod te~ni h gori va kor i st i se k J / d m 3 i l i MJ / d m 3 . P r era~unavawe ' zapremi nske" na ' masenu" topl otnu mo} vr { i se pomo}u i zraza:

gde je ρgusti na te~nog i l i gasovi toggori va.

48

Gor i va

Za sl u~aj sagorevawa gori ve sme{ e, koja se sastoji i z vi { e ~vr sti h i l i te~ni h gor i va, t opl ot na mo} sme{ e i zr a~unava se i z sume pr oi zvoda masenog u~e{ }a odgovaraju}e komponente i z sme{ e ( g i ) i odgovar aju}e topl otne mo}i (H i )

i zrazom: P ored i zr a` avawa topl otne mo}i po jedi ni ci kol i ~i ne materi je gor i va, u prora~uni ma se kori sti i topl otna mo} sme{ e gori va i vazduha, koja se def i ni { e odnosomtopl otne mo}i gori va i kol i ~i ne vazduha i gori va:

gde je: H s H L -

topl otna mo} sme{ e gori va i vazduha, topl otna mo} gor i va, kol i ~i na vazduha potr ebna za sagorevawe gori va.

I z razl i ke i zme| u gor we i dowe topl ot ne mo}i , razl i ke u kol i ~i ni topl ote koja se dobi ja ako se voda, nastal a sagor evawemvodoni ka i i spar avawemvl age, pr evede i z par nog u te~no stawe, odnosno, koja se gubi , ako voda, koja se nal azi u pr odukt i ma sagor evawa ostane u parnom stawu, dobi ja se op{ ta veza i zme| u gorwe i dowe topl otne mo}i :

gde su: H W 9 H

25 -

maseni procenat vodoni ka u gori vu, maseni procenat vl age u gori vu, - maseni procenat vode, nastao sagor evawem H pr ocenata vodoni ka i z gor i va (I z stehi ometr i jske jedna~i ne sagor evawa vodoni ka sl edi da sagor evawem 1 k g vodoni ka sa 8 k g ki seoni ka nastaje 9 k g vode. S agor evawem H pr ocenata vodoni ka dobi ja se 9H pr ocenata vode.), stoti deo topl ote i spar avawa vode (Za i spar avawe jednog ki l ogr ama vode temper atur e 20o C i weno pr evo| ewe u par no stawe na atmosf er skompr i t i sku potr ebno je oko 2450 k J / k g, a stot i deo 25).

Mater i je koje u sebi ne sadr ` e vodoni k i vl agu (~i st ugq eni k, na pri mer) nemaju gor wu i dowu topl otnu mo} - obe vr ednosti su me| usobno jednake:H g = H d .


49

2.5.1.2 Odre| i vawe topl otne mo}i Topl otna mo} se mo` e odr edi ti eksper i mental no - sagorevawempr i premq enog uzor ka, i r a~unski - na osnovu podataka el ementar ne i l i tehni ~ke anal i ze gori va.

2.5.1.2.1 Eksper i mental no odr e| i vawe t opl otne mo}i Odre| i vawe topl otne mo}i eksper i mental ni m putem omogu}ava dobi jawe najta~ni ji h r ezul tata. Za odr e| i vawe topl otni h mo}i kor i st e se speci jal ni ur e| aji - kal ori metr i . Odr e| i vawe topl otni h mo}i ~vr sti h i te~ni h gori va vr { i se u takozvani m kal or i metr i ma sa bombom, a gasovi ti h - u pr oto~ni m kal ori metr i ma. Su{ ti nska r azl i ka i zme| u ova dva kal ori met r a je, { to se u kal or i metr u sa bombompr oces sagor evawa odvi ja pr i konstantnoj zapremi ni , pa se dobi ja topl otna mo} pr i konst antnoj zapremi ni , a kod pr oto~nog kal or i metr a - pr i konst antnompr i t i sku. Odre| i vawe topl otne mo}i u kal ori metr u sa bombom(Sl i ke 2.4 i 2.5) zasni va se na potpunom sagor evawu odmer ene kol i ~i ne gor i va u atmosf er i ~i stog ki seoni ka, pr i povi { enom pr i ti sku. Kol i ~i na topl ote nastal a sagorevawm pr edaje se okol noj vodi . Mer e}i masu vode i wen por ast temper atur e, znaju}i speci f i ~ni topl otni kapaci tet vode, mo` e se, uz odgovar aju}e popravke zbog topl otni h gubi taka, odr edi ti nastal a kol i ~i na topl ote. Deq ewemove kol i ~i ne topl ote sa kol i ~i nomgor i va, od koje je ova topl ota sagor evawemnastal a, dobi ja se gor wa topl otna mo}. Dowa topl otna mo} odr e| uje se na osnovu poznate gor we topl otne mo}i i sadr ` aja vodoni ka i vl age u i spi ti vanomuzorku gori va. Odr e| i vawe topl otne mo}i gasovi ti h, a r e| e i te~ni h gori va prot o~ni m kal ori metr om, zasni va se na i stompri nci pu, s tomr azl i kom, { to se proces sagor evawa odvi ja sa vazduhomi na atmosf er skompr i t i sku.

2.5.1.2.2

Ra~unsko odr e| i vawe topl otne mo}i

Odre| i vawe topl otne mo}i r a~unski mputemvr { i se i z ni za poznati h podataka: el ementar nog sastava, tehni ~ke anal i ze, stati sti ~ke obrade r ezul tata vel i kog br oja merewa, sastava gor i vi h komponenata u gor i vu, gusti ne i dr. Odre| i vawetopl otnemo}i nabazi poznatogel ementarnogsastava

Odr e| i vawe topl otne mo}i na osnovu podataka el ementar ne anal i ze zasni va se na poznavawu el ementarnog sastava gor i va i topl otni h mo}i svakog gor i vog

50

Gor i va

el ementa. P r i l i komi zrade obrazaca za i zra~unavawe topl otne mo}i u~i weno je nekol i ko pretpostavki : - da je gori va mater i ja sastavq ena od el emenata - C, H, S, O, N , dok je ona, naj~e{ }e skup razl i ~i t i h el emenata i jedi wewa, i da je wena topl otna mo} jednaka zbi r u kol i ~i na topl ota koje se dobi jaju sagor evawempojedi ni h el emenata i a sastava gor i va; - da je sav vezani vodoni k u f osi l ni m ~vr sti mgori vi ma spojen sa ki seoni kom ({ to ni je ta~no, jer je deo ki seoni ka vezan i sa ugq eni kom, odnosno, azotom, a deo je i u sl obodnomstawu); - ugq eni k i sumpor su jedi ni gori vi el ementi koji u sastav ugq a ul aze del i mi ~no i u sl obodnom stawu. Ugq eni k mo` e bi ti u r azl i ~i ti m vi dovi ma (amorf ni , gr af i t) ~i je su topl otne mo}i r azl i ~i te, a obr azac uzi ma jednu vrednost ove kar akter i sti ke. Sumpor, pak, mo` e bi ti u sastavu pi r i ta i sagorevati u SO 2 i SO3 pri ~emu se dobi jaju r azl i ~i te topl ot e; - ugq eni k i vodoni k nal aze se, del om, i vezani u ugq ovodoni ~ni mjedi wewi ma u ugq evi ma, a topl otne mo}i su ti h jedi wewa r azl i ~i t e od kol i ~i ne topl ote koje se dobi jaju pojedi na~ni m sagorevawem ovi h el emenata u sl obodnomstawu. P r vi i zraz za i zra~unavawe topl otne mo}i dao je f r ancuski nau~ni k D u l o n g (Di l on), objavqen 1843. godi ne - pet godi na po wegovoj smr t i /3/, koji gl asi :

dok se u Rusi ji za i zra~unavawe topl otni h mo}i kori ste obr asci Mendeq ejeva (1897.godi na) /4/: - za gor wu topl otnu mo}

-

za dowu topl otnu mo}

U Evr opi se ugl avnom kori ste obrasci Saveza nema~ki h i n` ewer a (Verein De u t s c h e I n ge n i eu r e - VDI obr azac - 1899. godi na), koji gl ase: - za gor wu topl otnu mo}


51

S l i ka 2.4:

K al or i met ar sa bombom: 1-kal or i met ar sk a bomba, 2-vodeno kupat i l o, 3-post oqe bombe, 4-ur e| aj za paq ewe, 5-t er momet r i , 6me{ al i ca, 7-vodeni omot a~ sa dvost r uki mzi dovi ma

S l i ka 2.5:

K al or i met ar ska bomba: 1-posuda za uzor ak gor i va, 2-dr ` a~ posude za gor i vo, 3-dovod ki seoni ka, 4-pokl opac, 5-i zvod pr odukat a sagor evawa, 6-t el o bombe, 7-pokl opac bombe

52

Gor i va -

za dowu topl otnu mo}

U svi m obr asci ma sl ova predstavq aju sastav pojedi ni h el emenata i zra` en u maseni mpr ocenti ma. U obrascu Saveza nema~ki h i n` ewer a ci f r e predstavq aju zaokru` ene vr ednosti stot i h del ova topl otne mo}i gori vi h el emenata (C, H i S ). Obr asci Di l ona i Mendeq ejeva su empi r i jski . U zadwe vr eme se sve vi { e kor i sti obr azac B o i e -a (Boa), dobi jen stati sti ~kom obr adom vel i kog broja r ezul tata eksper i mental ni h i spi t i vawa. On gl asi , za dowutopl otnu mo}:

Za odr e| ene ugq eve postoje i i zrazi za i zra~unavawe topl otne mo}i u zavi snosti od udel a bal asta - vl age i pepel a, obl i ka:

gde su K i K 1 vel i ~i ne (konstante) dobi jene stati sti ~komobradomvel i kogbroja uzor aka. Odre| i vawetopl otnemo}i ugqovodoni ~ni h gori vanaosnovupoznate gusti ne

Topl otna mo} ugq ovodoni ~ni h te~ni h gori va mo` e se odr edi ti na osnovu poznate vr ednosti gusti ne gori va. P r vobi tno naj~e{ }i obr azac: H d = 5 2, 92 -

1 1, 93 ρ15 ,

MJ / k g

posl edwi h godi na kor i govan je, tako da gl asi : H d = 5 2,9 2 -

1 1 ,9 3 ρ15 -

0,29 S

MJ / k g

{ to zahteva, da por ed poznavawa gusti ne te~nog gor i va ({ to se r el ati vno l ako mo` e odr edi ti ) i dodatno sadr ` aj sumpora. K ako je sadr ` aj sumpora u motor ni m benzi ni ma zanemar q i v, a tendenci ja u r azvi jeni m zemq ama da se i kod di zel gor i va smawi na 0,05%, mo` e se sa zadovoq avaju}omta~no{ }u kor i sti t i i prvi obr azac. âk i sa 1% sumpora u di zel gor i vu, kol i ko je maksi mal no dozvoq eno na{ i mstandar di ma, gr e{ ka je mal a. U pr akti ~noj pr i meni kor i sti se di jagr amzavi snosti dowe topl otne mo}i od gusti ne (Sl i ka 2.6 /5/).

53


S l i ka 2.6 Odre| i vawetopl otnemo}i naosnovupoznatogsastava po gori vi mkomponentama

Ovakvi obr asci kori ste se ugl avnom kod gasovi ti h gori va, kod koji h se ne odr e| uje el ementar ni sastav ve} sastav gor i vi h komponenata. U op{ temsl u~aju topl otna mo} gasovi ti h gor i va odr e| uje se sumom proi zvoda zapremi nskog u~e{ }a pojedi ni h komponenata r i i odgovar aju}i h topl otni h mo}i (H i ):

54

Gor i va

i l i , pr i meweno - za dowu topl otnu mo}

-

za gor wu topl otnu mo}

Sadr ` aj gori vi h komponenata dat je u zapremi nski m procenti ma, a ci f r e predstavq aju stote del ove odgovar aju}i h topl otni h mo}i . Prera~unavawetopl otni hmo}i sajedneusl ovnemase na drugu

P r era~unavawe topl otni h mo}i sa jedne usl ovne mase na dr ugu vr{ i se na osnovu poznati h vr ednosti topl otni h mo}i (dobi jeni h eksper i mental no i l i r a~unski ) i el ementar nog sastava gor i va. K or i ste}i ve} poznat e i zraze za prer a~unavawe sastava gor i va sa jedne usl ovne mase na dr ugu, dobi jaju se odgovar aju}i i zr azi za topl otne mo}i . Oni }e bi t i i zr a` eni u zavi snosti od topl otni h mo}i anal i ti ~ke mase gori va, jer se na ovoj masi vr { i anal i za gori va i eksper i mental no odr e| i vawe topl otne mo}i : - za r adnu masu gori va

-

za apsol utno suvu masu gori va

-

za ~i stu gori vu masu

-

za organsku masu gori va

55


Topl otne mo}i gori va Or i jentaci one i ta~ne vr ednosti topl otni h mo}i va` ni ji h vr sta gori va date su u Tabel ama 2.3 i 2.4.

Tabel a 2.3 Gor i vo

Oznaka

Gor wa topl ot na mo}

Dowa topl otna mo} MJ / k g

MJ / m 3

12,75

119,95

10,78

55,49

39,81

50,00

35,87

C2 H 4

49,90

58,48

48,22

56,51

E t i l en

C2 H 4

50,29

63,42

47,16

59,48

Etan

C2 H 6

51,86

70,37

47,49

64,42

P ropi l en

C3 H 6

48,91

93,72

45,77

87,70

P r opan

C3 H 8

50,34

100,88

46,36

92,89

Buti l en

C4 H 8

48,45

123,53

45,31

115,58

n -butan

C 4 H 10

49,52

133,87

45,73

123,65

Benzol

C6 H 6

42,26

150,02

40,56

144,04

MJ / k g

MJ / m

H2

141,76

Metan

CH 4

Aceti l en

Vodoni k

3

Tabel a 2.4 GO R I V O

Topl otna mo} (MJ / k g) Gor wa, H g a

Dowa, H d a

l i gni t (doma}i )

13,5-20,0

12,0-18,5

mr ki (doma}i )

18,0-22,0

16,0-20,0

kameni (doma}i )

20,0-31,0

19,0-30,0

benzi n (sr ed.vr ed.)

46,05

42,7

di zel gor i vo (sr ed.vr .)

44,7

41,8

42,3-44,8

39,8-42,7

uq a za l o` ewe

56

Gor i va

Li teratura 1. D. Vel i ~kovi }: ' P ogonske mater i je - I deo - Ter mogene materi je", Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1972. 2. K . G . S a u n d e r s : " M i c r o s t r u c t u r a l S t u d i e s o f C h l o r i n e i n s o m e B r i t i s h C oa l s ", J o u r n a l o f t h e I n s t i t u t e o f E n e r g y , Vol. 53, No. 416, pp 109-115, 1980.

3. B.M.Ravi ~: ' Topl i vo i ef i kasnost ego i spol jzovani ja", N auka, Moskva, 1971. 4. D.I .Mendeq ejev: ' i n Topl i vo i ef i kasnost ego i spol jzovani ja", B.M.Ravi ~, Nauka, Moskva, 1971. 5. ***: "Techi sch e Ar beitsbl ätt er", Weishau pt, Sch wendi

3 OSNOVI SAGOREVAWA K ao { to je poznato, sagorevawe predstavq a sl o` en f i zi ~ko-hemi jski proces oksi daci je gori va pra}en i ntenzi vni mosl oba| awemtopl ote. U daq em}e proces sagorevawa bi ti r azmatr an krajwe upro{ }eno: { t a ul azi u proces i { ta i z wega i zl azi (Sl i ka 3.1). Ni z sl o` eni h f i zi ~ko-hemi jski h pr ocesa u okvi r u obr azovawa sme{ e i sagorevawa (r aspr { i vawe gor i va, i spar avawe kapi gor i va, odnosno, ter mi ~ko r azl agawe ~vr sti h gor i va na gori ve i spar q i ve mater i je i koksni ostatak, me{ awe sa vazduhomi sagor evawe) za r azl i ~i t a gor i va (~vrsta, te~na, gasovi ta) i r azl i ~i te potr o{ a~e (motor , kotao, pe},...) pr edmet je i zu~avawa pr edmeta Sagor evawe i daqe u pr edmeti ma koji se odnose na kotl ove, pe}i , motor e i dr .

S l i ka 3.1

Za odvi jawe pr ocesa sagor evawa, por ed odr e| enog stepena zagr ejanosti gor i va neophodno je potr ebna i odr e| ena kol i ~i na ki seoni ka. Zavi sno od kol i ~i ne ki seoni ka dovedene u proces, sagor evawe mo` e bi ti potpuno i l i nepotpuno (S l i ka 3.2). P r i potpunomsagor evawu, u op{ temsl u~aju, produkte sagor evawa ~i ne: CO2 - nastao sagorevawemugq eni ka i z gori va, H2 O - nastal a sagorevawemvodoni ka i z gori va, SO2 - nastao sagorevawemsumpor a i z gori va, N2 - i z vazduha koji se kor i sti za ostvar ewe procesa sagorevawa i i z gori va, - ki seoni k i z vazduha koji se kor i sti za ostvar ewe procesa sagoO2 r evawa.

58

Gor i va

Dok ugq endi oksi d*, vodena para odnosno voda i sumpor di osi d pr edstavq aju pr ave pr odukt e sagor evawa, azot i ki seoni k ~i ne usl ovne pr odukt e sagor evawa.

S l i ka 3.2

P r i nepotpunomsagor evawu, por ed produkata potpunog sagor evawa nal aze se i gor i ve komponente, koje bi , da je sagor evawe bi l o potpuno, odal e kol i ~i nu topl ote koju sadr ` e. P r odukti nepotpunogsagor evawa su: CO - nastao nepotpuni msagorevawemugq eni ka i z gori va, Cm Hn - nesagor el i ugq ovodoni ci , H2 - vodoni k, i C - ugq eni k u ~a| i , pepel u i dr .

S l i ka 3.3

*

N apomena: I por ed t oga { t o je C O 2 net oksi ~an gas, t r eba vodi t i r a~una da je on jedan od gl avni h uzr o~ni ka nast ajawa ef ekt a ' st akl ene ba{ t e" - zagr evawa pl anet e Zemq e.

3 Osnovi sagor evawa

59

Teor i jski posmatr ano sagorevawe }e bi ti uvek potpuno, ako je kol i ~i na ki seoni ka, dovedena u proces ve}a i l i najmawe jednaka teori jskoj kol i ~i ni ki seoni ka za potpuno sagor evawe i obr nuto: sagor evawe }e bi ti uvek nepotpuno, ako je kol i ~i na ki seoni ka koja u~est vuje u pr ocesu sagor evawa mawa od teori jske. P otpuni m sagorevawem osl oba| a se ukupna, maksi mal na kol i ~i na topl ote, sadr ` ana u gori vu, dok pri nepotpunompost oje uvek odr e| eni gubi ci . P r oces sagorevawa mo` e bi ti savr { en i nesavr { en. I por ed obezbe| i vawa dovoq ne kol i ~i ne ki seoni ka za potpuno sagor evawe i ve}e od teor i jske, u pr odukt i ma sagor evawa nal aze se nesagor el e komponente gor i va - usl ed nesavr { enosti procesa. Zavi sno od agr egatnog stawa komponenata koje u~estvuju u pr ocesu (gor i va i oksi dator a - naj~e{ }e vazduh) sagor evawe mo` e bi ti homogeno, ako su gor i vo i vazduh u i stom agr egatnom stawu (pr i mer sagor evawa gasovi ti h gor i va) i heter ogeno, ako su gori vo i vazduh u r azl i ~i t i m agr egatni m stawi ma (pr i mer sagor evawa ~vrstog gor i va - ugaq).

3.1 STEHI OMETRI J SKE JEDNAÎ NE SAGOREVAWA J edna~i ne koje daju: - u koji m se me| usobni m odnosi ma jedi ne ugq eni k, vodoni k i sumpor sa ki seoni kom, - kol i ka je teori jska kol i ~i na ki seoni ka, odnosno, vazduha pot r ebna za pot puno sagor evawe, - koja kol i ~i na produkata sagorevawa nastaje, kao i - koja kol i ~i na topl ote se tompr i l i komosl oba| a, nazi vaju se stehi ometr i jske jedna~i ne sagor evawa. Ove jedna~i ne, napi sane za sve gor i ve el emente, i stovr emeno omogu}avaju odgovar aju}i pr or a~un za bi l o koje r eal no gori vo. P r i l i komdaq eg r azmatr awa, tr eba vodi ti r a~una da je proces sagor evawa kr ajwe sl o` en i da, kako daq e sl edi , stehi ometr i jske jedna~i ne sagor evawa daju samo po~etne i kr ajwe komponente ne ul aze}i u kompl i kovani mehani zam r eakci ja koje se odvi jaju i zme| u komponenata i zme| u po~etnog i kr ajwegstawa.

60

Gor i va

3.1.1 STEHI OMETRI J SKA JEDNAÎ NA SAGOREVAWA UGQ ENI KA Reakci ja pot punogsagor evawa ugq eni ka mo` e se i zrazi ti jedna~i nom:

Uzi maju}i za jedi ni cu kol i ~i ne 1 kmol, dobi ja se:

odnosno

ili

Gor wa jedna~i na predstavqa kl asi ~nu stehi ometr i jsku jedna~i nu: za potpuno sagor evawe jednog ki l ogr ama ugq eni ka neophodno je potr ebna kol i ~i na od 8/3 kg ki seoni ka, pr i tom nastaje 11/3 kg ugq endi oksi da i r azvi ja se kol i ~i na topl ote od 33,79 MJ. Ona se mo` e, zavi sno od na~i na i zra` avawa predstavi ti i na sl ede}i na~i n:

ili

To zna~i da, anal ogno prethodnomstavu, jedan ki l ogr amugq eni ka pri potpunom sagor evawu tr o{ i 1,867 kubni h metar a ki seoni ka, kao r ezul tat procesa nastaje 1,867 kubni h metar a ugq endi oksi da i kol i ~i na topl ote od 33,79 MJ.


61

3.1.2 STEHI OMETRI J SKA J EDNAÎ NA SAGOREVAWA VODONI KA Reakci ju potpunog sagor evawa vodoni ka i zr a` ava se jedna~i nom:

Uzi maju}i , kao i r ani je, za jedi ni cu kol i ~i ne 1 kmol dobi ja se:

Kol i ~i na topl ote Q koja nastaje sagor evawemjednog ki l ogr ama vodoni ka mo` e i mati dve vrednosti , zavi sno od toga da l i je voda ohl a| ena na okol nu temper atur u i l i ostaje u par nomstawu. Za sl u~aj kada se vodena par a nal azi u par nom stawu dobi ja se ne{ to mawa kol i ~i na t opl ote koja i znosi 241,87 MJ/kmol, pa gor wa jedna~i na gl asi :

ili

Napomena:

K ol i ~i na topl ote nastal a sagorevawem1 kg vodoni ka ni je jednaka pol ovi ni vr ednosti 241,87 MJ, jer je ta~na vrednost mol ekul ske mase vodoni ka 2,016, a ne 2, kako je u jedna~i nama, zbog jednostavnosti pi sano. St ehi ometr i jska jedna~i na sagorevawa vodoni ka gl asi }e, onda:

Stehi ometr i jska jedna~i na sagor evawa vodoni ka mo` e se napi sati i na sl ede}i na~i n:

ili

62

Gor i va

3.1.3 STEHI EHI OMETR ETRI J SKA J EDN EDNAÎ AÎ NA SAG SA GORE ORE VAWA SUMPOR SUMP ORA A Reakci Reakci ja potpu pot punog nog sag sagor evawa evawa sum sumpor a gl asi asi :

odnosno

ili

S t ehi ometr i jska jedna jedna~ ~i na sag sagor evawa evawa jedi jedi ni ce mase su sumpor a, kona~ kona~no, gl gl asi asi :

ili

3.1.4 STEHI EHI OMETR ETRI J SKA J EDN EDNAÎ AÎ NA NEP NE P OTP UNOG SAG SA GORE ORE VAWA UGQ ENI ENI KA U sl u~aju kada kada je kol i ~i na ki seoni seoni ka, koja se se na nal azi u pr ost ost or u u kome se se pr pr oces oces sag sagor evawa evawa odvi odvi ja, nedovoq na za za pot pot puno puno ostva ost varr ewe pr ocesa, ocesa, nast nast aje nepot nepotpu puno no sag sagor evawe vawe,, kojompr kojom pr i l i kom, kod re r eal ni h gor i va, va, nastaje nastaje uv uvek ugq enmonoksi onoksi d. Tom pri l i kom kom deo t opl opl ote se gu gubi , pa je ut ut vr | i vawe us usl ova ova u koji ma do do ove ove pojave pojave dol azi azi i weno weno spr spr e~ava avawe i zuze zuzett no va` va` no. Ne N epotpu pot puno no sag sagor evawe evawe ugq eni ka mo` e se pr edst edstav avii t i jedna jedna~ ~i nom:

3 O snovi sagor sagor eva vawa wa

63

odnos odnosno, no, da daq i mr azvi zvi jawemg jawemgor weg weg i zr aza, za,

ili

Za jedi jedi ni cu mase ase dobi dobi ja se kona~ kona~no:

ili

P ore or e| ewemkol wemkol i ~i na t opl opl ota na nast al i h pri pot pot puno punomi mi nepo nepott puno punomsa msag gore or evawu ugq eni ka (33,79 (33,79 MJ pri pr i potpuno potpunomi mi 10,26 ,26 MJ pr i nepot nepot punom punom) uo~ava ava se se va` va` nost ost ost var i vawa vawa { t o potpuni potpuni jeg sag sagor evawa vawa - gubi t ak pr i nepo nepott punomsag punomsagor evawu ugq eni ka u ugq enmonoksi onoksi d um umesto u ugq endi ndi oksi d i znosi znosi vi { e od od dve dve t r e}i ne kol i ~i ne t opl ote ot e nastal nastal e potpuni potpuni msa msagor evawe vawem m. U gq enm enmonoksi d, kao kao t oksi ~na komponent ponenta, a, pr edst edstav avq q a jedan jedan od sast sastojaka ojaka koji zag zaga| uju at at mosf osf er u, pa i po ovo ovom m kr i t er i jumu weg wegovo ovo nastaja nastajawe we je kra kr ajwe nepo` nepo` eq no i t r eba ga sv svesti na mi ni mum. Kol K ol i ~i na ugq enmonoksi onoksi da, koja se jav javq a kod kod r azl i ~i t i h t r o{ i l a (motor a, na pri mer ) je ogr ani ~ena i propi si ma za za{ ti tu oko okoll i ne.

3.1.5 STEHI EHI OMETR ETRI J SKA J EDN EDNAÎ AÎ NA SAG SA GOREVAW OREVAWA A UGQ ENMONOKSI ENMONOKSI DA S agor evawe evawe ugq enmonoksi onoksi da mo` e se pr edstav st avii t i r eakci eakci jom:

odnosno

64

Gor i va

Daq Daq i msr msr e| i vawemd wemdob obii ja se se, ana anall ogno pr pr et hodni odni mi zvo| zvo| ewi ma:

ili

ili

3.1.6 HESOV ZAKON ZAKON K ol i ~i na t opl opl ote koja koja se dobi je i l i utr o{ i tokom tokom odr odr e| ene termohe ohemi jske jske r eakci eakci je ne zavi zavi si od put put a odvi odvi jawa r eakci je, ve} ve} sam samo od po~etnog et nog i kr ajweg ajweg stawa st awa..

Hess-ov (Hes) zakon zakon mo` e se se dokaz dokaza at i na pr pr i meru er u sag sagor evawa vawa ug ugq eni ka: to to zna zna~i da }e }e se se pr pr i l i kom sag sagor evawa ugq eni ka u ugq enmonoksi onoksi d, a zat zat i m dogor evawa ugq enmonoks onoksii da u ugq endi ndi oksi oksi d dob dobii t i i sta kol i ~i na t opl opl ote ot e, kao kao i pr i nepos neposrr ednomsa nomsag gor evawu ug ugq eni ka u ugq endi ndi oksi oksi d. Dokaz Di r ekt ni msa msagor evawe vawemu mug gq eni ka (C) u ugq endi ndi oksi oksi d (CO2 ) pr ema :

dobi ja se 43 43,8 MJ. I z od odeq ka 3.1.4 .1.4 sl edi da:

a i z 3.1 3.1.5 .5::


65

K ako sagor evawem1 evawem1 kg ug ugq eni ka nast nast aje 1,867 m3 ug ugq enmonoksi onoksi da, da, sl sl edi edi :

~i me je Hesov Hesov zako zakon n dokazan.

3.2 OSNO OSNOV VI P RORA^ ORAÛ UNA P ROCESA SAGOREVAWA P r i l i kom kom projektov projektova awa bi l o kog t opl opl otnog otnog ur e| aja, ja, i zbor bor a oprem opreme za za we wega, weg wegovog ovog i spi spi t i vawa, wa, kont kont r ol e i ocene ocene,, pot pot r ebno bno je i zvr zvr { i t i odg odgova ovar aju}i ju}i pror pr or a~un. Vel i ~i ne koje se t ompr ompr i l i komkor komkor i ste su pot pot r ebna bna kol i ~i na vazduha odnos odnosno no ki seoni seoni ka za za potpu pot puno no sa sagor evawe vawe,, kol i ~i na i sast sasta av pr odu odukata sag sagor evawa vawa i t emperat per atu ur e sag sagor evawa evawa.. P r i pr ojekt ojekt ova ovawu i i zbor zbor u opr opre eme pr pr or a~un proce pr ocesa sa sag sagore or evawa vr vr { i se na osnovu osnovu pozna poznatt i h poda podat aka o gor i vu - podataka podataka el ementar nt arne ne i t ehni ~ke anal anal i ze gor i va i poda podat aka i z stehi stehi omet r i jski h jedna jedna~ ~i na sag sagor evawa, wa, uz kor i { }ewe }ewe post post oje}i oje}i h sa sazna znawa i i skustav skustava a. P r i i spi t i vawu wu,, oceni oceni i kontr kontr ol i ur e| aja pror a~un proces procesa sagore or evawa vr { i se na osnovu i zmerenog er enogsastav sastava a produ pr odukat kata a sag sagor evawa. evawa.

3.2.1 OSNOVI P RORA ORA ÛNA ÛNA SAG SA GOREVA OREVAW WA NA BAZI P OZNATOG OZNATOG SASTAVA SA STAVA GOR GORII VA N a bazi bazi pozna poznatt og sastav sastava a gor i va i zra zr a~unava navaju ju se t eor eor i jska kol i ~i na ki seoni seoni ka odnos odnosno no vaz vazd duha, stva st varr na kol i ~i na va vazdu zduha, kol i ~i na i sast sastav av pr odu odukata kat a sag sagor evawa vawa i t emperat per atu ur a sag sagor evawa evawa..

3.2.1.1 Odr Odr e| i vawe teor i jsk jske kol i ~i ne ki seoni oni ka za pot potpuno sagore or evawe Teor Teor i jska jska kol kol i ~i na ki seoni oni ka preds predst avq a na najmawu neoph ophodnu odnu kol kol i ~i nu ki seoseoni ka za za potpu potpuno no sa sagor evawe svi svi h gor i vi h el el emenat nat a gori or i va. va. Te T eor i jska kol i ~i na ki seoni seoni ka obel obel e` ava se sa O min i i zr a` ava se u (kg/kg) i l i (m3 /kg) za ~vrst vr sta a i t e~na gor i va, va, a u (m3 /m3) za gasov sovi t a gor i va. va.

66

Gor i va

Teor Teor i jska jska kol kol i ~i na ki ki seon seonii ka jed jednog nog re r eal nog nog gori or i va i zr a~unav nava se na na osno osnov vu pozn pozna at og el ementar nog nog sastav sastava a gor i va i t eor i jski h kol i ~i na ki seon seonii ka za pot pot puno puno sa sagor evawe svi svi h gor i vi h el el emenat nat a. Ove t eor i jske kol i ~i ne ki seon seonii ka za sve sve gor i ve el ement ent e: ug ugq eni k, vod vodoni k i sum sumpor dat e su su dr ugi m ~l anovi anovi ma i zve zvedeni h stehi stehi omet r i jski h jedna jedna~ ~i na sag sagor evawa vawa i i znos znose e: - za ugqen qeni k

-

za vodoni k

-

za sumpor

3.2.1.1.1

Odr Odr e| i vawe t eor i jske jske kol kol i ~i ne ki seon seonii ka za ~vr st a gori or i va

A ko se se el ementar ni sastav sastav gor i va obe obel e` i sa: sa: g C = C / 1 0 0 - maseno seno u~ u~e{ }e ugq eni ka, ka, g H = H / 1 0 0 - maseno seno u~ u~e{ }e vodon odonii ka, ka, g S = S / 1 0 0 - mase aseno u~e{ }e sum sumpora, por a, g O = O/ O/ 1 0 0 - maseno u~e{ }e ki seoni oni ka, ka, g N = N / 1 0 0 - maseno seno u~e{ }e azot zot a, g W = W/ W/ 1 00 - maseno seno u~e{ }e vl age, g A = A / 1 0 0 - maseno seno u~e{ }e pepe pepell a (mi ner ner al ni h pri pr i mesa), sa), pr i ~emu je: odnosno

67


onda onda se t eor i jska kol i ~i na ki seon seonii ka i zra zr a~unava nava pr ema obras obr ascu: cu:

K ao { t o se se mo` e uo~i t i t eori jska jska kol kol i ~i na ki ki seoni ka dobi obi ja se i z zb zbi r a proi zvoda oda teor teorii jski jski h kol kol i ~i na ki seon seonii ka za svaki gori or i vi el ement i masenog nog u~e{ }a i stog st og el ementa nt a u gor i vu, vu, um umawenog wenog za kol i ~i nu ki seoni seoni ka u sam samom gor i vu, koja koja se se mo` e i skor skor i sti t i u proce pr ocesu su sag sagor evawa. wa. P osl e zam zamene odg odgovar ovar aju}i ju}i h vred vr ednos nostt i O min dobi dobi ja se: se:

odnosno:

3.2.1.1.2

Odr Odr e| i vawe t eor i jske jske kol kol i ~i ne ki seon seonii ka za t e~na gori or i va

Odr Odr e| i vawe teo teor i jske jske kol kol i ~i ne ki seoni ka vr { i se na i sti na~i n, i sti m obr asci ma kao kao i za ~vrst vr sta a gor i va, va, ako ako je pozn poznat at wi hov el el ementa nt ar ni sastav sastav.. Ukol i ko je, je, me| ut i m, t e~no gori or i vo de def i ni sano op{ op{ t i m i zr azom za ugq ovoovodoni oni ~na gor i va obl obl i ka C m H n , onda post oje oje dve dve mogu} ogu}nost nost i : - i l i da se i z odno odnos sa ugq eni kov kovi h i vodon odonii kov kovi h at oma odr odr edi el ementar ntar ni sast sast av, av, pa da se r a~una pr ema obrasci obr asci ma za za ~vr sta st a gor i va, - i l i da se kor kor i ste od odgovar aju} ju}i obr asci za ovaj t i p gor i va. P r i sag sagor evawu bi l o kog kog ugq ovod ovodon onii ka, ka, obl obl i ka C m H n , dol azi do sjed sjedi wav wavawa sva svakog at oma ug ugq eni ka sa sa jed jedni m mol ekul ekul om ki seoni seoni ka i sva svaka dv dva mol eku ekul a vod vodoni ka sa mol ekul kul omki seoni seoni ka, stvar stvar aju}i ju}i jeda jedan mol ekul kul CO2 i dva mol ekul kul a H2 O. To T o zna~ zna~i da }e }e pr pr i sag sagor evawu evawu m at at oma ugq eni ka bi t i pot pot r ebno bno m mol ekul kul a ki seon seonii ka, ka, i n at at oma vodon odonii ka bi t i pot pot r ebno bno (n / 2 2 ) mol ekul kul a ki seon seonii ka. ka. 

68

Gor i va

Ukupna pot r ebna kol i ~i na ki seoni ka bi }e:

gde su: m n -

br oj atoma ugq eni ka, a br oj atoma vodoni ka u gori vu ti pa Cm Hn.

Za te~no gor i vo sastavq eno i z vi { e ugq ovodoni ka i zra~unava se i l i prose~na vrednost m i n , i l i se O min i zr a~unava pr ema

Za te~na gori va obl i ka C m H n O o (al kohol i , na pr i mer ) t eor i jska kol i ~i na ki seoni ka se i zra~unava prema sl i ~ni mobr asci ma:

odnosno

gde je: o -

br oj atoma ki seoni ka u i zr azu za gori vo ti pa Cm Hn Oo .


3.2.1.1.3

69

Odr e| i vawe t eor i jske kol i ~i ne ki seoni ka za gasovi t a gori va

Teor i jska kol i ~i na ki seoni ka odr e| uje se na osnovu poznatog sastava po komponentama. Uzi maju}i da se gasovi ta gor i va sastoje u op{ temsl u~aju i z ugq enmonoksi da, vodoni ka i gasovi ti h ugq ovodoni ka (metana CH4 , etana C2 H6 , pr opana C3 H8 , butana C4 H10 i dr .) i obel e` avaju}i zapremi nsko u~e{ }e pojedi ni h komponenat a sa r , teori jska kol i ~i na ki seoni ka i zra~unava se pr ema i zrazu:

gde su: m i n i -

- broj atoma ugq eni ka uugq ovodoni ~ni mkomponentama broj atoma vodoni ka u ugq ovodoni ~ni mkomponenata.

3.2.1.2 Odre| i vawe teori jskekol i ~i ne vazduha K ako se gotovo u svi mpostr ojewi ma za sagorevawe kor i sti ki seoni k i z vazduha od i nter esa je, svakako, da se odr edi teor i jska kol i ~i na vazduha u kojoj }e se sadr ` avati teori jska kol i ~i na ki seoni ka. P ored zna~aja ove vel i ~i ne za ostvar ewe potpunog pr ocesa sagor evawa, ona je pol azna vel i ~i na za i zbor odgovar aju}e opr eme: venti l ator a, pr edgr eja~a vazduha i dr . Teor i jska kol i ~i na vazduha i zra~unava se na osnovu poznate teori jske kol i ~i ne ki seoni ka i u~e{ }a ki seoni ka u vazduhu. Ova vel i ~i na obel e` ava se sa L min i odre| uje se prema:

gde su 0,232 i 0,21 zaokr u` ene vrednosti masenog i zapr emi nskog u~e{ }a ki seoni ka u vazduhu.

70

Gor i va

K ako se u vazduhu nal azi uvek ve}a i l i mawa kol i ~i na vl age (vodene par e) potr ebno je, u ci q u ta~ni jegpror a~una, dobi jenu vrednost za teori jsku kol i ~i nu vazduha za potpuno sagor evawe umno` i ti f akt or om:

gde su:  (%)

p p s

-

r el ati vna vl a` nost vazduha apsol utni pr i ti sak vazduha apsol utni pr i ti sak zasi }ene par e na temper atur i vl a` nog vazduha.

êsto se za pri bl i ` no i zra~unavawe teori jske kol i ~i ne vazduha kori ste obr asci Rosin-a (Rozi na) i Fehling-a (F el i nga) /38/ koji , zavi sno od vr ste gor i va, gl ase: - za ~vr sta pr i r odna gor i va

-

za te~na gor i va

-

za sl abe gasove (H d <12.500kJ/m3 )

-

za jake gasove (H d >12.500kJ/m3 )


71

3.2.1.3 Stvarna kol i ~i na vazduha i koef i ci jent vi { ka vazduha K ako odvi jawe i potpunost pr ocesa sagor evawa u znatnoj meri zavi se od usl ova i kval i tet a obrazovawa sme{ e gori va i vazduha, teor i jska kol i ~i na ki seoni ka odnosno vazduha ni je u stawu da obezbedi pot punost sagor evawa. Ova teori jska kol i ~i na vazduha mo` e bi ti dovoq na za obezbe| i vawe potpunog sagor evawa gasovi ti h gori va samo pr i i deal ni musl ovi ma. P r i sagorevawu ~vr sti h i te~ni h gor i va, a ne r etko i gasovi ti h, usl ovi obrazovawa sme{ e su dal eko od i deal ni h. Zbog toga se u pr ostor u kome se pr oces sagor evawa odvi ja dovodi ne{ to ve}a kol i ~i na vazduha u odnosu na pror a~unatu, teor i jsku. Ova vel i ~i na nazi va se stvar na kol i ~i na vazduha i obel e` ava se sa L . I zme| u stvar ne i teori jske kol i ~i ne vazduha mo` e se, zavi sno od na~i na i zra` avawa, uspostavi ti veza:

K onstanta srazmer nosti  nazi va se koef i ci jent vi { ka vazduha. I z gorweg i zr aza se i def i ni { e koef i ci jent vi { ka vazduha:

A ko se sa G obel e` i jedi ni ~na masa gor i va, onda }e koncentr aci ja gor i va u gori voj sme{ i (G + L ) za vr ednost koef i ci jenta vi { ka vazduha jednaki m1, bi t i :

a za sl u~aj ë1, bi }e:

Za sl u~aj kada koef i ci jent vi { ka vazduha i ma vr ednost 1, stvar na kol i ~i na vazduha jednaka je teor i jskoj kol i ~i ni : ova sme{ a gor i va i vazduha nazi va se stehi ometr i jska sme{ a. Kada je koef i ci jent vi { ka vazduha ve}i od 1, koncentr aci ja gor i va u sme{ i bi }e mawa u odnosu na stehi ometr i jsku, pa se zato ova sme{ a nazi va ' si r oma{ na". Kada je pak koef i ci jent vi { ka vazduha mawi od 1, koncentr aci ja gor i va u sme{ i bi }e ve}a u odnosu na stehi ometr i jsku, pa je sme{ a ' bogata". Ekonomi ~no sagorevawe posti ` e se pr i opti mal ni mvrednosti ma koef i ci jenta vi { ka vazduha, koje su odr e| ene vrstomgor i va, na~i nomwegovog sagor evawa i

72

Gor i va

vr stoml o` i { ta. Opti mal ne vr ednosti koef i ci jenta vi { ka vazduha za l o` i { ta kr e}u se u gr ani cama 1,05-1,5. Ekonomi ~no sagor evawe pr i r odni h gasovi ti h gor i va i mazuta mogu}e je pri mal i mvrednosti ma koef i ci jenta vi { ka vazduha (ë=1,05-1,15), jer se mo` e uspe{ no organi zovati dobr o obrazovawe sme{ e. Nasupr ot ovom, nar o~i t o te{ ko je obezbedi ti sagor evawe ~vrstog gor i va - ugq a u sl oju, kojom pr i l i kom koef i ci jent vi { ka vazduha dosti ` e vr ednost 1,4-1,5. P r i sagorevawu ugq a u l etu, kada je ugaq f i no saml even na vel i ~i nu od nekol i ko deseti na do nekol i ko stoti na mi kr ometar a, vr ednost koef i ci jenta vi { ka vazduha kr e}e se u gr ani cama 1,2-1,25. I por ed toga { to se sagor evawemsa koef i ci jentomvi { ka vazduha mawi mod 1 gubi deo topl ote, kod oto motor a sa unutr a{ wi msagorevawemje pri =0,85-0,9 najve}a br zi na sagor evawa , pa prema tome i najve}a snaga. P r i r adu sa koef i ci jentom vi { ka vazduha 1,05-1,10 (si r oma{ na sme{ a) br zi na sagor evawa je mawa, smawuje se i snaga motor a, al i r aste ekonomi ~nost . Stvar na kol i ~i na vazduha mo` e se, na osnovu stati sti ~ke obrade vel i kog broja podataka, utvr di ti i pri bl i ` ni mputem. P r ema Boa /1/ zavi sno od vr ste gor i va, i zrazi za stvar nu kol i ~i nu vazduha gl ase: - za ~vr sta gor i va

-

za uqa za l o` ewe

-

za pr i r odni zemni gas

U obr asci ma Boa tr eba vr ednosti topl otne mo}i zameni ti u MJ/kg za ~vrsta i te~na gor i va, a u MJ/m3 za gasovi ta gor i va.

3.2.1.4 Kol i ~i na i sastava produkata sagorevawa P odaci o kol i ~i ni i sastavu pr odukata sagorevawa zajedno sa teor i jskom kol i ~i nomvazduha daju ni z podataka kako za i zbor opreme, tako i za odr e| i vawe temper atur e sagorevawa, topl otni h gubi taka sa di mni mi l i i zduvni mgasovi ma, potpunosti pr ocesa sagor evawa, za sastavqawe ter mi ~kog pr or a~una i dr .


73

U usl ovi ma potpunog sagor evawa kada je ë1 u op{ tem sl u~aju u produkti ma sagor evawa nal aze se CO2 , H2 O, SO2 , N2, O2 i ~vr st nesagori vi ostatak pepeo.

3.2.1.4.1

P r odukti sagorevawa ~vr sti h gori va pr i ë>1 λ

I zra~unavawe produkata sagor evawa vr{ i se na osnovu poznatog el ementarnog sastava gori va i stehi ometr i jski h jedna~i na sagor evawa. Za ~vrsta gori va bi }e:

jer se u produkti ma sagorevawa por ed vode nastal e sagorevawemvodoni ka nal azi i voda koja poti ~e i z gori va (vl aga) - g W i voda i z vazduha (usl ed wegove vl a` nosti ) - g W ' .

ili

P or ed ' pravi h" produkata sagor evawa CO2 , H 2 O i SO2 u produkt i ma sagor evawa nal azi se i azot, i z vazduha koji je u~estvovao u procesu, i ki seoni k, ako je koef i ci jent vi { ka vazduha ve}i od 1.

gde dr ugi ~l an pr edstavqa azot i z sastava gor i va, odnosno

74

3.2.1.4.2

Gor i va

P r odukti sagorevawa te~ni h gori va pr i λ ë>1

Odr e| i vawe produkata sagorevawa te~ni h gor i va vr{ i se: - i l i na i sti na~i n kao kod ~vr sti h gori va, ako je poznat el ementar ni sastav, i l i - na na~i n koji }e se i zl o` i ti , ako je sastav gori va dat op{ ti mi zr azomza ugq ovodoni ~na gor i va - C m H n . K ako sagor evawemjednog atoma ugq eni ka nastaje jedan mol ekul ugq endi oksi da, to }e sagor evawemm atoma ugq eni ka nastati m mol ekul a ugq endi oksi da, pa }e bi ti

odnosno

Na sl i ~an na~i n se dobi ja kol i ~i na vodene pare nastal e sagor evawemvodoni ka

Sadr ` aj azota i ki seoni ka odr e| uje se na na~i n koji je ve} bi o i zl o` en.

3.2.1.4.3 P r odukti sagor evawa gasovi ti h gori va pri >1 K ako se u gasovi ti m gor i vi ma, u op{ tem sl u~aju, mogu na}i CO, CO2 , H2 , H2 O, ugq ovodoni ci i dr uge komponente, i kako - sagor evawem1 m3 CO nastaje 1 m3 CO2 , a - sagor evawem1 m3 H2 nastaje 1 m3 H2 O, nastal a kol i ~i na ugq endi oksi da i zra~unava se pr ema i zrazu:


75

K ol i ~i na ugq endi oksi da poti ~e del omod sagor evawa ugq enmonoksi da i ugq eni ka i z ugq ovodoni ka, a del om i z ugq endi oksi da, koji se nal azi o u gasovi tom gori vu. P r i t ome su: r CO - zapremi nsko u~e{ }e ugq enmonoksi da u gor i vomgasu ~i ji m sagor evawemnastaje i sta zapr emi na ugq endi oksi da, r CO2 - zapremi nsko u~e{ }e ugq endi oksi da u gor i vomgasu, r i - zapremi nsko u~e{ }e i-t e ugq ovodoni ~ne komponente u gasovi tomgori vu,a m i - odgovar aju}i broj atoma ugq eni ka u i-tom gasovi tom ugq ovodoni ku. A nal ogno pr ethodnom, i zraz za i zra~unavawe kol i ~i ne vodene par e, bi }e:

gde su: - zapremi nsko u~e{ }e vodoni ka u gor i vomgasu, - zapremi nsko u~e{ }e vodene par e u gor i vomgasu, - zapremi nsko u~e{ }e i-t e ugq ovodoni ~ne komponente u gasovi tomgori vu, a n i - odgovar aju}i broj atoma vodoni ka u i-t omugq ovodoni ku. K ol i ~i na azota i ki seoni ka odr e| uju se prema r ani je navedeni mobrasci ma, a na osnovu i zra~unati h vrednosti L min , odnosno L . r H2 r H2O r i

Za sl u~aj da u gasovi tom gori vu postoji i vodoni k sul f i d u produkti ma sagor evawa dobi jaju se i SO2 i H2 O pr ema jedna~i ni :

3.2.1.4.4 K ol i ~i ne pr odukata sagorevawa I zra~unavawe kol i ~i ne produkata sagorevawa vr{ i se na osnovu poznati h vrednosti pojedi ni h komponenata pr odukata sagor evawa. U op{ tem sl u~aju kol i ~i na pr odukata sagorevawa i zra` ava se zbi r omkol i ~i na pojedi ni h produkata sagorevawa. P r i tome r azl i kuju se vl a` ni i suvi produkti sagorevawa, zavi sno da l i se u sastavu nal azi voda i l i ne. U usl ovi ma potpunog sagorvawa kol i ~i na vl a` ni h produkata sagor evawa jednaka je

76

Gor i va

a suvi h

Odgovar aju}i i zrazi , zavi sno od vrste gor i va, gl ase: - za ~vr sta gor i va

-

za te~na gor i va

-

za gasovi ta gor i va

K ol i ~i na produkata sagorevawa i zra` ena masomgl asi }e:

K ol i ~i na produkata sagor evawa i zra` ena masom mo` e se i zra~unati i bez pror a~una pr odukata sagor evawa, i z mater i jal nogbi l ansa:

K od gori va sa mal i m sadr ` ajem mi ner al ni h pri mesa ( g A ), kao { to su te~na gori va, i l i kod gori va koja uop{ te ne sadr ` e mi ner al ne pri mese (gasovi ta gor i va) posl edwi ~l an se mo` e zanemar i ti , pa se dobi ja:


77

Obr asci ma Boa /1/ dobi jeni h na osnovu obrade vel i kog broja mer ewa, kol i ~i na produkata sagorevawa mo` e se i zra~unati i pri bl i ` ni mputem: -

za ~vr sta gor i va

-

za uqa za l o` ewe

-

za pr i r odni zemni gas

U obr asci ma Boa tr eba vr ednost topl otne mo}i zameni ti u MJ/kg za ~vr sta i te~na gor i va, a u MJ/m3 za gasovi ta gor i va. Mi ni mal na kol i ~i na produkata sagorevawa i l i teor i jska kol i ~i na produkata sagor evawa pr edstavq a kol i ~i nu produkata sagor evawa za stehi ometr i jski koef i ci jent vi { ka vazduha (ë=1). Veza i zme| u stvar ne kol i ~i ne produkata sagor evawa (za bi l o koji koef i ci jent vi { ka vazduha) i t eori jske, gl asi

Ova veza va` i i za suve za vl a` ne pr odukte sagor evawa.

78

Gor i va

Mi ni mal na kol i ~i na pr odukata sagorevawa odr e| uje se i pr i bl i ` ni mobr asci ma Rozi na i F el i nga /2/ na osnovu poznate topl otne mo}i : -

za ~vr sta gor i va

-

za te~na gor i va

-

za sl abe gasove (H d <12.500 kJ/m3 )

-

za jake gasove (H d >12.500 kJ/m3 )

U ovi mobrasci ma vr ednosti topl otni h mo}i tr eba zameni ti u kJ/kg za ~vrsta i te~na, a u kJ/m3 za gasovi ta gor i va.

3.2.1.4.5

Sastav pr odukat a sagor evawa

U~e{ }e pojedi ni h komponenata u ukupnoj kol i ~i ni pr odukata sagor evawa i zr a~unava se jednostavno: odnosomkol i ~i ne odgovar aju}e komponente i ukupne kol i ~i ne produkata sagor evawa. S obzi r omna pr ethodni stav sastav produkata sagor evawa mo` e se i zra~unati s obzi r omna vl a` ne i suve produkt e sagor evawa. Sastav vl a` ni h pr odukata sagorevawa bi }e:


79

Sastav suvi h pr odukata sagor evawa:

Vr ednost procentual nogsadr ` aja ugq endi oksi da u suvi mpr odukti ma sagor evawa pr i stehi ometr i jskom koef i ci jentu vi { ka vazduha (ë=1) pr edstavq a maksi -

S l i ka 3.4: S ast av t eor i jsk i h i st var ni h pr odukat a sagor evawa

mal nu vrednost CO2 za odr e| eno gor i vo i obel e` ava se sa C O 2max (Sl i ka 3.4). U pr ora~uni ma se tako| e ~esto kori sti zbi r tr oatomni h suvi h produkata sagor evawa - ugq endi oksi da i sumpordi oksi da, koji se obel e` ava sa R O 2 .

A nal ogno prethodnomstavu bi }e onda i

80

Gor i va

Or i jentaci one vr ednosti mi ni mal no potr ebni h kol i ~i na vazduha za pot puno sagor evawe (m3 /kg), mi ni mal ni h kol i ~i na vl a` ni h produkata sagorevawa (V min ) i vr ednosti C O 2 max zavi sno od vrste gor i va dati su u Tabel i 3.1 /2/. Tabel a 3.1: L min

V min

C O 2 max

(m3 /kg)

(m3/kg)

(%Vol)

kameni ugaq

7,5-8,3

7,9-8,6

18,3-18,9

mr ki ugaq

2,4-6,5

2,4-7,0

17,8-19,8

tr eset (suv na vaz.)

4,1

5,0

18,9

koks

7,7

7,7

20,7

benzi n

11,5

12,3

15,0

di zel gor i vo

11,2

11,9

15,5

uq e za l o` ewe EL

11,2

11,8

15,5

uq e za l o` ewe M

10,8

11,7

15,7

uq e za l o` ewe S

10,6

11,4

15,9

butan

11,5

11,8

14,1

pr opan

12,0

13,0

13,8

13,31

14,7

11,7

8,90

9,91

11,8

Gori vo

metan pr i r odni gas *

*

Vr ednosti za pri r odni gas se odnose na jedi ni cu kol i ~i ne od 1 m3 , a ne na masu od 1 kg - L min (m3 /m3 ), V min (m3 /m3 ).

3.2.2 OSNOVI PRORAÛNA P ROCESA SAGOREVAWA NA BAZI POZNATOG SASTAVA P RODUKATA SA GOREVAWA K ao { to je poznato sastav pr odukata sagor evawa odr e| uje se ur e| aji ma koji ma se vr{ i anal i za produkata sagor evawa - gasni m anal i zator i ma. Savr emeni gasni anal i zator i omogu}avaju veoma ta~no odr e| i vawe ni za produkata potpunog i nepotpunog sagor evawa, kona~ni h i me| u pr odukata reakci je sagor evawa. Sastav suvi h pr odukata potpunog sagor evawa bi }e jednak


81

ili

U sl u~aju nepotpunog sagor evawa usl ed nesavr { enosti odvi jawa samog pr ocesa por ed produkata potpunog, javqaju se i pr odukt i nepotpunog sagor evawa: CO, H2 , CH4 i dr ugi vi dovi nesagor el og gor i va. Kako dana{ wa postr ojewa r ade sa vi soki mstepenompotpunosti sagor evawa, dopu{ ta se upro{ }en pror a~un, pr i ~emu }e se smatr ati da je jedi ni pr odukat nepotpunog sagor evawa ugq enmonoksi d. U tomsl u~aju gor we jedna~i ne pr el aze u

I z sastava pr odukata sagor evawa mo` e se oceni ti kval i tet procesa sagor evawa, a i odr edi ti stvar ni koef i ci jent vi { ka vazduha sa koji mse pr oces sagorevawa odvi ja.

3.2.2.1 Odre| i vawe koef i ci jenta vi { ka vazduha i z sastava produkata sagorevawa Teor i jski mi ni mal no potr ebna kol i ~i na vazduha za potpuno sagorevawe mo` e se predstavi ti r azl i komstvar no pot r ebne kol i ~i ne vazduha i vi { ka vazduha ( ∆L ):

Zamenom ovog i zr aza u i zraz koji m je koef i ci jent vi { ka vazduha def i ni san, dobi ja se

Zapremi na vi { ka vazduha mo` e se i zra~unati i z vi { ka ki seoni ka, odr e| enog anal i zompr odukata sagor evawa

82

Gor i va

odnosno

∆ K ako azot , uveden vazduhom u pr oces sagor evawa, ost aje nepromewen (zanemar uju}i nastajawe oksi da azota), mo` e se pomo}u wega odr edi ti stvar na zapr emi nska kol i ~i na vazduha. Ovakav na~i n je opr avdan samo kod ~vrsti h i te~ni h gor i va kod koji h je sadr ` aj azota u gor i vu neznatan. Zapr emi na azota u pr odukti ma sagor evawa bi }e

a stvar na kol i ~i na vazduha,

Zamenom i zraza za ∆ ∆L i L u i zraz za koef i ci jent vi { ka vazduha, dobi ja se kona~an obr azac za i zra~unavawe koef i ci jenta vi { ka vazduha na osnovu poznatog sastava produkata sagor evawa:

ili

po{ to je


83

U usl ovi ma kada se por ed pr odukata pot punog sagor evawa javq aju i pr odukti nepot punog saggor evawa CO, H2 , CH4 i dr ugi , koef i ci jent vi { ka vazduha se odr e| uje pr ema

K ako je CO najver ovatni ji pr odukt nepotpunog sagor evawa gorwi i zraz se mo` e upr osti ti tako da gl asi :

3.2.3 TEMPERATURA SAGOREVAWA Temper atur a sagorevawa predstavq a temper atur u koju i maju gasovi ti produkti , kao r ezul tat zagr evawa topl otom koja je nastal a sagor evawem gor i va. Temper atur a sagor evawa upravno je propor ci onal na topl otnoj mo}i gor i va, a obrnuto propor ci onal an topl oti potr ebnoj za zagr evawe produkata sagor evawa do temper atur e sagor evawa, odnosno obrnuto je pr opor ci onal na pr oi zvodu zapremi na produkata sagorevawa i wi hovi h sredwi h speci f i ~ni h topl otni h kapaci t eta - t opl otnomkapaci tetu. Razl i kuju se kal or i metar ska, teori jska i stvar na temper atur a sagor evawa. P od kal or i metar skom temper atur om sagor evawa podr azumeva se temper atur a sagor evawa koju i maju pr odukt i sagor evawa pr i potpunom sagor evawu, kojom pr i l i kom ne dol azi do topl otni h gubi taka nastal i h di soci jaci jom pr odukata sagor evawa na povi { eni mtemper atur ama i usl ed r azmene topl ote sa okol i nom. Teor i jska temper atur a sagorevawa uzi ma u obzi r di soci jaci ju produkata sagor evawa, a ne i r azmenu topl ote sa okol i nom. St var na temper atur a sagorevawa odr e| uje se uzi maju}i u obzi r i di soci jaci ju produkata sagor evawa i topl otne gubi tke usl ed r azmene topl ote sa okol i nom.

84

Gor i va

Maksi mal na vrednost temper atur e sagor evawa dobi ja se za sl u~aj kal or i metar ske temper atur e sagor evawa kada se pr oces odvi ja sa stehi ometr i jski m koef i ci jentomvi { ka vazduha (ë=1). U op{ temsl u~aju, temper atur a sagor evawa se odr e| uje i z ener getskogbi l ansa

gde su: ental pi ja gori va, ental pi ja vazduha, zapremi na i -t e komponente pr odukata sagor evawa, sredwi speci f i ~ni topl otni kapaci tet i -t e komponente pr odukata sagor evawa u temper atur skomi nterval u to - ts. U i zrazu (3.1) zanemar ena je kol i ~i na topl ote koja se tr o{ i na zagr evawe pepel a do temperature t s . Ova pr etpostavka je kor ektna za gasovi ta i te~na gori va. Za i zra~unavawe temper atur e sagor evawa ~vrsti h gor i va potr ebno je uzeti u obzi r i kol i ~i nu pepel a i odgovar aju}i speci f i ~ni t opl otni kapaci tet. hG h v V i c p m i

-

I z i zraza (3.1) sl edi da se temper atur a sagor evawa t s mo` e i zra~unati na sl ede}i na~i n:

i l i razvi jeno

I zraz za i zr a~unavawe teor i jske temper atur e sagor evawa bi }e jednak gor wem i zrazu dopuwen gubi ci ma usl ed di soci jaci je Q d :


85

Stvar na temperatur a sagor evawa i zr a~unava}e se pr ema i zr azu:

gde je: Qt g

-

kol i ~i na topl ote i zgubq ena usl ed r azmene topl ote sa okol i nom.

Za sl u~aj da se u pr odukt i ma sagor evawa nal aze i gor i ve komponente, kao posl edi ca nesavr{ enog i nepotpunog sagor evawa, potr ebno je, u broji ocu i zraza za i zra~unavawe temper atur e sagor evawa, umawi ti vrednost topl otne mo}i za kol i ~i nu topl ote koja se nal azi u ovi m gor i vi m komponentama pr odukata sagor evawa. U t om sl u~aju, najop{ ti ji i zraz za i zra~unavawe temper atur e sagor evawa bi gl asi o:

gde je: H p s

-

gubi tak usl ed nepotpunog sagor evawa.

Odr e| i vawe temper atur e sagorevawa usl o` eno je nepoznavawem sredwi h speci f i ~ni h topl otni h kapaci teta u i nter val u t o - t s , jer ni je poznata temper atur a sagorevawa koja se tr a` i , pa se ne mo` e i z tabl i ca uzeti . Od ni za i ter ati vni h metoda za odr e| i vawe temper atur e sagor evawa bi }e i zl o` ena gr af i ~ka metoda koja omogu}ava da se ve} posl e dva ' kor aka" pr or a~una odr edi temper atura sagor evawa, sa dovoq nomta~no{ }u, za tehni ~ke svrhe. Da bi se odr edi l a temper atur a sagor evawa, na ovaj na~i n, potr ebno je da se za gor i vo, ~i ja se temper atur a sagor evawa odr e| uje, pr etpostavi temper atur a sagor evawa (t s p 1 ). Za ovu pr etpost avq enu temper aturu sagor evawa mogu}e je sada odr edi ti vr ednosti sr edwi h speci f i ~ni h topl otni h kapaci teta, pa onda i i zr a~unati temper aturu sagor evawa (t s i z 1 ). I zra~unata temper atur a sagor evawa na ovaj na~i n vi { e i l i mawe }e se r azl i kovati od pretpostavq ene. U sl ede}em kor aku, kor i sti se ova i zr a~unata temper atur a sagor evawa, kao pol azna, pr etpostavqena (t s p 2 =t s i z 1 ) i za wenu vr ednost se uzi maju vr ednosti sredwi h speci f i ~ni h topl otni h kapaci teta i z tabl i ca. Temper atur a sagor evawa se i zra~unava

86

Gor i va

ponovo(t s i z 2 ). Dobi jene vrednosti temper atur a sagor evawa nanose se u di jagr am (S l i ka 3.5) na ~i joj se apci si nanose pretpostavqene vr ednosti temper atur a sagor evawa, a na or di nati - i zr a~unate vrednosti temper atur a sagor evawa. U di jagr amse ucr tava pr ava t s i z =t s p (t s i z - i zr a~unata temperatur a sagor evawa, t s p - pr etpostavq ena temper atura sagor evawa), na kojoj se, u n-tom koraku mora nal azi ti ta~na vrednost temper atur e sagor evawa. P ovl a~e}i du` koja spaja dve dobi jene ta~ke i z prva dva kor aka za temper atur u sagor evawa, dobi ja se pr esek sa pr avomt s i z =t s p . Ovaj presek odr e| uje pri bl i ` no t emper atur u sagor evawa.

S l i ka 3.5 Temper atur a sagorevawa mo` e da se i zr a~una i na sl ede}i na~i n /3/: kako je speci f i ~ni t opl ot ni kapaci tet jednak

mo` e se odr edi ti temper atur a sagorevawa di r ektni m putem uzi maju}i za zavi snost promene speci f i ~nogt opl otnogkapaci teta od temper atur e


87

P osl e zamene, i ntegr aci je i sre| i vawa dobi ja se

Zamenomu i zr az za i zr a~unavawe temperatur e sagor evawa dobi ja se

Uvode}i oznake

dobi ja se kvadr atna jedna~i na po t s

~i ji m r e{ avawem di r ekt no, bez i ter ati vni h postupaka, dobi ja se temper atur a sagor evawa. Ta~ni je r e{ ewe za temper atur u sagorevawa mo` e se dobi t i ako se speci f i ~ni t opl otni kapaci tet komponenata produkata sagor evawa zameni kvadr atnom zavi sno{ }u speci f i ~nog topl otnog kapaci teta od temper atur e, umesto l i near nom

al i kompl i kovani je za r e{ avawe, s obzi r omda je jedna~i na po t s tr e}egstepena

Temper atur a sagorevawa mo` e se odr edi ti i takozvani m H -t di jagr amom. P r i projektovawu je ~esto potr ebno vr{ i ti vel i ki broj pr ora~una procesa sagorevawa za r azl i ~i te koef i ci jente vi { ka vazduha i i zra~unavati odgovar aju}u temper atur u sagor evawa za r azl i ~i te temper atur e pr edgr evawa vazduha i gor i va i dr . Ovi prora~uni se bi tno mogu uprosti ti kori { }ewemdi jagr ama sagor evawa za ti pi ~na gori va. U odr e| eni msl u~ajevi ma. kada se sastav gor i va bi tno razl i kuje od uobi ~ajenog, potr ebno je ovakav di jagr amkonstr ui sati .

88

Gor i va

S l i ka 3.6

Na Sl i ci 3.6 pr i kazan je H -t di jagr am gde ni z kr i vi h odgovar a r azl i ~i ti m koef i ci jenti ma vi { ka vazduha. H - t di jagr am se obrazuje tako { to se za r azl i ~i t e vrednosti temper atur e i zra~unava i zraz t Σ V i c p m i (za jedan koef i ci jent vi { ka vazduha). Temper atur a sagor evawa se odr e| uje povl a~ewem l i ni je par al el no apci si na r astojawu koje je jednako zbi r u topl otne mo}i i ental pi ja gor i va i vazduha. P r esek ove prave sa odgovar aju}i mkr i vama odr e| uje temper aturu sagor evawa. Za sl u~aj kada se vr { i pr edgr evawe vazduha za sagor evawe i zr a~unava se ental pi ja za r azl i ~i t e koef i ci jente vi { ka vazduha i dobi jaju kr i ve pri bl i ` no par al el ne apci si (Sl i ka 3.7). Ut i caj pr edgr evawa se uo~ava pri i stomkoef i ci jentu vi { ka vazduha.

89


S l i ka 3.7 Za odr e| eno gor i vo maksi mal na vrednost temper atur e sagor evawa odr e| ena je koef i ci jentom vi { ka vazduha jednaki m 1: za vr ednosti koef i ci jenta vi { ka vazduha mawe od 1 (u obl asti bogate sme{ e), kol i ~i na topl ote usl ed nepotpunog sagor evawa je mawa, pa }e i temper atur a sagor evawa bi ti ni ` a. Za vr ednosti koef i ci jenta vi { ka vazduha ve}e od 1, ve}a je kol i ~i na pr odukata sagor evawa u odnosu na ë=1 (usl ed vi { ka vazduha) pa }e i por ed potpunosti sagor evawa, temper atur a sagor evawa bi ti mawa (S l i ka 3.8).

S l i ka 3.8

90

Gor i va

Li teratura 1. Thomas: "Thermische Kraftanlagen", Springer Verlag, Berl i n, 1975. R.Fehling: "in Heizung + Klimatechnik", 2. P.Rosin, Springer Verlag, E., R.Oldenbourg, Mi nhen - B e~, 1974. 3. M. Radovanovi }: ' Mogu}nost di r ekt nog odr e| i vawa temper atur e sagor evawa", Ter motehni ka, br oj 4, godi na IV, Beogr ad, 1978.

4 ^VRSTA GORI VA ^vr sta gor i va se mogu, kao i ostal a r azvr stati na vi { e na~i na. Uobi ~ajena wi hova podel a je i pak na pri r odna i prer a| ena, pa }e u daq em ovakva podel a bi ti uzeta za osnovu i zl agawa (kako je to dato u Tabel i 2.1). P r e toga }e bi ti i zl o` ena mater i ja koja se odnosi na kq u~ne kar akter i sti ke ~vr sti h gori va, na osnovu koji h se vr{ i wi hova ocena i mogu}nost opti mal nogkor i { }ewa.

4.1 TEHNI ^KA ANALI ZA ^VRSTI H GORI VA P or ed el ementar ne anal i ze, koja je neophodna za ni z topl otni h pr ora~una, za ocenu mogu}nosti adekvatne pr i mene jednog gor i va, a nar o~i t o ~vrsti h, kori sti se takozvana tehni ~ka anal i za. Tehni ~ka anal i za se zasni va na ter mi ~kom r azl agawu mase gor i va (pr ocesu koji prati sve vi dove kor i { }ewa ugq a) pr i ~emu se dobi jaju i spar q i ve i nei spar q i ve mater i je. S obzi r omna sl o` enost mater i je ~vr sti h gori va, i u i spar q i vomi u nei spar q i vomdel u gori va nal azi mo gor i ve i negor i ve komponente. Ova ~eti r i kr i ter i juma uzi maju se za osnovu tehni ~ke anal i ze, a odgovar aju}a podel a data je na Sl i ci 4.1. K ao { to se anal i zommo` e zakq u~i ti osnovni podaci t ehni ~ke anal i ze su: - sadr ` aj gr ube vl age i sadr ` aj hi gr oskopske vl age - sadr ` aj negori vi h i spar q i vi h mater i ja, - sadr ` aj gor i vi h i spar q i vi h mater i ja (vol ati l i ), u ~i jem se sastavu nal aze i spar q i vi ugq eni k i vodoni k (naj~e{ }e vezani me| usobno u okvi r u ugq ovodoni ka) i usl ovno ki seoni k i azot, - sadr ` aj negor i vi h nei spar q i vi h mater i ja - sadr ` aj mi ner al ni h mater i ja (pepel a), - sadr ` aj koksnogost atka - gor i vi h i negori vi h nei spar q i vi h materi ja. P ored ovi h kar akter i sti ka, podaci t ehni ~ke anal i ze su jo{ topl otna mo}, pona{ awe pepel a na povi { eni m temper atur ama (topq i vost pepel a), du` i na i boja pl amena, i zgl ed i str uktur a koksnog ostatka i dr .

92

Gor i va

a q g u a z i l a n a a k ~ i n h e T : 1 . 4 a k i l S

93

4 ^vrst a gor i va

4.1.1 PEPEO Ne ponavq aju}i u pot punosti mat er i ju o pepel u, i zl o` enu u II gl avi , mo` e se jo{ konstatovati da pri sustvo pepel a u ve}oj kol i ~i ni , vodi : - pogor{ awu prenosa topl ote na gr ejne povr { i ne, a ti me pogor{ awu pr ocesa zagr evawa i i spar avawa vode, pr egr evawa par e i zagr evawa vazduha, - pove}awu habawa r adni h el emenata ml i nova za ml evewe ugq a, - pove}awu tr o{ kova tr ansport a pepel a, i - pove}awu otpor a u di mwaci ma. I zuzetno va` na kar akter i sti ka je zato pona{ awe pepel a na povi { eni m temper atur ama, kada dol azi do topq ewa pepel a i wegovog l epq ewa po ozi du i gr ejni mpovr { i nama. Obr azovawe nasl aga pepel a na gr ejni mpovr { i nama kot l a, ogl eda se u znatnomsmawewu koef i ci jenta prol aza topl ote. A ko se posmatr a ~i sta cev debq i ne , poznatog koef i ci jenta pr ovo| ewa topl ote , koja se sa jedne str ane zagr eva topl otomdi mni h gasova, a sa druge hl adi vodom i l i vodenom par om, onda se koef i ci jent prol aza topl ote mo` e predstavi ti i zrazom:

gde su: - koef i ci jent prol aza topl ote, 1 ( W/ m K ) - koef i ci jent pr el aza t opl ote od di mni h gasova na ~i stu cev koja se nal azi u str uji di mni h gasova, 2 2 ( W/ m K ) - koef i ci jent prel aza topl ote od zi da cevi na pr i jemni k topl ote, 2 - otpor pr ovo| ewu topl ote kr oz zi d cevi . /  ( m K / W)

k

2

P r omena temper atur e pr edstavq ena je na Sl i ci 4.2a. A ko sa str ane di mni h gasova do| e do st var awa nasl aga pepel a pr omeni }e se i koef i ci jent prel aza topl ot e 1 , a javi }e se sl oj pepel a, ~vrsto pr i onul og za cev, debq i ne n , i koef i ci jenta pr ovodq i vosti topl ote n .

94

Gor i va

K oef i ci jent prol aza topl ote pogor{ a}e se tako da }e wegova vr ednost bi ti :

gde je: - 1 ´ ( W/ m 2 K ) -

koef i ci jent pr el aza t opl ote od di mni h gasova na spoqa{ wu povr { i nu nasl aga pepel a. Kako su obl i k i hr apavost ~i ste i zaprq ane cevi r azl i ~i t i , 1 ´ r azl i kova}e se od 1 .

P r omena temper atur e bi }e kao na Sl i ci 4.2b. K ao { to se i z sl i ke mo` e zakq u~i ti , da bi se ostvar i l a i sta temper atur a vode i l i vodene par e, potr ebno je pove}ati potr o{ wu gori va, odnosno dovesti ve}u kol i ~i nu t opl ote, { to pogor { ava stepen kor i snosti postr ojewa (kotl a), a i stovr emeno, posmatr ano u du` emvremenskomi nter val u, vodi mehani ~kompreopter e}ewu mater i jal a cevi . Tako| e, ovo vodi povi { ewu temper atur e di mni h gasova na i zl azu i z l o` i { ta i na kr aju kotl a.

S l i ka 4.2: P r ol az t opl ot e kr oz ~i st u cev (a) i cev sa nasl agama pepel a (b)

4 ^vrst a gor i va

95

P r i sustvo sl oja pepel a na gr ejni m povr { i nama uti ~e i na r azmenu topl ote zra~ewem. P r i stvar awunasl age oko ~i ste cevi dol azi do pove}awa temper atur e spoq ne povr { i ne sl oja u odnosu na temper atur u zi da ~i ste cevi , tj. do smawewa r azl i ke temper atur a koja u i zrazu za r azmewenu topl otu f i gur i { e na ~etvr t om stepenu. P r ema temper atur i topqewa, pepeo se mo` e r azvr stati u nekol i ko gr upa. P epeo je: - l ako t opq i v, ukol i ko mu je temper atur a topq ewa ni ` a od 1200°C , - sredwe topq i v, ako mu je temper atur a topq ewa od 1200 do 1350°C , - te{ ko topqi v, ako mu je temper atur a topqewa od 1350-1500°C, i - prakti ~no netopq i v, ako mu je temper at ur a topqewa pepel a ve}a od 1500°C. Ovakva podel a, i pored toga { to se ~esto kor i sti , ni je kor ektna: pepeo, kao me{ avi na vi { e komponenata nema jednu odr e| enu temper atur u topq ewa. P ojava topq ewa se javq a u odr e| enom temper atur skom i nterval u, ~i ji su pol o` aj i opsegod i zuzetnog zna~aja za pri menu. P r i mena t akozvanog "i ndeksa topq i vosti " i ma vi { e zna~aja. I ndeks topq i vosti se def i ni { e odnosomte{ ko i l ako topq i vi h oksi da:

P r ema i ndeksu topq i vosti , pepeo mo` e bi ti : - l ako topq i v, ukol i ko je F = 0,2 - 1,5 - sr edwe topq i v, ako je F = 1,5-2,5 - te{ ko topqi v, ako je F =2,5 Za ocenu pona{ awa pepel a na povi { eni m temper atur ama, koju je u l abor ator i jski musl ovi ma te{ ko u potpunosti si mul i r ati , naj~e{ }e se u Evr opi kor i sti metoda kojom se, tokomzagr evawa, posmatr a promena geometr i je uzor ka pepel a. Ova metoda je propi sana i na{ i mstandar di ma (J US B.H8.325). K ar akter i sti ~ne temperature su: - temper atur a omek{ avawa (def ormaci je), - temper atur a pol ul opt e, i - temper atur a r azl i vawa i l i t e~ewa. Na osnovu i znetog mo` e se konstatovati da: - odr e| eno gor i vo pr i meweno u r azl i ~i ti ml o` i { ti ma mo` e dati sasvi m r azl i ~i t u sl i ku pona{ awa pepel a na povi { eni mtemper atur ama, - u i stom l o` i { tu pr i mewena r azl i ~i ta gor i va i l i me{ avi ne gor i va pona{ aju se tako| e r azl i ~i to.

96

Gor i va

A nal i za l o` i { nog pepel a i z ter moel ektr ana K ol ubar a i K osovo data je u Tabel ama 4.1 i 4.2 (Sl i ke 4.3 i 4.4), a anal i za nasl aga u Tabel i 4.3 (kao i l ustr aci ja).

Tabel a 4.1:

S i t ovna anal i za l o` i { nog pepel a i z t er moel ekt r ana ' K ol ubar a" i ' K osovo" /1/ K ol ubar a - =1,45

Di menzi ja ~esti ca

K osovo - =1,50 K umul ati vni Sagor procen- qi vo ti

Maseni udeo

K umul ati vni pr ocenti

Sagorq i vo

Maseni udeo

%

%

%

%

%

%

d>500

0,97

0,97

51,53

6,63

6,63

53,98

200
25,97

26,94

28,67

15,93

22,56

31,82

90
22,58

49,52

14,27

22,40

44,96

14,07

m

Tabel a 4.2:

Hemi jska anal i za pepel a i z t er moel ekt r ana ' K ol ubar a" i ' K osovo" /1/ K ol ubar a

K osovo

Si O2 (%)

55,11

33,22

Al 2 O3 (%)

21,39

8,53

F e 2 O3 ( %)

9,93

9,70

CaO (%)

5,65

33,88

MgO (%)

3,20

4,74

Na 2 O (%)

0,32

0,75

K 2 O (%)

1,09

0,33

SO 3 (%)

3,23

9,03

97

4 ^vrst a gor i va Tabel a 4.3:

Hemi jske anal i ze nasl aga i z t er moel ekt r ana ' K ol ubar a" i ' K osovo" /1/ K ol ubar a

J edi wewe

Si O2

K osovo

t s =550 o C

t s =64077 0 o C

t s =450 o C

t s =550 o C

posl e 8h

posl e 8h

posl e 9h

posl e 8,5h

7,00

7,32

14,34

17,30

2,99

4,55

Al 2 O3 F e 2 O3

83,20

83,40

6,13

8,94

Ca O

2,00

1,87

33,45

36,67

MgO

0,67

0,82

2,92

3,59

Na 2 O

0,23

0,41

1,19

0,92

K 2 O

0,13

0,17

0,41

0,42

S l i ka 4.3: S i t ovna anal i za l o` i { nog pepel a K ol ubar a /1/

98

Gor i va

S l i ka 4.4: S i t ovna anal i za l o` i { nog pepel a K osovo /1/

4.1.2 GORI VE I SPARQ I VE MATERI J E Sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h mater i ja di r ektno uti ~e na proces sagor evawa ugq a. U t r enutku kada ~esti ca ugq a bi va unesena u l o` i { te, dol azi , kao posl edi ca nagl og zagr evawa ~esti ce, do i zdvajawa i z we gori vi h i negor i vi h i spar q i vi h mater i ja. Nastal e gori ve i spar q i ve mat er i je obr azuju sa okol i ni m ki seoni komsme{ u, koja je, zavi sno od stepena zagr ejanosti , sposobna da se upal i . Sagor evawem gori vi h i spar q i vi h mater i ja po~i we obi ~no proces sagorevawa ~esti ca ugq a. Termi ~ko r azl agawe ugq a, pri ~emu se i zdvajaju gor i ve i spar q i ve mater i je (vol ati l i ) i nastaje koksni ostatak, ni je kar akter i sti ~no samo za procese sagor evawa, ve} i sve ostal e pr ocese tr ansf ormaci je ugq a - bi l o u kval i tetni ja ~vr sta gori va (koks), bi l o u te~na i l i gasovi ta gori va. Sastav gori vi h i spar q i vi h mater i ja u podaci ma tehni ~ke anal i ze, pr eko el emenata (C i s p + H + O+ N ) ne daje dovoqno podataka. Navedeni el ementi su ugl avnomme| usobno sjedi weni , semvodoni ka koji mo` e bi ti i el ementaran i u okvi r u ostal i h vi { i h ugq ovodoni ka. CH 4 , CO i CO 2 ~i ne 80-90% svi h vol ati l a (Tabel a 4.4).

99

4 ^vrst a gor i va Tabel a 4.4: S ast av gor i vi h i spar q i vi h mat er i ja ugqa K ol ubar a /2/ Sadr ` aj (%Vol )

Temper atur a (o C ) 500

700

800

900

H2

7,94

26,30

31,72

31,29

CH 4

20,00

24,59

22,27

20,30

CO

35,97

28,66

33,11

39,79

CO2

31,00

14,86

9,03

5,98

C2 H 6

0,57

1,74

2,11

1,86

C2 H 4

0,62

0,75

0,20

0,02

H2S

2,04

0,56

0,82

0,42

C3 H 8

0,96

2,03

0,67

0,22

C3 H 6

0,35

0,37

-

0,026

C 4 H 10

0,01

0,05

0,06

0,014

C4 H 8

0,52

0,07

0,015

0,003

K ol i ~i na i sastav gori vi h i spar q i vi h mater i ja zavi se od ni za uti cajni h vel i ~i na: vr ste ugq a, brzi ne zagr evawa, temper atur e, vremena i dr . Kako sa star o{ }u ugq a (stepenomugq eni sawa) opada sadr ` aj ki seoni ka u ugq u, tako se i u~e{ }e CO i CO 2 u gori vi m i spar q i vi m mater i jama smawuje, a r aste udeo ugq ovodoni ka. [ to je sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h mater i ja u ugq u ve}i , to je l ak{ e paq ewe i utol i ko br ` e sagor evawe. I stovr emeno, { to je sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h mater i ja ve}i , wi hovi m sagorevawem r azvi }e se ve}a kol i ~i na topl ote, pa }e se proces sagorevawa l ak{ e odvi jati . Na Sl i ci 4.5 data je zavi snost promene temper atur e paq ewa od sadr ` aja gori vi h i spar q i vi h mater i ja u pol aznoj masi gor i va /3, 4/. Dowa topl otna mo} gori vi h i spar q i vi h mater i ja mo` e da se odr edi na bazi podataka o wi hovomsastavu kor i { }ewemuobi ~ajenog obr asca za topl otnu mo} gasovi ti h gori va:

P r obl emje, me| uti m, { to podaci o sastavu gori vi h i spar q i vi h mater i ja ve}i ne ugq eva ni su poznati i zahtevaju dugotr ajna i speci f i ~na i str a` i vawa.

100

Gor i va

Topl otna mo} gori vi h i spar q i vi h mater i ja mo` e se jednostavno i zra~unati na osnovu poznati h vr ednosti : topl otne mo}i ugq a, sadr ` aja f i ksnog ugq eni ka i wegove topl otne mo}i , odnosno:

Rezul tati pror a~una gorwe i dowe topl otne mo}i gori vi h i spar q i vi h mater i ja za na{ e ugq eve, kao i odnosi H v o l g / H g i H v o l d / H d i zneseni su kao pr ose~ne vr ednosti (Tabel a 4.5) u f unkci ji i ndeksa r eakti vnosti K def i ni sanogodnosom:

kao op{ tom kar akter i sti kom gori va koja ne zavi si od na~i na predstavq awa sastava ugq a /5/.

S l i ka 4.5:

Temper at ur a paq ewa ugq enog pr aha u zavi snost i od sadr ` aja vol at i l a

101

4 ^vrst a gor i va Tabel a 4.5 î sta gor i va masa

K

H v o l g

H v o l d

H v o l g / H g

H v o l d / H d

/

MJ / k g

MJ / k g

%

%

K ol ubar a

1,64

20,84

18,66

81,64

76,81

K osovo

1,73

19,01

17,04

78,38

73,98

Metohi ja

1,59

19,83

17,86

79,49

75,21

Bogovi na

0,98

23,50

21,14

82,88

77,86

0,66

37,35

34,04

107,56

101,89

Rudni k

J ar ando

Dobi jeni r ezul tati su pr edstavq eni u obl i ku zavi snosti H v o l d = f ( K ) preko prose~ni h vr ednosti ovi h vel i ~i na (Sl i ka 4.6) /5/. A nal i ti ~ki i zraz ove veze gl asi :

K ol i ~i na topl ote nastal a sagorevawem gor i vi h i spar q i vi h mater i ja Q v o l je vr l o zna~ajna vel i ~i na i def i ni { e se kao:

Dobi jene vr ednosti i zraza Qv o / ni h (sr edwi h) vr ednosti l H d = f ( K ) preko prose~ date suna Sl i ci 4.7 /5/. Matemati ~ki i zraz ove zavi snosti dat je u obl i ku:

P r i vel i ki m brzi nama zagr evawa i vi soki m temper atur ama, kao { to se to de{ ava u gori oni ci ma i l o` i { ti ma za spr a{ eni ugaq , sadr ` aj vol ati l a mo` e bi ti znatno ve}i od vrednosti dobi jeni h standar dnommetodom(Sl i ka 4.8) /6/. Ve}i sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h mater i ja daje pri sagorevawu du` i pl amen.

102

Gor i va

S l i ka 4.6

S l i ka 4.8:

S l i ka 4.7

M ogu} a kol i ~i na i zdvojeni h vol at i l a ( V g ' ) u odnosu na st andar dnu ( V g ) zavi sno od t emper at ur e, br zi ne zagr evawa i vr st e ugq a (t r oci f r eni br ojevi pr edst avq aju oznake ugq eva pr ema me| unar odnoj podel i ugqeva vi det i 4.1.3.3)

4 ^vrst a gor i va

103

4.1.3 SPI CAWE UGQ A K ao posl edi ca pr el aska ugq a pri zagr evawu u pl asti ~no stawe dol azi do povezi vawa zr na ugq a i nastajawa kompaktni h komada. Neki ugq evi poseduju osobi nu ne samo da sami pr el aze u pl asti ~no stawe, ve} pr i tome obuhvataju i vezuju se i sa i nertni mmater i jama, obr azuju}i spe~enu, kompaktnu masu. Ova sposobnost ugq a nazi va se spi cawe. Spi cawe predstavq a su{ ti nsku i va` nu kar akter i sti ku ugq a pri suvoj desti l aci ji (dobi jawu koksa), a kor i sti se i u pr ocesi ma gasi f i kaci je ~vr sti h gori va u ter moener geti ci .

S l i ka 4.9: Za ocenu spi cawa ugq a kori ste se metode br oja nadi mawa i i ndeksa Roga. Metoda takozvanog br oja nadi mawa sastoji se u zagr evawu uzorka anal i ti ~ke probe u zatvor enomsudu do temper ature od 820°C pr i ~emu se pr ati pr omena zapr emi ne: dobi jeni uzorak koksnog ostatka por edi se sa ni zomstandar dni h prof i l a (Sl i ka 4.9) i daje mu odgovar aju}i br oj (J US B.H8.328).

104

Gor i va

Spi cawempo metodi Roga odr e| uje se mehani ~ka otpor nost (~vrsto}a) tako { to se pome{ a 1 gr ami spi ti vanog uzor ka i 5 gr ama antr aci ta i dobi je, po pr opi sani m usl ovi ma, koksni ostatak. Mehani ~ka otpor nost odr e| uje se tr i puta u opi tnomdobo{ u speci jal nog ur e| aja (J US B.H8.329).

4.1.4 KOKSNI OSTATAK Od str uktur e koksnog ostatka - da l i je pra{ i nast, stopq en, spe~en, mawe i l i vi { e naduven - zavi si str uktur a sl oja vatr e u l o` i { tu, ako se r adi o sagorevawu u sl oju, a ti me i brzi na i kval i tet procesa sagorevawa. Ne mawe uti ~e wegova str uktur a pri l i kom sagorevawa ugq a u spr a{ enom stawu, al i je u usl ovi ma standar dni h i spi ti vawa takvu str uktur u te{ ko odr edi ti , pa se pod str uktur om koksnog ostatka uvek podr azumevaju i zgl ed i str uktur a koji se dobi jaju propi sani ml aborator i jski mmetodama. Tako| e, na osnovu ove kar akter i sti ke ocewuje se da l i se odr e| ena vr sta ugq a mo` e kori sti ti za proi zvodwu koksa. Za ocenu pona{ awa ugq a pr i koksovawu kor i ste se ugl avnom dve metode: di l atometr i jska mer ewa ur e| ajem Au d i ber t - Ar n u (Odi ber -Ar nu) i metoda Gr a y- K in g-a (Gr ej-Ki ng). P r ema metodol ogi ji Odi ber -A r nu /38/ bri ket, pr i premq en od praha uzor ka ugq a stavq a se u usku cev i odozgo na wega postavi pokretni ~el i ~ni kl i p, ~i je se pomer awe tokom promena mater i je ugq a usl ed zagr evawa prati . I zra` avaju}i pomer awa u procenti ma vi si ne, dobi ja se di l atometr i jska kr i va (J US B.H8.330). Tr eba podvu}i da se ugaq ne topi : pr el azak u pl asti ~no stawe sa povi { ewem temper atur e javq a se kao rezul tat t er mi ~kog r azl agawa ugq ene materi je uz dobi jawe novi h jedi wewa, koja obr azuju te~nu, pl asti ~nu f azu. P r ema metodi Gr ej-K i nga koksni ostatak, dobi jen pr i koksovawu saml evenog ugq a (vel i ~i ne ~esti ca mawe od 0,2 m m ) r azvr stava se i ocewuje por e| ewemsa ni zom standar dni h ti pova koksa. Sl ovi ma A do G ozna~avaju se ti povi koksa, po~i wu}i od nespe~eni h i zavr{ avaju}i sa ~vrsti m, otpor ni mkoksom, koji i ma i stu zapremi nu kao i po~etni uzor ak ugq a (J US B.H8.331).

4.1.5 ZNAÂJ PODATAKA TEHNI ^KE ANALI ZE Svaka od karakt er i sti ka, koje su do sada razmatr ane, i ma mnogo { i r e zna~ewe i ~esto pr esudan uti caj na cel okupan si stem, u kome se ugaq, kor i sti . Ovo se najboq e mo` e uo~i ti na pri mer u jedne ter moel ektr ane, koja kor i sti ugaq r azl i ~i togkval i teta u spra{ enomstawu.

105

4 ^vrst a gor i va

Ovaj uti caj pr edstavq en je sumar no na Sl i ci 4.10 i u daq emr azmatr awu bi }e r azmotr en po pojedi ni m el ementi ma si stema prema C h r i s t o p h e r s o n -u (Kr i stof er sonu) /7/.

S l i ka 4.10 Uti caj naskl adi { te ugqa Vel i ~i ne koje uti ~u na skl adi { tewe ugq a su topl otna mo}, gori ve i spar q i ve mater i je, vl aga, topq i vost pepel a i vel i ~i na komada ugq a. K apaci tet skl adi { ta ugq a bi }e utol i ko ve}i , ukol i ko je topl otna mo} ugq a mawa pri i stoj pr edvi | enoj kol i ~i ni ener gi je. Sadr ` aj vl age, i u odr e| enom stepenu, vel i ~i na komada i maju i sti ef ekat. [ t o je sadr ` aj vl age ve}i , potr ebno je ve}e skl adi { te. Suvi { e mal i sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h mat er i ja i l i suvi { e ni ska temperatura topq ewa pepel a zahtevaju me{ awe ovakvog ugq a sa ugq emve}eg sadr ` aja gori vi h i spar q i vi h mater i ja, odnosno vi { e temper atur e topq ewa, { to zahteva ve}i skl adi { ni prostor . Ugq evi sa ve}i m sadr ` ajem vol ati l a zahtevaju br i ` q i vo r ukovawe zbog skl onosti ka samopaq ewu na skl adi { tu.

106

Gor i va

Uti caj na transportne ure| aje Sl i ~ni zakq u~ci va` e kao i za skl adi { tewe ugq a. K apaci t et t r anspor tni h ur e| aja zavi si od topl otne mo}i . Da bi se obezbedi l a i sta kol i ~i na topl ote dati tr anspor t ni ur e| aji r adi }e du` e da dostavi odr e| enu kol i ~i nu ugq a ni ` e topl otne mo}i (u odnosu na ugaq vi { e topl otne mo}i ). Ovo i stovremeno pove}ava tr o{ kove i r ada i odr ` avawa, jer dovodi do l epqewa ugq a za el emente tr anspor t nog si stema i smawewa kapaci teta. Sl i ~no, vi { i sadr ` aj vl age i ma di r ektne posl edi ce na tr ansport ni si stem. Uti caj gori vi h i spar q i vi h mater i ja i topq i vosti pepel a je i sti kao i kod skl adi { tewa ugq a. [ to se ti ~e vel i ~i ne komada ugq a, tr anspor tni si stemmo` e "zahtevati " da se kr upni ji komadi usi t ne. To zna~i da tr anspotni si stem mora da bude tako i zveden da cel okupna kol i ~i na ugq a pr o| e kroz pr edvi | ene r e{ etke na putu ka pr i jemnombunkeru. Uti caj naml i nove Ml i novi tr eba da sameq u ugaq odr e| enog sorti mana u ugq eni prah koji se tr anspor t uje do gori oni ka. Uti cajni par ametr i ugq a na ml i n su: - topl otna mo}, - gor i ve i spar q i ve mater i je, - vl aga, - sadr` aj pepel a, - sastav pepel a, - vel i ~i na ~esti ca, i - tvr do}a ugq a. Za ugq eve ve}e topl otne mo}i , pri i stoj kol i ~i ni potr ebne ener gi je, usvajaju se ml i novi maweg kapaci t eta. Gori ve i spar q i ve mater i je uti ~u na konstr ukci ju ml i na i na ener gi ju koju tr eba utr o{ i ti da bi se dobi l a odgovar aju}a f i no}a ml evewa (S l i ka 4.11). Najmawa potr o{ wa ener gi je uo~ena je za ugq eve, ~i ji je sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h materi ja 20-30%. [ to se vi { e ener gi je utr o{ i na ml evewe ugq a, ve}i su i habawe ml i na i gori oni ka, a sami m ti m i tr o{ kovi odr ` avawa. Odstr awi vawe del a vl age u ml i novi ma mo` e da i ma za posl edi cu i pojavu kor ozi je. P o{ to je tvr do}a mi ner al ne mase ve}a nego tvrdo}a ugq ene mase, pove}awe sadr ` aja pepel a u ugq u zahteva ve}i kapaci tet ml i na pod svi m ostal i m jednaki m usl ovi ma. Sastav pepel a i ma odl u~uju}i uti caj na habawe ml i nova. P r i sustvo kor unda u sastavu pepel a mo` e da i zazove veoma jako habawe, { to osetno pove}a t r o{ kove odr ` avawa. Ut i caj vel i ~i ne komada koje ul aze u ml i n ogl eda se u ~i weni ci da ve}i komadi ugq a od predvi | ene vel i ~i ne zahteva ju dodatnu ener gi ju za ml evewe, { to i stovr emeno smawuje kapaci tet ml i na. Za ml evewe tvr | eg ugq a tr o{ i se vi { e ener gi je ~i me se smawuje kapaci tet ml i na, a pove}avaju se i tr o{ kovi odr ` avawa i r ada.

4 ^vrst a gor i va

S l i ka 4.11:

107

P ot r o{ wa ener gi je za ml evewe zavi sno od vr st e ugq a (i zr a` eno sadr ` ajemvol at i l a) /7/

Uti caj nagori oni ke Gori oni k i ma f unkci ju da dovedenu kol i ~i nu gori va i vazduha pome{ a i obezbedi usl ove da se paq ewemi sagor evawemnastal e sme{ e, hemi jska ener gi ja gor i va prevede u topl otnu. Zna~ajne osobi ne gor i va va` ne za gor i oni ke su: topl otna mo}, gor i ve i spar q i ve mater i je i vl aga. Mawa topl otna mo} gor i va, uop{ teno posmatr ano, zahteva ve}u stvar nu kol i ~i nu vazduha potr ebnog za sagor evawe - ovo di r ektno uti ~e na konstr ukci ju gor i oni ka. Smawewem topl otne mo}i ugq enog praha i snaga gor i oni ka se smawuje. Kada se za sl u~aj ugq a mal e topl ot ne mo}i , konstr ukti vne mogu}nosti i scrpe, jedi ni put da se ostvar i potr ebna kol i ~i na topl otne ener gi je je da se pove}a broj gori oni ka.

108

Gor i va

Gori ve i spar q i ve mater i je omogu}avaju si gur no paq ewe i stabi l no sagor evawe sme{ e ugq enog pr aha i vazduha. Zbog toga se pr eporu~uje mi ni mal ni sadr` aj gor i vi h i spar q i vi h mater i ja od 30%. Ugaq maweg sadr ` aja od 30%, t r eba me{ ati sa ugq em ve}eg sadr ` aja gori vi h i spar q i vi h mater i ja /7/. U na{ i m usl ovi ma me{ awe ugq eva vr{ i se samo u TE Mor ava Za su{ ewe ugq a, koje se por ed ml evewa, vr { i u ml i nu, pr i pove}anomsadr ` aju vl age se kor i ste vr el i di mni gasovi r eci r kul i sani sa vr ha l o` i { ta. Ovi gasovi i par a nastal a i spar avawemvl age i z gori va pove}avaju zapremi nu f l ui da koji tr eba, zajedno sa ugq em tr anspor tovati do l o` i { ta. Kako je venti l aci ona sposobnost ml i nova koji se kor i ste u savremeni mtermoel ektr anama ogr ani ~ena, potr ebno je u tomsl u~aju smawi ti udeo pr i marnog vazduha, tj. vazduha koji se sa ugq eni mpr ahomi produkti ma su{ ewa ugq a uduvava u l o` i { te. Ve} poznat uti caj na gori oni k i maju i sadr ` aj pepel a, kao i wegova topq i vost. Uti caj na l o` i { te K orektna konst r ukci ja i di menzi oni sawe l o` i { ta su predusl ov da se ostvar i { to potpuni je sagor evawe i spre~i omek{ avawe pepel a odnosno wegovo l epq ewe na gr ejni m povr { i nama. U l o` i { tu se vel i ki deo topl ote, nastao sagor evawem, pr enosi na ekr anske cevi gde se vr { i i spar avawe vode. Topl otna mo}, gori ve i spar q i ve mater i je, vl aga, pepeo, sastav pepel a i topq i vost pepel a su bi t ne osobi ne gori va koje uti ~u na l o` i { te. Mawi sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h mater i ja smawuje brzi nu sagorevawa, { to zahteva ve}e di menzi je l o` i { ta. Hi gr oskopska vl aga i spar ava za vr eme pr ocesa sagor evawa, na { ta se tr o{ i deo topl ote. Nastal a vodena par a uspor ava proces sagor evawa, tako da je potr ebna ve}a zapremi na l o` i { ta. Vi sok sadr ` aj pepel a smawuje kol i ~i nu topl ote razmewenu zra~ewem { to i ma za posl edi cu ve}e l o` i { te. Tako| e, stvar awe nasl aga pepel a na gr ejni m povr { i nama pogor{ ava pr enos topl ote, { to smawuje i stepen kor i snosti . Sastav oksi da u pepel u (pr i sustvo tvr di h) di r ektno uti ~u na habawe. Karakteri sti ke topq i vosti pepel a su od presudnog uti caja za di menzi oni sawe l o` i { ta. Da bi se spr e~i l o l epqewe pepel a u predel u pregr eja~a, i stopq eni pepeo bi tr ebal o da otvr dne pre nego { to napusti l o` i { te. P r ema nema~ki m pr epor ukama temper atur e di mni h gasova na i zl azu i z l o` i { ta tr eba da bude bar 50o C vi { a od temper atur e def or maci je pepel a, a pr ema engl eski m- bar 30o C vi { a. Uti caj na pregreja~pare i zagreja~vode F unkci ja pr egr eja~a par e je da suvozasi }enu par u pr oi zvedenu u i spar i va~u kotl a pregr eje do potr ebne temper atur e. Ti p i geomet r i ja pr egr eja~a par e

4 ^vrst a gor i va

109

zavi se od: topl otne mo}i , sadr ` aja, sastava i topq i vosti pepel a, kao i od sadr ` aja sumpor a. Di menzi oni sawe pregr eja~a par e se zasni va na kol i ~i ni topl ote di mni h gasova, { to je di r ektno f unkci ja topl otne mo}i i temper atur e di mni h gasova na i zl azu i z l o` i { ta (ogr ani ~ene temper atur omdef ormaci je pepel a). Sadr ` aj, sastav i topq i vost pepel a uti ~u na stvar awe nasl aga (smawuju stepen kor i snost i kotl a), za~epqewe prostor a i zme| u bl i ski h cevi pregr eja~a par e i habawe. Na povi { eni m temper atur ama vi sok sadr ` aj sumpor a dopr i nosi pove}awu i ntenzi teta vi sokotemper atur ske korozi je, a t i me i smawewu veka tr ajawa pr egr eja~a pare. Uti caj nazagreja~vazduha Zagr eja~ vazduha se di menzi oni { e prema r aspol o` i voj kol i ~i ni topl ote di mni h gasova i ` eqenoj t emper atur i zagr ejanogvazduha. Vi sok sadr` aj pepel a smawuje ef i kasnost zagr eja~a vazduha, a zajedno sa pove}ani m sadr ` ajem vl age i vi soki m sadr ` ajem sumpora mo` e i zazvati za~epq ewe i ni skot emper atursku kor ozi ju zagr eja~a vazduha. Uti caj naduva~e ~a| i [ to je vi { i sadr ` aj pepel a, potr eban je ve}i broj duva~a ~a| i . Ukol i ko je sastav pepel a takav da i zazi va ~vrste nasl age, pove}ava se u~estal ost i pr odu` u je vr eme r ada duva~a, { to pove}ava i tr o{ kove ekspl oataci je. Uti caj naventi l ator zavazduh Venti l ator za vazduh se di menzi oni { e prema potr ebnoj kol i ~i ni vazduha za sagor evawe i padu pri t i ska u vazdu{ nomtr aktu. [ to je topl otna mo} mawa, potr ebna je ve}a kol i ~i na vazduha za sagor evawe pod svi m dr ugi m jednaki m usl ovi ma(S l i ka 4.12) /7/. Uti caj na venti l ator di mni h gasova Venti l ator di mni h gasova di menzi oni { e se prema kol i ~i ni di mni h gasova i padu pr i t i ska u di mnom tr aktu. K ol i ~i na di mni h gasova zavi si di r ektno od koef i ci jenta vi { ka vazduha sa koji mgori vo sagoreva, a i ndi r ektno od topl otne mo}i : { to je topl otna mo} mawa, ve}a je kol i ~i na di mni h gasova. Kao i zapr emi na di mni h gasova zavi si od vl age i sadr ` aja sumpor a u ugq u.

110

Gor i va

S l i ka 4.12 Uti caj naotpra{ i va~ Ot pr a{ i va~ pepel a se di menzi oni { e na osnovu zapremi ne di mni h gasova i topl otne mo}i i sadr ` aja pepel a. Vel i ~i na otpra{ i va~a pepel a se pove}ava sa ve}i msadr ` ajempepel a. Uti caj nadi mwak P r e~ni k u{ }a di mwaka di menzi oni { e se na osnovu zadate i zl azne br zi ne gasova, zavi sne od topl otne mo}i , vl age i sumpora. Uti caj nadeponi jupepel a Vel i ~i na deponi je odr e| ena je sadr ` ajempepel a u ugq u.

4 ^vrst a gor i va

111

4.2 PRI RODNA ^VRSTA GORI VA P r i r odna ~vr sta gori va se u osnovi mogu podel i t i na obnovq i va i neobnovqi va. Obnovq i va ~vrsta gor i va predstavq aju gor i va koja stal no nastaju, odnosno koja su, prakti ~no nei scr pna. Ovakvi h gori va je, na` al ost, mal o, kol i ~i na topl ote koja se dobi ja wi hovi m sagor evawem je mal a, a wi hovo sagor evawe obi ~no predstavq a najner aci onal ni ji vi d wi hovog kor i { }ewa. Obnovq i va ~vr sta gori va ~i ni ugl avnom dr vo i ostaci wegove pr er ade (gr ane, i ver , str ugoti na, opi q ci i dr .), bi q ne materi je i ost aci (sl ama, { a{ a, pl eva, kora i dr .). Neobnovq i va pri r odna ~vr sta gori va nastal a su najve}i mdel ompr eobr a` ajem obnovq i vi h ~vr sti h gori va i l i ostataka ` i vi h organi zama (u mawoj mer i ), procesomkoji je vr emenski i zuzetno dugo tr ajao. Ova gor i va se prakti ~no ne obnavqaju, a wi hove r ezer ve su i scr pq i ve. Neobnovq i va ~vrsta gor i va ~i ne tr eset, sve vr ste ugq eva i gori vi { kri q ci .

4.2.1 BI OGORI VA P od pojmombi ogor i va (bi omasa) podr azumeva se { i r ok opseg ostataka bi q ni h kul tur a i mater i ja nastal i h bi ol o{ ki mputem. Ti pi ~ne predstavni ke ~vr sti h bi ogori va ~i ne: - al ge, - dr vo i ost aci pr er ade (i ver , pi q evi na, str ugoti na, kor a i dr .), - ostaci r atar ske pr oi zvodwe i i ndustr i jske prer ade (sl ama, pl eva, kukur uzovi na, okl asak, quske suncokretovi h semenki , ostaci pi r i n~a, soje, l ana, konopqe, { e}er ne tr ske i dr .). K ao i ost al a ~vr sta gori va, bi ogori va se mogu kor i st i ti : - u procesi ma sagor evawa (bi l o u stawu u kakvomse nal aze, bi l o pr evedena u pogodni je obl i ke - br i keti , bal e, na pri mer ); - u procesi ma ter mohemi jskog i l i f er mentaci onog tr etmana prevode}i i h u eti l al kohol , amoni jak i dr . K od ~vr sti h bi ogor i va sadr ` aj vl age se mewa u { i r oki mgr ani cama, pa ti me i topl otna mo}. Svedeno na ~i stu gor i vu masu, sva bi ogor i va i maju topl otnu mo} pri bl i ` no jednaku cel ul ozi (oko 17,5 MJ / k g).

4.2.1.1 Al ge kao gori vo A l ge predstavq aju veoma pri mi t i vne bi q ke koje konver tuju (pr etvar aju) 6% sun~eve ener gi je. P r etpostavqa se, da bi gajewe al gi u speci jal no konst r ui sani m ' r i bwaci ma" mogl o bi ti ekonomi ~an na~i n pr oi zvodwe gor i va odnosno

112

Gor i va

ener gi je. S obzi r omna vi sok sadr ` aj vl age, potr ebno bi bi l o svesti ga na oko 50%. P ol aze}i od morf ol ogi je al gi ovo bi se mogl o post i }i presovawem- uz r el ati vno mal i utr o{ ak ener gi je. Daq e su{ ewe u ci q u pove}awa topl otne mo}i kor i { }ewem topl otne ener gi je ni je i spl ati vo, jer je potr ebno ul o` i ti uvek ve}u ener gi ju, nego { to bi se dobi l o na pove}awu topl otne mo}i /8/.

4.2.1.2 Drvo Dr vena masa konver tuje oko 1% S un~evog zr a~ewa. Od ukupne kol i ~i ne ove bi omase mo` e se kori sti ti kao gori vo oko 75%, jer se deo nal azi u l i { }u, kor enu, gr an~i cama i pawevi ma. Str uktur a suve mase dr veta sastoji se u osnovi i z cel ul oze ( C 6 H 10 O5 ) i l i gni na (sl o` enog jedi wewa ugq eni ka, vodoni ka i ki seoni ka), a u mal i m kol i ~i nama nal azi se smol a, vosak, masno}e, bel an~evi ne, tani n i mi ner al ne pr i mese. Sastav or ganske mase drveta mal o se r azl i kuje zavi sno od vr ste dr veta i mo` e se pr edstavi ti op{ ti m sastavom: C o =50%,H o =6%,Oo =43%,N o <1%. U drvetu pr akti ~no nema sumpor a, pa se dati sastav sveden na or gansku masu mo` e smatr ati i sastavomsvedeni mna ~i stu gor i vu masu. Sadr ` aj pepel a apsol utno suvog gor i va je neznatan (12%), a s obzi r om na topq i vost pepeo je l ako topq i v. Sadr ` aj vl age kod dr veta u pri r odi kr e}e se u gr ani cama 45-65%, a pr i skl adi { tewu na vazduhu u per i odu do 2 godi ne smawuje se na 18-20%. K ao posl edi ca prakti ~no nepromewenog sastava or ganske mase dr veta, topl otna mo} je pri bl i S l i ka 4.13 /10/ ` no stal na i i znosi 18,4 MJ / k g. Sadr ` aj vl age znatno smawuje topl ot nu mo}; za r adnu masu drveta i zr a~unava se pr ema obr ascu K i r s c h -a (Ki r { a) /9/:

113

4 ^vrst a gor i va

Novi ji podaci /10/ ukazuju na sl ede}e zavi snosti topl otne mo}i od sadr ` aja vl age (Sl i ka 4.13). Znatan sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h materi ja (Vg <85%) usl ovq ava l aku upaq i vost dr veta. Br i keti r awemost at aka prerade dr veta dobi ja se povoqni ji obl i k wi hovog kor i { }ewa. P odaci o neki mbr i keti ma dobi jeni mod dr veta dati su u Tabel i 4.6.

Tabel a 4.6 /14/ Uzorak *

I

II

I II

IV

Sagor q i vo

67,02

65,93

91,06

90,43

W ( %)

17,69

18,53

8,16

9,21

A (%)

15,29

15,54

0,78

0,27

S (%)

0,05

0,05

0,05

0,09

H g ( MJ / k g)

16,43

16,25

19,13

16,9

H d ( MJ / k g)

15,16

14,93

17,76

15,4

*

Uzorak I - 40% si tan ugaq +60% pi q evi na, Uzor ak II - 45% si tan ugaq +55% pi q evi na, Uzor ak I I I - ~i st a pi q evi na, P i q evi na - 20% hrastove ( W=35%) + 80% jel ove (W= 5%), Uzorak IV - pi q evi na od bukovi ne

P ovr { i na pod { umama u SRJ i znosi bl i zu 3 106h a , a dr vna masa 306 106m 3 /16/. 



4.2.1.3 Poqopri vredni ostaci Op{ ta kar akter i sti ka poq opr i vr edni h ostataka je wi hova r el ati vno vel i ka zapremi na u odnosu na masu (' skl adi { na zapremi na"), pa ti me i mal a zapremi nska topl otna mo} (Tabel a 4.7). P oq opri vredni ostaci , ~esto si tnog sor ti mana u procesu sagor evawa pr opadaju kr oz re{ etku l o` i { ta, a u sl oju sporo i nepotpuno sagorevaju, pa se zato pr i stupa wi hovombr i keti r awu. U tr opski m zemq ama najve}a kol i ~i na poq opr i vredni h ostataka je dobi jena posl e ekspl oataci je { e}er a i z { e}er ne t r ske. U zemq ama umer eni je kl i me najve}a kol i ~i na otpadaka ove vr ste su sl ama i kukuruzovi na. U 1991. godi ni proi zvedeno je u SR Jugosl avi ji /17/: - 4,109 106 t p{ eni ce, 6 - 7,818 10 t kukuruza, i - 376 103 t suncokr eta. 





114

Gor i va

Tabel a 4.7:

S kl adi { na gust i na i zapr emi nska t opl ot na mo} sl ame u zavi snost i od pr i pr eme /16/ Gusti na (k g/ m 3 )

H (k J / m 3 ) *

bez pr i pr eme

35-70

385-770

gr anul i sana

50-100

550-1100

ml evena

80-150

880-1650

nor mal ne bal e

70-110

385-1210

okr ugl e bal e

60-100

660-1100

400-800

4400-8800

Obl i k pr i pr eme

pr esovana:

br i keti *

Ra~unato sa H d = 11 MJ / k g

Uzi maju}i u obzi r odnos ost at aka r atar ske pr oi zvodwe (stabl o+l i st+okl asak) i pr oi zvoda /18/ za kukur uz 1,4, a za p{ eni cu i suncokr et 1,3 i pr oi zvodwu i z 1991. godi ne kao merodavnu za procenu, dobi jaju se, za najva` ni je poqopri vr edne kul tur e kol i ~i ne ~vr ste bi omase koja se pot enci jal no mo` e kori sti ti kao gori vo: - za kukur uz 10,95 106 t - za p{ eni cu 5,34 106 t 3 - za suncokr et 488 10 t . 





El ementar ni sastav i topl otna mo} ~i ste gori ve mase neki h poq opr i vredni h ostataka dat je u Tabel i 4.8 /15/, a podaci tehni ~ke anal i ze ostataka kukur uza (stabq i ke, l i sta i okl aska) i suncokr etove q uske dati su u Tabel i 4.9 /18/.

Tabel a 4.8 Okl asak kukur uza

Suncokr et q uska

Sl ama

P amu~na q uska

C g ( %)

48,28

52,51

46,78

46,67

H g ( %)

6,37

6,59

5,73

6,19

O g (%)

44,01

39,69

46,78

46,21

N g ( %)

1,26

1,13

0,52

1,12

S g ( %)

0,08

0,08

0,10

-

19,59

21,77

17,97

18,50

H g ( MJ / k g)

115

4 ^vrst a gor i va Tabel a 4.9 W G (%)

W H a ( %)

A a ( %)

V g a ( %)

K a (%)

H g a ( MJ / k g)

Okl asak

6,57

9,18

2,18

73,05

17,75

16,68

Stabq i ka

19,52

6,68

2,70

75,1

18,20

16,64

L i st

13,01

8,93

8,08

71,8

19,30

15,63

Q uska suncokr eta

2,49

7,23

2,93

73,4

15,5

20,29

Zavi snosti topl otne mo}i od sadr ` aja vl age, odnosno vl age i pepel a date su na Sl i kama 4.14, 4.15, 4.16, i 4.17 /19/: Op{ ta kar akteri sti ka poq opr i vr edni h ostataka je r el ati vno nepovoqno pona{ awe na povi { eni m temper atur ama - topi vost. A nal i za pepel a okl aska kukur uza ukazuje na sl ede}i sastav /20/: - 49,95% Si O2 - 4,41% Al 2 O3 - 6,43% F e 2 O3 - 5,13% Ca O - 0,78% MgO - 14,1% K 2 O - 1,21% Na 2 O - 3,04% SO 3 a kar akter i sti ~ne temper atur e su: - temper atur a si nterovawa 880o C - temper atur a omek{ avawa 950o C - t emper at ur a pol ul opt e 1100o C - t emper at ur a topq ewa 1210o C . Uzor ak si l osne pra{ i ne (otpadak u procesu si l a` e ` i tar i ca - kukur uza, p{ eni ce, soje i suncokr eta) sa oko 24% W G , def i ni san je na osnovu podataka si tovne anal i ze, tehni ~ke anal i ze ukq u~uju}i i topl otnu mo} (S l i ke 4.18, 4.19, 4.20 i 4.21). Topl otna mo} anal i ti ~ke pr obe i znosi : 15,83 MJ / k g, a r adnog gor i va 12,06 MJ / k g /21/. P ogodni ju f ormu kor i { }ewa bi q ni h ostataka ~i ne bri keti . Osnovni podaci o proi zvedeni mbr i keti ma u SRJ, dati su u Tabel i 4.10 /13/.

116

Gor i va

117

4 ^vrst a gor i va Tabel a 4.10 Sl ama p{ eni ce 10 0×50 m m

Sl ama soje

Sunc.quska

Kukuruzovi na

14,7-16

15,7-17,0

165

16-17,5

A (%)

105

-

55

-

S (%)

8

-

9

-

H d ( MJ / k g)

S l i ka 4.18

S l i ka 4.19

S l i ka 4.20

S l i ka 4.21

118

Gor i va

4.2.2 TRESET Tr eset predstavq a pr vu f azu t r ansf ormaci je bi q ne mater i je u procesu koji prethodi nastajawu ugq a. P o svomi zgl edu predstavq a rastr esi tu masu si ve do cr ne boje. P r ema stepenui zvr { ene tr ansf ormaci je tr eset mo` e bi t i : - vl aknasti , koji se sastoji od jo{ ner aspadnuti h ostataka bi q nogr asti wa, - zemq asti , kod koga se osnovni deo tr ansf or mi sao u t r esetnu masu, koja sadr ` i mal i deo ner aspadnutogr asti wa, i - smol ast, koji se sastoji i z homogene tr esetne mase, koja ne sadr ` i ni kakve ostatke bi q ne pramater i je. Sa stepenomtr ansf ormaci je raste i kval i tet tr eset a. Tr eset se javq a u mo~var ni m predel i ma i u zavi snosti od mesta nastajawa r azl i kujemo povr { i nski i dubi nski . U sastav or ganske mase tr eseta ul aze ugq eni k (u gr ani cama 53-60%), vodoni k (4,5-6,5%), ki seoni k (30-40%) i azot (1,5-3%). S adr ` aj sumpor a je veoma mal i i i de najvi { e do 0,3%. S adr ` aj pepel a kod povr{ i nskogtr eseta je mawi i kr e}e se u gr ani cama 3-5%, a kod dubi nskog6-12%. P epeo je u op{ temsl u~aju l ako topq i v { to predstavq a te{ ko}u pr i wegovomkor i { }ewu. S adr ` aj vl age kre}e se od 80 do 95%; su{ ewemna vazduhu u per i odu do 2,5 meseca sadr ` aj vl age se smawuje na 30-40%. S adr ` aj gor i vi h i spar q i vi h mater i ja i de do 90% (na gori vu masu). Dowa topl otna mo} anal i t i ~ke pr obe je r eda vel i ~i ne 11,75-12,58 MJ / k g /22/. Tr eset se l ako pal i i gori dugi mpl amenom. Skl on je samopaq ewu pri l e` awu na skl adi { tu. Zbog mal e topl otne mo}i , kao i mal e ~vr sto}e, tr eset se kori sti naj~e{ }e na mestu wegovogdobi jawa. Kor i sti se tako| e i u vi du bri keta. Vel i ka nal azi { ta tr eset a su na sever u Evr ope i A zi je. Najve}i m r ezer vama tr eseta na svetu r aspol a` e Rusi ja, gde se i ndustr i jski { i r oko kori sti .

4.2.3 UGAQ 4.2.3.1 Porekl o, sastav i osobi ne P r ema dosada{ wi m i str a` i vawi ma utvr | eno je da por ekl o neobnovq i vi h ~vr sti h gori va poti ~e od bi q ne pramater i je i samo del omod ostataka ` i vi h or gani zama. Or gansku teori ju nastanka ugq a def i ni sao je i dokazao G ü m b e l (Gi mbel ) kr ajem19. veka. Na suvomtl u, i zumr l a pr amater i ja, koja se pr venstveno sastoji od ugq eni ka, vodoni ka i ki seoni ka, r aspada se u pri sustvu ki seoni ka i z atmosf er e stvar aju}i ugq endi oksi d i vodu. U mo~var ni m predel i ma i l i podr u~ji ma bogat i m vodom, i zumr l a pr amater i ja, bi q nog i l i ` i voti wskog porekl a, bi va prekr i vena vodom, pa je ti me za{ ti }ena od del ovawa ki seoni ka i z vazduha. Ovaj ostatak ' napadnut" je od str ane takozvani h anaer obni h bakt eri ja -

119

4 ^vrst a gor i va

bakter i ja koji za svoju egzi stenci ju ne zahtevaju sl obodan ki seoni k. Kao r ezul tat ovog bakter i ol o{ kog tr etmana javq a se tr eset. U toku ovog per i oda, sadr ` aj ki seoni ka i vodoni ka se smawuje, a sadr ` aj ugq eni ka r aste. U toku veoma dugog vremenskogper i oda tr eset je bi o zasi pan i pokr i van peskom, muq emi gl i nom(Sl i ka 4.22). P od pr i ti skomnastal i h sl ojeva dol azi daq e do i zdvajawa gasovi ti h sastojaka i z pramater i je, a sadr ` aj ugq eni ka r aste. Tektonski m por eme}aji ma ova mater i ja dospeval a je na ve}e dubi ne i pod povi { eni m pri t i skomi temper atur omt r pel a daq e promene koje su dovel e do stvar awa ugq a. U cel om ovom procesu koji je dugo vr emena tr ajao, pr vobi t ni sastav je ostao nepr omewen; odnos i zme| u pojedi ni h sastojaka se, me| uti m, mewao. Sadr ` aj

S l i ka 4.22 ugq eni ka je r astao, a svi h ostal i h el emenata opadao. Na Sl i ci 4.23 dat a je ova zavi snost /23/ i zra` ena preko sastava od bi q ne mater i je i tr eseta zakq u~no sa antr aci tom, kod koga je proces ugq eni sawa najdaq e oti { ao. I l ustr aci je r adi mo` e se navesti da je za stvar awe sl oja pramater i je debqi ne jednog metr a bi l o potr ebno 3.000 godi na; za sl oj kamenog ugq a debqi ne jednog metr a bi l o je potr ebno, me| uti m, 200 metar a debqi ne sl oja pr amater i je /22/. Najstar i je vr ste ugq eva nastal e su u per i odu devona - pr e oko 450 mi l i ona godi na, kameni - u per i odu karbona koji je po ugq u i dobi o i me, pr e oko 380 mi l i ona godi na, mr ki - u per i odu kr ede, a najve}i m del omu ter ci jer u (' doba mr kog ugq a") pr e 1 do 60 mi l i ona godi na. Li gni ti , najml a| i mr ki ugq evi ,

120

Gor i va

nastal i su u per i odu pre nekol i ko mi l i ona godi na, dok je tr eset nastao pre oko mi l i on godi na. Zavi sno od pramater i je od koje je nastao, ugaq mo` e bi ti humusni , sapropel ni i

S l i ka 4.23:

P r omena odnosa i zme| u ugq eni ka, vodoni ka i ki seoni ka, kao i gor i vi h i spar q i vi h mat er i ja t okom ugq eni sawa, pr edst avq ena sadr ` ajem i st i h komponenat a od bi q ne mat er i je do ant r aci t a /23/

l i ptobi ol i t ni . Ova kl asi f i kaci ja ugq a, takozvana geneti ~ka kl asi f i kaci ja, pot i ~e od nema~kog nau~ni ka P o t o n i e -a (P otoni jea) /24/ koji je pri r odna gori va nazvao kaustobi ol i t i ma (c a u s t o s - gor i v, b i o s - ` i vot, l i t o s kamen). Bi ol i t i uop{ te, zna~i , ozna~avaju mater i je nastal e od ` i vi h organi zama, a kaustobi ol i t i predstavq aju gori ve bi ol i t e. Humusni ugq evi predstavq aju ugq eve ~i ja je pramater i ja bi q na. Sapr opel ni ugq evi predstavq aju ugq eve ~i ja pramater i ja poti ~e od ostataka ` i vi h or gani zama - or ganskog muq a (s a p r o s - tr uo, p e l o s - muq ), dok l i ptobi ol i t ni ugq evi predstavq aju ugq eve nastal e od voskova i smol a. Humusni ugq evi ~i ne najr aspr ostr aweni ju gr upu ugq eva.

121

4 ^vrst a gor i va

4.2.3.2 Me| unarodnapodel a ugqeva Danas je na snazi me| unar odna kl asi f i kaci ja ugq eva, usvojena 1956. godi ne od str ane K omi teta za ugaq Evr opske ekonomske komi si je Or gani zaci je ujedi weni h naci ja. Osnovu kl asi f i kaci je ~i ne tr i kri t er i juma: - sadr ` aj gor i vi h i spar q i vi h mater i ja koji mse ugq evi del e na kl ase, - kar akter i sti ke spi cawa (podel a na gr upe), i - kar akter i sti ke sposobnost i koksovawa (podel a na podgr upe). Osnovna podel a zavi sno od navedeni h uti cajni h f aktor a data je Tabel ama 4.11, 4.12 i 4.13 i sumarno u Tabel i 4.14.

Tabel a 4.11: K l ase ugqeva zavi sno od sadr ` aja gor i vi h i spar q i vi h mat er i ja Kl asa

Topl otna mo} vl a` nog, bespepel nog ugq a ( MJ / k g)

Sadr ` aj gor i vi h i spar q i vi h mater i ja na gor i vu masu (%)

0

-

0-3,0

1A

-

3,0-6,5

1B

-

6,5-10

2

-

10-14

3

-

14-20

4

-

20-28

5

-

28-33

6

Vi { e od 32,44

33-41

7

30,14-32,44

33-44

8

25,53-30,14

35-50

9

23,86-25,53

42-50

Tabel a 4.12: Gr upe ugq eva pr ema spi cawu Gr upa 1 - nespe~eni 2 - sl abo spe~eni 3 - sr edwe spe~eni 4 - jako spe~eni

I ndeks nadi mawa

I ndeks Roga

0 - 1/2

0- 5

1- 2

5 - 20

2 1/2 - 4

20 - 45

vi { e od 4

vi { e od 45

122

Gor i va

Tabel a 4.13: P odgr upa ugq eva pr ema sposobnost i koksovawa P odgr upa

P ona{ awe ugq a pr i zagr evawu u di l atometr u Odi ber -Ar nu

Ti p koksa prema Gr ej-Ki ngu A

0

ne omek{ ava

1

dol azi samo do kontrakci je

B -

D

2

posl e kont r akci je { i r i se do pr vobi t ne vi si ne

E -

G

3

vi si na se pove}a za 50%

G1 -

G4

4

vi si na se pove}ava za 50-140%

G5 -

G8

5

vi si na se pove}ava vi { e od 140%

vi { e od G8

P r ema sposobnosti P odgr upa 0 P odgr upa 1 P odgr upa 2 P odgr upa 3 P odgr upa 4 P odgr upa 5 -

za koksovawe ugq evi se del e na { est podgr upa: ne koksuju}i ugq evi veoma sl abo koksuju}i sl abo koksuju}i umer eno koksuju}i jako koksuju}i vr l o jako koksuju}i .

Na taj na~i n se ugaq, prema usvojenomkodu, ozna~ava sa tr i ci f r e: pr va ozna~ava kl asu, dr uga - gr upu, tr e}a - podgr upu. P r i mer kl asi f i kaci je pokaza}e se za ugaq , za koji su poznati sl ede}i podaci : V g =37% (na ~i stu gor i vu masu), H d =31,81 MJ / k g (za vl a` an, bespepel ni ugaq ), I ndeks nadi mawa =5, Osobi na spi cawa - pr ema metodu Roga =65, Maksi mal no pove}awe zapr emi ne =60%, Ti p koksa prema Gr ej-Ki ngu =G6 P o{ to sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h mater i ja pr el azi 33%, kl asa se mo` e odr edi ti samo pomo}u topl otne mo}i . Na taj na~i n pr va ci f r a prema kl asi }e bi t i 7. Kako je i ndeks nadi mawa 5, a spe~enost pr ema metodu Roga 65, ugaq }e se odnosi t i na gr upu 4, i to }e bi ti dr uga ci f r a. Maksi mal no pove}awe zapremi ne i znosi 80%, a al ter nati vno, t i p koksa pr ema Gr ej- K i ngu i znosi G6 - pa }e tr e}a ci f r a bi t i 4. Na taj na~i n posmatr ani uzor ak ugq a, pr ema Me| unar odnoj kl asi f i kaci ji , bi }e ozna~en br ojem744. P r ema ovoj kl asi f i kaci ji ugq evi su podeq eni u sedamgr upa - gr upa I se del i na dve, grupa V - na ~eti r i , a gr upa VI na dve podgr upe.

4 ^vrst a gor i va

123

a t i c a r t n a i a v e q g u h i n e m a k a l e d o p a n d o r a n u | e M : 4 1 . 4 a l e b a T

124

Gor i va

4.2.3.3 Mrki ugqevi P r ema stepenu ugq eni sawa, mr ki ugq evi zauzi maju pol o` aj i zme| u tr eseta i kameni h ugq eva. U por e| ewu sa tr esetom, mr ki ugq evi su tamni je boje, poseduju ve}u gusti nu i mawe su hi gr oskopni . I zme| u mr ki h, pogotovo star i ji h, i kameni h ugq eva ne mo` e se vi zuel no napr avi ti jasna gr ani ca. U zavi snosti od str uktur e, stepena ugq eni sawa i osobi na, mr ki ugq evi se del e na l i gni te, zemq aste i smol aste mr ke ugq eve. Najml a| i su l i gni t i ; oni su pretr pel i najmawe pr omene u odnosu na bi q nu pramater i ju. P r ema spoqa{ wem i zgl edu l i gni ti ~i ne svetl o mr ku masu sa jasno i zra` enomdrvenastomstr uktur om. Smol asti mr ki ugq evi predstavq aju produkt duboke tr ansf ormaci je bi q ne pramater i je i za razl i ku od l i gni ta i zrazi to su cr ne boje i poseduju ve}u gusti nu. P r ema svoji m osobi nama pr i bl i ` avaju se ml adi m kameni m ugq evi ma. Zemq asti mr ki ugq evi se po svoji m osobi nama nal aze i zme| u l i gni ta i smol asti h mr ki h ugq eva. U or ganskoj masi mr ki h ugq eva nal azi se 65-75% ugq eni ka, 5-6% vodoni ka, 1728% ki seoni ka i azota i do 5% sumpor a. Sadr ` aj vl age kr e}e se od 20-55%, a sadr ` aj pepel a - od 7-45%. S adr ` e u ve}i ni sl u~ajeva vel i ku kol i ~i nu gori vi h i spar q i vi h mater i ja (40%, a kod l i gni t a i 60%), a koksni ostatak i m je nespe~en. P r i sagor evawu obr azuju dug pl amen. Dowa topl otna mo} ~i ste gor i ve mase mr ki h ugq eva ne pr el azi 29,3 MJ / k g. Dowa topl otna mo} r adne mase je veoma mal a usl ed vel i kog sadr ` aja bal asta (vl age i mi ner al ni h pr i mesa) i i znosi od 6,3 do 16,8 MJ / k g. Mr ki ugq evi su topl otno nepostojani , mal e tvrdo}e i ~vr sto}e. Skl oni su promenama pri l e` awu na skl adi { tu, si tne}i se, a veoma su skl oni oksi daci ji i samopaq ewu. Mr ki ugq evi se prete` no kor i ste za sagorevawe u vel i ki m ter oener getski m postr ojewi ma u spr a{ enomst awu, a osi m toga kor i ste se i za daq u prer adu u pl emeni ti je obl i ke ~vr sti h gori va (br i kete i pol ukoks) i l i u gasovi ta gori va.

4.2.3.4 Kameni ugqevi K ameni ugq evi predstavq aju proi zvod skor o potpune tr ansf or maci je po~etne mater i je. Za r azl i ku od mr ki h ugq eva oni sadr ` e (na or gansku masu gori va) vi { e ugq eni ka - 75 do 90%, a mawe vodoni ka i ki seoni ka ( H o = 4 - 6 %, O o =2- 28%); sadr ` aj sumpor a se kr e}e do 5%. K ameni ugq evi su mawe hi gr oskopni , a poseduju ve}u gusti nu i ~vrsto}u. K ol i ~i na gori vi h i spar q i vi h mater i ja mewa se u { i r okomopsegu: od 10 do 45% (na ~i stu gor i vu masu). Sadr ` aj vl age se kr e}e u gr ani cama 3-15%, a pepel a 10-

4 ^vrst a gor i va

125

20%. Dowa topl ot na mo} r adne mase kameni h ugq eva nal azi se u i nterval u 20,929,3 MJ / k g. U por e| ewu sa mr ki m ugq evi ma, kameni ugq evi su hemi jski stabi l ni ji , mal o mewaju osobi ne pri l e` awu na skl adi { tu; neke vr ste su i pak skl one samopaq ewu.

4.2.3.5 Antr aci ti A ntr aci ti predstavq aju ugq eve kod koji h je proces ugq eni sawa - pr oces tr ansf ormaci je i shodne pramater i je - pr akti ~no zavr { en. Sadr ` aj ugq eni ka se zato kod antr aci t a kr e}e, svedeno na or gansku masu, ~ak do 97-98%. Sadr ` aj vl age u r adnoj masi je oko 6%, a pepel a u gr ani cama 8-20%. P epeo je po pravi l u l ako topq i v. Ant r aci t i i maju nespe~en koksni ostatak. Sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h mater i ja je u gr ani cama 2-9% na ~i stu gor i vu masu. Te{ ko se pal e i gor e pl avi ~asti mpl amenom. U por e| ewu sa kameni mugq evi ma antr aci ti poseduju jo{ ve}u gusti nu, mawe su hi gr oskopni i veoma su stabi l ni pr i skl adi { tewu. Dowa topl ot na mo} antr aci t a kr e}e se u gr ani cama 21,1-27,2 MJ / k g.

4.2.4 GORI VI [ KRI Q CI Gori vi { kr i q ci su se obrazoval i od organskog muq a, nastal og r aspadawem bi q ni h i ` i voti wski h organi zama - pl anktona st aja}i h voda. Nastal i muq se bez pri sustva vazduha razl agao daqe, pr i ~emu je r astao sadr ` aj ugq eni ka i vodoni ka. Dobi jena or ganska masa se me{ al a sa vel i komkol i ~i nommi ner al ni h mater i ja, postajal a gu{ }a usl ed pri t i ska sl ojeva i znad we i tr ansf ormi sal a se u stenu pr o` etu or ganskommasom. Mi ner al ne mater i je gori vi h { kr i q aca ~i ne kre~wak, gl i na i pesak. Sadr ` aj mi ner al ni h mater i ja dosti ` e 70% r a~unato na apsol utno suvu masu, a vl age, r a~unato na r adnu masu, 20%. U or ganskoj masi gor i vi h { kr i q aca, kao i u naf ti , nal azi se vi sok sadr ` aj vodoni ka - do 9,5%. Ovo usl ovq ava vel i ku kol i ~i nu gor i vi h i spar q i vi h mater i ja, r a~unat i h na ~i stu gor i vu masu - do 80%, a ti me i l aku upaq i vost. S adr ` aj ugq eni ka u organskoj masi i znosi 70%, a sadr ` aj sumpor a - do 4,5%. Znat an sadr ` aj ugq eni ka i vodoni ka u gori voj masi gori vi h { kri q aca odr e| uje vi soku vr ednost topl otne mo}i : dowa topl otna mo} r a~unata na ~i stu gor i vu masu i znosi 27,2-33,5 MJ / k g. I pak usl ed vel i ke kol i ~i ne bal asta topl otna mo} r a~unata na r adnu masu i znosi svega 5,9-10,0 MJ / k g. Kar akter i sti ke najboqe i str a` eni h uq ni h { kr i q aca su date u Tabel i 4.15 /25/.

126

Gor i va

Gori vi { kri q ci se kor i ste i l i za masovnu pr oi zvodwu el ektr i ~ne ener gi je u ter moel ektr anama i l i se prer a| uju u gasovi ta i te~na gori va. Dve termoel ektr a-

Tabel a 4.15 Nal azi { te

P ri rodna vl aga

Sadr ` aj u odnosu na suvu mater i ju P epeo

CO2

Dowa toUsl ovna or - pl ot na ganska matemo} r i ja Op{ ti S (k J / k g )

Estoni ja

10,0

47,0

18,0

1,5

35,4

13200

Green River (SAD)

0,2

59,8

4,9

0,8

13,8

5100

16,2-20,5

72,3

1,3

0,9

26,4

7600

1,40

79,0

1,0

5,3

20,0

8400

0,7

19,0

5900

0,5

18,6

5800

49,7

18800

Irrati (Brazi l ) Norke ([ vedska) Lotiani ([ kotska)

F u [ un (K i na) A ustr al i ja

78,0 5,0

78,5 51,6

3,8

ne, svaka snage po 1600 MW i zgr a| ene su u Estoni ji sa gori vi m{ kri q ci ma kao gor i vom/26/. Sagor evawe gori vi h { kr i q aca ostavq a mnogo pepel a i stvar a nasl age na gr ejni mpov{ i nama, abrazi jomo{ te}uje opremu i td. Ni zak je stepen kori snost i kotl a i vi soki su tr anspor tni tr o{ kovi pepel a.

4.2.5 DOMA] I UGQ EVI Osnovu na{ i h ugq eva pr ema rezervama, dati h u gl avi I , ~i ne l i gni ti sa oko 90% i mr ki sa skor o 10%. Kameni h ugq eva i ma u nedovoq ni mkol i ~i nama: 0,5%. Zato }e se u daq emi zl agawu osnovna pa` wa pokl oni t i l i gni t i ma i mr ki mugq evi ma. Na osnovu osnovni h pokazateq a kval i teta ugq a (vl age, topl otne mo}i i sadr ` aja gori vi h i spar q i vi h mater i ja) i zvr { ena je podel a na{ i h ugq eva, kako je dato u Tabel i 4.16 (J US B.H0.001...).

127

4 ^vrst a gor i va Tabel a 4.16 Vr sta ugq a

Ukupna Dowa topl otna I spar q i ve mamo} bez vl age i ter i je bez vl age Oznaka vl aga ugq a pepel a (MJ / k g) i pepel a (%) (%)

L i gni t

i znad 40

23-25

L

Mr ko-l i gni t ski ugaq

30 - 40

25-26

ML

Mr ki ugaq

10 - 30

26-30

M

i spod 10

i znad 29,7

K ameni ugaq

i spod 40

K

4.2.5.1 Doma}i l i gni ti Na{ i l i gni t i su humusni ugq evi sa mal i mkol i ~i nama sapr opel ni h i vo{ tani h pr i mesa. Mogu bi ti dr venasti (ksi l i tni ) i l i amor f ni (zemq asti ). L i gni ti se obi ~no u nas nal aze na mal oj dubi ni - od nekol i ko metar a do nekol i ko deseti na metar a, pa se ekspl oati { u povr { i nski mkopovi ma. Sadr ` aj ugq eni ka u odnosu na ~i stu gor i vu masu je u gr ani cama 60-65%, vodoni ka 4-6%, a ki seoni ka i azota 20-30%. Sadr ` aj vl age na r adnu masu r a~unato je 4060%, a sadr ` aj pepel a 7-18%. S adr ` aj gori vi h i spar q i vi h mater i ja ra~unato na ~i stu gor i vu masu kr e}e se u gr ani cama 35-60%. K oksni ostatak i mje tr o{ an. Sagor evaju dugi m~a| avi mpl amenomcr veno-` ute boje. Dowa topl otna mo} r adne mase na{ i h l i gni ta zbog vel i kog sadr ` aja bal asta je mal a i nal azi se u opsegu 5,2-9,5 MJ / k g. Na{ i l i gni t i su veoma nepostojani na skl adi { tu i skl oni su samopaq ewu. Mogu}nost i pri mene na{ i h l i gni ta su zbog wegovi h kar akteri sti ka pri l i ~no ogr ani ~ene: wi hovo osnovno r aci onal no kori { }ewe je u kotl ovski mjedi ni cama vel i ke snage ter moel ektr ana - sagor evawemu spra{ enomstawu. Bez obzi r a na mawu ksi l i tni l i gni ti se te{ ko meq u /32/. Dr uga mogu}nost je u prevo| ewu u gasovi ta gori va. Sr e}na je okol nost da se l i gni ti r el ati vno l ako dobi jaju povr { i nski m kopovi ma, pa je savr emeni m sredstvi ma mehani zaci je wi hovo dobi jawe ekonomi ~no. P r akt i ~no u svi m vel i ki m baseni ma nal aze se i ter moel ektr ane. Nal azi { ta l i gni ta u SRJ su ugl avnomu Sr bi ji . Nal azi { ta l i gni ta u Sr bi ji su: K ostol ac, K osovo, Metohi ja, K ol ubar a, Despotova~ki r udni ci . Rudni ci mr kol i gni t nog ugq a, prel aznog obl i ka i zme| u mr ki h i l i gni ta su: Soko, J el a{ ni ca, Manasi ja i Opl enac u Sr bi ji i P q evq a u C r noj Gor i .

128

Gor i va

P odaci o na{ i ml i gni ti ma, i z r udni ka K ol ubar a i Kosovo, dati su u Tabel ama 4.17 i 4.18. Zavi snost topl otne mo}i od sadr ` aja bal asta za ove r udni ke data je na Sl i kama 4.24, 4.25 /28/. Zavi snost topl otne mo}i od sadr ` aja bal asta za neke doma}e ugq eve (mr ke i kamene) data je sl ede}i mi zr azi ma: Bogovi na: J ar ando:

U{ }e:

.

S l i ka 4.24

S l i ka 4.25

4.2.5.2 Doma}i mrki ugqevi P r ema pramater i ji i z koje su nastal i , na{ i mr ki ugq evi su prete` no humusni i humusno-sapropel ni ugq evi . El ementar ni sastav je pr i l i ~no pr omenq i v. Ra~unato na gor i vu masu ugq a ugq eni ka i ma u gr ani cama 65-75%, vodoni ka - 4-6%, ki seoni ka i azota 15-27%, a sumpor a 2-10%. Sadr ` aj gr ube vl age r adne mase na{ i h mr ki h ugq eva kr e}e se od 3 do 20%, a hi gr oskopne vl age, za gor i vo suvo na vazduhu od 6 do 20%. K ol i ~i na pepel a je u gr ani cama 10-30% na masu suvu na vazduhu, { to mu ote` ava pr i menu, a sampepeo je l ako topq i v. Sadr ` aj gori vi h i spar q i vi h mater i ja je u opsegu 28-40%, pa se l ako pal e i brzo sagorevaju dugi m ` uti m do svetl ocr veni m, dosta ~a| avi m pl amenom. Dowa topl otna mo} u r adnom(r eal nom) stawukr e}e se ui nter val u 14,67-18,18 MJ / k g. P r i l e` awu na skl adi { tu na{ i mr ki ugq evi su nepostojani , oksi di { u i skl oni samopaq ewu. Kor i ste se r azl i ~i te vr ste pe}i i l o` i { ta, za prer adu u gasovi ta gori va, za prer adu suvomdesti l aci jomi dr . Nal azi { t a mr ki h ugq eva su u Sr bi ji i to: Resavsko-Mor avski r udni ci , Bogovi na, Soko.

129

4 ^vrst a gor i va

Tabel a 4.17: P odaci t ehni ~ke i el ement ar ne anal i ze ugq a i z r udni ka K ol ubar a /27/ Radna masa

Masa suva na vazduhu

A psol utno suva masa

î sta gori va masa

-

-

TE HNI ^KA A NA L I ZA Ukupna vl aga W (%)

50,39

Hi gr oskopska vl aga W H (%)

9,11

15,52

-

-

Gr uba vl aga W G (%)

41,28

-

-

-

Sagor q i vo (%)

30,60

52,12

61,69

100

P epeo A (%)

19,00

32,36

38,31

-

Gor i ve i spar qi ve mater i je (%)

17,11

29,14

34,49

55,91

K oksni ostatak K (%)

32,50

55,34

65,51

44,09

F i ksni ugq eni k C f i x (%)

13,49

22,98

27,20

44,09

Sumpor ukupni S u (%)

0,64

1,09

1,29

-

Gori vi sumpor S g (%)

0,23

0,39

0,46

0,75

Vezani sumpor S A (%)

0,41

0,70

0,83

-

TOP L OTNA M O] Gor wa topl otna mo} H g ( MJ / k g)

8,407

14,317

16,947

27,471

Dowa topl otna mo} H d ( MJ / k g)

6,779

13,164

16,004

25,943

E L E M E NT A RN A A N A L I ZA Ugq eni k C (%)

23,72

40,40

47,82

77,52

Vodoni k H (%)

2,26

3,84

4,55

7,38

Azot N (%)

0,47

0,80

0,95

1,54

Ki seoni k O (%)

3,93

6,69

7,91

12,81

Sumpor S (%)

0,23

0,39

0,46

0,75

130

Gor i va

Tabel a 4.18: P odaci t ehni ~ke i el ement ar ne anal i ze ugqa i z r udni ka K osovo /27/ Radna masa

Masa suva na vazduhu

A psol utî sta gono suva r i va masa masa

TE HNI ^KA A NA L I ZA Ukupna vl aga W (%)

41,13

Hi gr oskopska vl aga W H (%)

7,93

Gr uba vl aga W G (%)

-

-

11,87

-

-

33,20

-

-

-

Sagor q i vo (%)

36,81

55,10

62,52

100,00

P epeo A (%)

22,06

33,03

37,48

-

Gor i ve i spar qi ve mater i je (%)

18,31

27,41

31,10

49,74

K oksni ostatak K (%)

40,56

60,72

68,90

50,26

F i ksni ugq eni k C f i x (%)

18,50

27,69

31,42

50,26

Sumpor ukupni S u (%)

1,07

1,60

1,816

-

Gori vi sumpor S g (%)

0,17

0,25

0,28

0,46

Vezani sumpor S A (%)

0,90

1,35

1,536

-

TOP L OTNA M O] Gor wa topl otna mo} H g ( MJ / k g)

7,070

10,584

12,010

19,209

Dowa topl otna mo} H d ( MJ / k g)

5,692

9,664

11,279

18,034

E L E M E NT A RN A A N A L I ZA Ugq eni k C (%)

22,85

34,20

38,81

62,08

Vodoni k H (%)

2,08

3,12

3,53

5,65

A zot+K i seoni k N +O (%)

11,71

17,52

19,89

31,81

Sumpor S (%)

0,17

0,25

0,28

0,46

Napomena:

P odaci dati u Tabel ama 4.18 i 4.19 su dati i l ustr aci je r adi . U praksi sastav i osobi ne var i r aju u { i r i mgr ani cama.

131

4 ^vrst a gor i va

4.2.5.3 Doma}i kameni ugqevi Nal azi { ta kameni h ugq eva u na{ oj zemq i ~i ne I bar ski r udni ci . U ~i stoj gor i voj masi kameni h ugq eva i ma: ugq eni ka 76-97%, vodoni ka 1,5-5,5%, ki seoni ka i azota 2-10%, a sumpora 1-6%. Sadr ` aj gr ube vl age kre}e se u gr ani cama 2-6%, a hi gr oskopske (masa suva na vazduhu) 1-5%. Na{ i kameni ugq evi poseduju vel i ku kol i ~i nu mi ner al ni h pri mesa, koje u neki msl u~ajevi ma pr el aze i 30%, a pepeo i mje l ako topq i v. Sadr ` aj sumpor a i mje tako| e vi sok { to ote` ava wi hovu pri menu.

4.2.6 GORI VI [ KRI Q C I U SR J UGOSLAVI J I Rezer ve gori vi h { kr i q aca u na{ oj zemq i ni su do sada bl i ` e utvr | ene. Do sada je utvr | eno wi hovo postojawe u Sr bi ji . Raspr ostawenost gori vi h { kr i q aca u Sr bi ji zahvata Ni { ki , Vr awski , K ur { uml i jski , Tr steni ~ki , Vaq evsko-Mi oni ~ki i najboq e i str a` en Al eksi na~ki basen /29/. U sastavu A l eksi na~ki h { kr i q aca i ma 32% or ganske mater i je, 65% mi ner al ni h pri mesa i 3% vl age /22/. Neki podaci o al eksi na~kom{ kr i q cu dati su u Tabel i 4.19 /25/.

Tabel a 4.19 Vl aga

( %)

5,78

P epeo

( %)

62,62

Ukupni sumpor

( %)

3,60

P i r i tni sumpor

( %)

2,42

Sul f atni sumpor

( %)

0,96

Or ganski sumpor

( %)

0,22

Gori ve i spar q i ve mater i je

( %)

31,30

Or ganska gor i va masa

( %)

37,38

( MJ / k g)

10,655

Topl otna mo}

El ementarni sastav or ganske mase kao i topl otna mo} i znose /25/: C - 7 8 ,2 6%, H - 11,25%, S - 0 ,8 3 %, O+ N - 9 ,6 6%, a topl otna mo} H g - 2 8,5 04 MJ / k g.

132

Gor i va

4.3 POSTUPC I PRI PREME ^VRSTI H GORI VA Da bi se ugaq ef i kasno i ekonomski opravdano mogao da kori sti potr ebno ga je, pr e upotr ebe, na odgovar aju}i na~i n pri premi ti . U t oku procesa pri preme ugaq se osl oba| a del a mi ner al ni h pr i mesa, usi twava do odr e| ene vel i ~i ne ~esti ca, opti mal ne za odgovar aju}u namenu i , kada je to mogu}e, osl oba| a del a vl age. P r i pr ema ugq a se vr { i : - odstr awi vawemgr ubi h mehani ~ki h pri mesa, - usi twavawem, - pr osejavawemi r azdvajawempo vel i ~i ni , i - del i mi ~ni mosl oba| awemod vl age. P ostupci odstr awi vawa gr ubi h mehani ~ki h ne~i sto}a i vl age i gr ubo dr obq ewe se obi ~no i zvode po va| ewu ugq a, a ostal i , ukq u~uju}i i kasni je si twewe, i zvode se zavi sno od namene.

4.3.1 USI TWAVAWE UGQ A Usi twavawe ugq a je pr oces smawi vawa vel i ~i ne komada i l i ~esti ca ugq a del ovawemspoq ni h uti caja. Usi twavawe mo` e bi ti : - pr i premno, ako se vr { i u ci q u pri preme ugq a za odstr awi vawe mi ner al ni h pri mesa (dr obq ewe vel i ki h komada), i l i - kona~no (zavr { no), ako su produkti dr obq ewa spr emni za upotr ebu u vel i ~i ni do koje suusi tweni . Ostvar i vawe ovog pr ocesa mo` e se vr { i ti na nekol i ko pr i nci pi jel no r azl i ~i ti h na~i na i l i wi hovomkombi naci jom: udar om(S l i ka 4.26a, b, v, i g), pri ti skom (Sl i ka 4.26d), gwe~ewem (Sl i ka 4.26| ), cepawem (Sl i ka 4.26e) i promenom unutr a{ wi h napona (ako se komad ugq a i zl o` i nagl om smawewu pr i ti ska u okol i ni , Sl i ka 4.26` ). U usl ovi ma konti nual nog procesa usi twavawa, zbog haoti ~nosti r aspor eda i kr etawa komada koji se u ur e| aju javq aju, mogu bi ti zastupq eni svi sl u~ajevi usi twavawa - jedan od wi h je i pak zastupq en u najve}oj meri , a po wemu ur e| aj nosi i me i l i se r azvr stava u odr e| enu gr upu. U ekspl oataci ji se r azl i kuju sl ede}i postupci usi twavawa: - drobqewe i - ml evewe.

133

4 ^vrst a gor i va

S l i ka 4.26 Dr obq ewe je deo pr ocesa usi twavawa u kome se vel i ~i na komada, od najve}i h (1500 mm ) svodi na ` eq enu; pr i t ome se r azl i kuju: - kr upno dr obq ewe pri kome se vel i ~i na gotovog produkta kr e}e u gr ani cama od 100 do 200 m m , - sredwe, sa vel i ~i nomgotovogprodukta od 25 do 80 m m , i - si tno, sa vel i ~i nomgotovogprodukta od 3 do 25 m m . Ur e| aji u koji ma se vr { i dr obq ewe nazi vaju se dr obi l i ce. Zavi sno od konstr ukti vnogr e{ ewa odnosno na~i na r ada dr obi l i ce se del e na: - ~eq ustne (Sl i ka 4.27), - vaq kaste (Sl i ka 4.28), i - udar ne (Sl i ka 4.29). êq ustne dr obi l i ce se kor i ste ugl avnomza kr upno i sr edwe dr obqewe, konusne za sve vr ste dr obq ewa, vaq kaste za sredwe i si tno dr obq ewe, a udar ne za si tno drobq ewe pa ~ak i gr ubo ml evewe.

134

Gor i va

S l i ka 4.27: ^ eq ust na dr obi l i ca U pr ocesu ml evewa vel i ~i na prethodno usi twenog mater i jal a svodi na jo{ mawu vel i ~i nu. Razl i kuju se gr ubo ml evewe sa vel i ~i nomgotovog produkta ve}omod 0,5 m m i f i no ml evewe sa vel i ~i nomgotovog produkta mawi mod 0,5 m m . O vrstama ml i nova bi }e r e~i u odeqku 4.4.1.

S l i ka 4.28: V aq kast a dr obi l i ca

S l i ka 4.29:

Udar na r ot or na dr obi l i ca, 1-obl oge, 2-r ot or , 3vi jak, 4-udar na pl o~a, 5odbojne pl o~e, 6-l an~ana zavesa

135

4 ^vrst a gor i va

4.3.2 OSLOBA\ AWE OD GRUBI H MEHANI ^KI H NEÎ STO] A - F LOTACI JA Osl oba| awe ugq a od gr ubi h mehani ~ki h ne~i sto}a je jedna od osnovni h mera koje omogu}avaju poboq{ awe osobi na i r aci onal ni je kori { }ewe ugq a. Odstr awi vawe gr ubi h pr i mesa pr edstavq a sl o` en proces koji kao r ezul tat daje smawewe sadr ` aja mi ner al ni h pr i mesa i oboga}uje ugaq gor i vommasom. Naj{ i r e kor i { }ene metode u ovomsmi sl u su metode koje se zasni vaju na razl i ci gusti na ugq a (1200-1600 k g/ m 3 ) separ aci je ugaq i mi ner al ni h pri mesa (18005200 k g/ m 3 ). P ost upci ma mokr e u komadi ma se pot apa u vodu oboga}enu peskom i l i dr ugi m' te{ ki m" mater i jama, tako da dobi jena suspenzi ja i ma gusti nu ve}u od ugq a. Ugaq se i zdvaja i pl i va po povr { i ni , a mi ner al ne pri mese padaju na dno. Ur e| aji koji ma se odstr awuju mi ner al ne pri mese nazi vaju se separ atori i pr ema na~i nu del ovawa del e se na gr avi taci one i centr i f ugal ne (Sl i ka 4.30) /31/.

S l i ka 4.30: C ent r i f ugal ni separ at or i

136

Gor i va

4.3.3 PROSEJ AVAWE I RAZDVAJ AWE PO VELI Î NI U ci q u dobi jawa komada odr e| ene vel i ~i ne, pot r ebne za odgovar aju}u namenu, vr { i se prosejavawe na si ti ma razl i ~i togobl i ka i vel i ~i ne. Samo prosejavawe mo` e da se def i ni { e kao mehani ~ki postupak r azdvajawa ~esti ca i l i komada ugq a na gr upe - f r akci je odr e| eni h vel i ~i na. Zavi sno od konstr ukti vnog r e{ ewa, vel i ~i ne otvor a i na~i na r ada ur e| aji za pr osejavawe se del e na: - re{ etke (Sl i ka 4.31a), - re{ eta (Sl i ka 4.31b), i - si ta (Sl i ka 4.31v). P r ol askompreko jedne povr{ i ne prosejavawa mater i jal se r azdvaja u dve kl ase gorwu i dowu, i l i nadr e{ etni i podr e{ etni proi zvod. Gorwu kl asu ~i ne zr na, odnosno komadi , ~i ja je vel i ~i na ve}a od vel i ~i ne otvor a, a dowu ona ~i ja je vel i ~i na mawa i l i jednaka vel i ~i ni otvor a.

S l i ka 4.31

137

4 ^vrst a gor i va

Ukol i ko je potr ebno da se mater i jal i zdvoji u vi { e kl asa kor i ste se si ta sa ve}i m brojem povr { i na prosejavawa. Ove povr { i ne se postavq aju jedna za dr ugomi l i jedna i spod dr uge, kada se dobi jaju, u pr vomsl u~aju r edna a u dr ugom par al el na si ta. P r ema na~i nu r ada ur e| aji za prosejavawe mogu bi ti stati ~kog i di nami ~kog dejstva. P ovr{ i na pr osejavawa kod ur e| aja stati ~kog dejstva postavqa se u odnosu na hor i zont koso, pod ugl omve}i mod ugl a pri r odnogkl i zawa mater i jal a, ~i me se omogu}ava gr avi taci ono kr etawe (Sl i ka 4.32). Ur e| aji di nami ~kog dejstva mogu bi ti kl ate}i i l i vi br aci oni (Sl i ka 4.31v). Re{ etke se pr ave od pr of i l i sani h { i pki pore| ani h par al el no (Sl i ka 4.31a). P opr e~ni pr of i l i { i pki bi r aju se tako da gorwi otvor r e{ etki bude uvek ve}i od doweg. P ovr { i ne prosejavawa si ta i r e{ eta obr azuju se od mr e` a i zr a| eni h od metal ni h ni t i za si ta, i l i per f or i r awemtanki h l i mova za r e{ eta.

S l i ka 4.32

138

Gor i va

S l i ka 4.33 Ot vor i mr e` a si ta su kvadr atni i l i pr avougaoni , otvor i per f or i r ani h l i mova r e{ eta mogu bi ti okr ugl i , kvadr atni , pr avougaoni i l i nekog dr ugog sl o` enog obl i ka (Sl i ka 4.33). U na{ oj zemq i se kori sti sl ede}a podel a za razvr stavawe ugq a po vel i ~i ni prema J US B.H0.001 (Tabel a 4.20). Nesor ti r an ugaq nazi va se ' r ovni " ugaq . Zavi snost topl otne mo}i neki h na{ i h ugq eva od sor ti mana data je na Sl i ci 4.34.

4.3.4 ODSTRAWI VAWE VLAGE Del i mi ~no odstr awi vawe vl age u ekspl oataci ji vr { i se na vi { e na~i na: - pr i r odni msu{ ewem, - dr eni r awem, tj. pr i r odni m odst r awi vawem vode i z ugq a pod uti cajem sopstvene te` i ne, - centri f ugi rawem, i - f i l t r ovawem.

139

4 ^vrst a gor i va

S l i ka 4.34

Tabel a 4.20 S or t i man

K ameni

Mr ko-l i gni tski i l i gni t

Mr ki

Su{ eni ugaq

Gor wa Dowa Gor wa Dowa Gor wa Dowa Gor wa Dowa Nazi v i gr ani ca gr ani ca gr ani ca gr ani ca gr ani ca gr ani ca gr ani ca gr ani ca Oznaka (m m ) (m m ) (m m ) ( m m ) (m m ) (m m ) (m m ) (m m ) 60

neodr e| eno

80-120

30

60

20-35

40-65

12-15

20

15-20

10-20

20-35

5

12-15

0

5-10

0

10-20

-

-

35

3-5

10

5-10

10-20

-

-

3

0

3-5

0

5-10

0

5

K omad A

60-80

neodr e| eno

60

neodr eneodr e80-120 | eno | eno

K ocka B

30

60

30-40

60-65

40-65

Or ah C

15-20

30

15-20

30-40

Gr ah D

5-10

10-20

5-10

Si tan E

0

5-10

Gr i z F

0

P r ah G

0

140

Gor i va

Dr eni r awe, kao postupak za smawewe sadr ` aja vl age u ugq u, kor i sti se u bunker i ma za ugaq , na nepomi ~ni mre{ eti ma, u el evator i ma i na skl adi { tu. Kod svi h postupaka odstr awuje se dobar deo gr ube vl age. Vr emenski posmatr ano, u po~etku se odstr awuje najve}i deo vl age. Odstr awi vawe na dr ena` ni m povr { i nama tr aje utol i ko du` e ukol i ko je debq i na sl oja ve}a i mawa vel i ~i na komada. [ to se ti ~e odvajawa vl age u bunker i ma, pr vo se osl oba| aju vl age gor wi sl ojevi , a zati m dowi . Ve}a vi si na sl oja i mawi komadi ugq a zahtevaju du` e vr eme za odstr awi vawe vl age. Neophodno vreme za komade ve}e od 13 m m i znosi 6-8 ~asova, a za komade vel i ~i ne od 0,5 do 13 m m 16-24 ~asa /31/. Deo vode odstr awuje se i pri l i komtr ansport a ugq a u el evatori ma. Zavi sno od namene ugq a odstr awi vawe vl age se mo` e ostvar i t i i u su{ ni cama.

4.4 OBLASTI PRI MENE UGQ A Zavi sno od sastava i osobi na, ugaq se kor i sti bi l o u procesi ma sagor evawa, bi l o u procesi ma pr er ade u kval i t etni ja ~vr sta, te~na i l i gasovi ta gori va. P r i prer adi u dr uga gori va, razl i kuju se procesi kod koji h se samo neznatno i l i uop{ te ne mewa sastav po~etne mase - pr ocesi mehani ~ke, pr i marne prerade, kojompri l i komse mewa samo vi d i obl i k, i procesi u koji ma se su{ ti nski mewa sastav - pr ocesi hemi jske, sekundar ne prer ade, kod koji h se mewa i vi d i obl i k kao i hemi jski sastav, ugl avnomu ci q u dobi jawa kval i tetni ji h proi zvoda. P r i mar ni procesi prer ade su bri keti r awe i ml evewe ugq a, a sekundar ni , postupci koji ma se i z pri r odni h ~vr sti h gori va dobi jaju prer a| ena ~vr sta, te~na i gasovi ta gor i va. U okvi r u ovogpogl avq a ne}e bi t i r e~i o pr oi zvodwi te~ni h i gasovi ti h gori va i z ~vr sti h, ve} u odeq ci ma o te~ni mi gasovi ti mgori vi ma.

4.4.1 MLEVEWE UGQ A I SAGOREVAWE UGQ ENOG PRAHA K ako se u nas ugaq najve}i mdel omkor i sti za proi zvodwu el ektr i ~ne ener gi je sagor evawem u spra{ enomstawu, to }e se ovi m postupci ma posveti ti najve}a pa` wa. U tom smi sl u, postupke mehani ~ke pr erade ugq a, a nar o~i t o pr oces ml evewa ugq a mo` e se smatr ati pr i marni mpr ocesi ma wegove pr i mene. Na Sl i ci 4.35 pr i kazana je { ema tr ansporta ugq a u okvi r u savr emene ter moel ektr ane vel i ke snage u kojoj se kao gori vo kor i sti l i gni t . Ugaq se do ter moel ekt r ane dopr ema vagoni ma naro~i te konstr ukci je (u sl u~aju kada je termoel ek-

4 ^vrst a gor i va

141

tr ana u bl i zi ni r udni ka za dopr emu se kor i ste tr akasti tr ansport er i ). I z vagona se i stovar uje u pri jemni bunker odakl e se si stemomt r akasti h tr ansporter a dovodi u r aspodeq i va~e, koji ma se ugaq mo` e usmer i ti bi l o ka skl adi { tu, bi l o ka kotl ovski m bunker i ma. Na skl adi { te se ugaq dopr ema si stemom tr anspor t ni h tr aka, a sa wega, pomo}u r otor skog pr etovar i va~a, pr eko presi pnog ur e| aja, na kosi tr akasti tr anspor ter . Sa kosog tr anspor t er a ugaq dospeva na si stemnadbunker ski h tr aka, a zati mu kotl ar ni ~ke bunker e i z koji h se ml i nski mdodava~i ma dovodi do postr ojewa za pr i pr emu ugq enogpr aha.

4.4.1.1 Pri prema ugqenogpraha U postr ojewi ma za pr i pr emu ugq enog praha vr{ i se ml evewe ugq a i wegovo su{ ewe, u sl u~aju pove}anog sadr` aja vl age. Su{ ewe ugq a mo` e da se vr{ i vodenompar om, produkt i ma sagor evawa te~nog gori va, vazduhom zagr ejani m u par nom kotl u i l i produkti ma sagorevawa r eci r kul i sani mi z l o` i { ta. P r oces su{ ewa je otvoren ako se pr odukti su{ ewa i zbacuju u atmosf er u, a zatvor en ako se oni uduvavaju u l o` i { te par nog kotl a zajedno sa ugq eni mpr ahomi pr i marni mvazduhom. P r ema na~i nu tr anspor t a ugq enog pr aha i pr ocesu su{ ewa, postr ojewa za pri premu ugq enog praha se del e na centr al i zovana, me| ubunker ska i i ndi vi dual na. U centr al i zovanom postr ojewu se ugaq najpre su{ i u zajedni ~koj su{ ar i vodenompar omi l i pr odukt i ma sagor evawa te~nog gor i va po otvorenompr ocesu, pa se meqe u ml i novi ma. Dobi jeni ugq eni pr ah se sme{ta u bunker e, odakl e se posebni mur e| aji ma r azvodi u gori oni ke. K od me| ubunker skog si stema se ml evewe i su{ ewe obavqa u ml i novi ma sme{ teni m u neposr ednoj bl i zi ni kotl a. P r odukti su{ ewa se i zbacuju u atmosf er u, a ugq eni prah tr anspor tuje u bunker i zme| u ml i nova i kotl a, odakl e se prah tr anspor t uje u gori oni ke. Osnovna prednost centr al i zovanog i me| ubunker skog si stema je { to u l o` i { te dol azi su{ eni ugaq koji je boq eg kval i t eta od pol aznog, al i je probl em ekspl ozi je su{ enog ugq enog pr aha pr akti ~no ner e{i v, pa se ova dva si stema vi { e ne kor i ste. I ndi vi dual ni si stempr i preme ugq enog praha se od me| ubunker skog r azl i kuje samo po odsustvu bunker a za ugq eni prah i zatvorenompr ocesu su{ ewa. Nai me, ugaq se meq e i su{ i u ml i novi ma zagr ejani m vazduhom i l i r eci r kul i sani m pr odukt i ma sagor evawa, pa se me{ avi na ugq enog pr aha, produkata su{ ewa i pr i marnog vazduha (t akozvana aerosme{ a) kr oz gor i oni ke di r ektno uduvava u l o` i { t e.

142

S l i ka 4.35:

Gor i va

1-@ el ezni ~ka kompozi ci ja, 2-Bunker za ugaq , 3-S i st emt r anspor t ni h t r aka, 4-P r esi pni ur e| aj, 5-Tr anspor t na t r aka za ugaq na skl adi { t u, 6-P r st enast o skl adi { t e ugq a, 7-Rot or ski pr et ovar i va~, 8-Tr aka za t r anspor t ugqa sa skl adi { t a, 9-Raspodeq i va~i ugq a, 10-K osi t r akast i t r anspor t er , 11-Nadbunker ske t r anspor t ne t r ake, 12-Kot l ar ni ~ki bunker , 13-Ml i nski dodava~

143

4 ^vrst a gor i va

I ndi vi dual ni si stem pr i pr eme ugq enog pr aha i l i si stem sa di r ektni m uduvavawem, kako se jo{ nazi va, danas se i skq u~i vo kori sti za proi zvodwu ugq enog praha u ter moener getski mpostr ojewi ma. Za kval i tetni je ugq eve, koji i maju mawi sadr` aj vl age, ugaq se su{ i zagr ejani mvazduhom, dok se za su{ ewe l i gni ta i skqu~i vo kor i ste vr el i pr odukti sagorevawa r eci r kul i sani sa vr ha l o` i { ta, temper atur e oko 950°C. Osnovni el ement postr ojewa za pri pr emu ugq enog praha je ml i n. Konstr ukci ja ml i na zavi si od vr ste ugq a koji se u wemu meq e. P ostoji pri l i ~an br oj r azl i ~i ti h koncepci ja, al i se ml i novi naj~e{ }e del e na spor ohode, sr edwehode i brzohode. Spor ohodi i sr edwehodi ml i novi sl u` e za ml evewe kval i tetni ji h ugq eva, ugl avnom kameni h. Za mr ke ugq eve i l i gni te se kor i ste brzohodi ml i novi sa brojemobr t aja r otor a n =1 2,5÷25s - 1 . U ovu gr upu spadaju ml i novi ~eki }ar i i venti l ator ski ml i novi . Ml i novi ~eki }ar i i maju sl abo venti l aci ono dejstvo, pa se danas ugl avnom ne kor i ste za ml evewe ugq a. Za ml evewe mr ki h ugq eva i l i gni t a u ter moener getski m postr ojewi ma danas se skoro i skqu~i vo kor i ste venti l atorski ml i novi , koji su konstr ukci je sl i ~ne r adi jal ni mventi l atori ma, al i sa oja~ani ml opati cama i ku}i { tem/32/ (Sl i ka 4.36). Termoener getska postr ojewa su opr emq ena, zavi sno od snage, sa 2÷8 ml i nova sa svi mel ementi ma koja ul aze u sastav postr ojewa za pr i pr emu ugq enogpraha.

S l i ka 4.36

144

Gor i va

Na Sl i ci 4.37 pri kazano je postr ojewe za pri premu ugq enog praha l i gni ta po i ndi vi dual nomsi stemu za sagorevawe u ener getskompar nomkotl u vel i ke snage. Ugaq se i z kot l ar ni ~kog bunker a dovodi ml i nski mdodava~emi kr oz ver ti kal ni deo r eci r kul aci onog kanal a sl obodni mpadomdospeva u ml i n. Vr el i produkti sagor evawa, koji sl u` e za su{ ewe ugq a, oduzi maju se sa vrha l o` i { ta i kroz reci r kul aci oni kanal dovode tako| e u ml i n. Temper atur a r eci r kul i sani h gasova se pode{ ava zagr ejani mvazduhomu ci q u za{ ti te mater i jal a ml i na. Ugaq se su{ i i meq e, pa se me{ avi na ugq enog pr aha, ohl a| eni h produkata sagor evawa, vodene par e i pr i marnog vazduha (takozvana aer osme{ a) kr oz gor i oni k uduvava u l o` i { te. U ci q u ostvar i vawa sagorq i ve sme{ e ugq enog pr aha i vazduha, kr oz gori oni k se, nazavi sno od aer osme{ e, uduvava sekundarni vazduh. Za odr ` avawe potr ebne f i no}e ml evewa se na i zl azu i z ml i na postavq a separ ator, koji dejstvomi ner ci jal ne si l e i z str uje aer osme{ e i zdvaja nedoml evene ~esti ce koje se vr a}aju u ml i n na ponovno ml evewe.

4.4.1.2 Sagorevawe ugqenogpraha Da bi ugq eni prah u prostoru l o` i { ta mogao da sagori potr ebno je da se obr azuje odgovaraju}a sme{ a S l i ka 4.37: 1-M l i ns k i dodava~, 2- gor i va i vazduha unutar koncentr aReci r kul aci oni kanal , 3- ci oni h gr ani ca paq ewa sme{ e. P r vu K anal za zagr ejan pr i mar - f azu zato ~i ni obr azovawe pri mar ne ni vazduh, 4-Vent i l a- sme{ e ugq enog pr aha i vazduha koja t or sk i ml i n, 5-M l i nsk i se i z ml i na uvodi u l o` i { te. Obi ~no separ at or , 6-Dovod aer o- se tom pr i l i kom ~esti ce ugq enog sme{ e, 7-D ovod sek un- pr aha me{ aju sa jedni mdel omvazduha dar nog vazduha, 8-Gor i o- neophodnog za potpuno sagor evawe ni k za ugq eni pr ah, 9- pr i marni m vazduhom. Ovo omogu}ava L o` i { t e par nog k ot l a veoma pogodne usl ove za paq ewe sme{ e. Ost atak vazduha, pot r eban da se ostvar i potpuno sagor evawe (t akozvani sekundar ni vazduh), dovodi se tako, { to se ki seoni k i z vazduha uvodi u pr oces posl e paq ewa pr i mar ne sme{ e ugq e-

4 ^vrst a gor i va

145

nog pr aha i vazduha. Me{ awe sekundar nog vazduha sa pri marnomsme{ om, odnosno wegovo dovo| ewe u pl amen, i kao posl edi ca toga ostvar i vawe pogodni h usl ova za daq e sagor evawe, pr edstavq a dr ugu f azu obr azovawa gor i ve sme{ e, koja se ostvar uje u samoml o` i { tu. K ol i ~i na pri mar nog vazduha se bi r a u zavi snosti od vrste gori va, u prvomr edu od kol i ~i ne gori vi h i spar q i vi h mater i ja. Za gori va sa ve}i msadr ` ajemgori vi h i spar q i vi h mater i ja kol i ~i na pri mar nog vazduha bi }e ve}a, vode}i r a~una da nastal a sme{ a sagor evawem obezbedi dovoq nu kol i ~i nu topl ote za daq e stabi l no sagor evawe. Uvo| ewe sekundar nog vazduha mo` e dovesti i do nagl og pada temper atur e, ukol i ko wegova kol i ~i na ni je dovoq no dobr o pr ocewena, tako da u ekstr emnomsl u~aju mo` e do}i i do ga{ ewa pl amena, a naro~i to kod ugq eva sa mal i msadr ` ajemgori vi h i spar q i vi h mater i ja. Sekundar ni vazduh se zato mor a uvodi ti postepeno i oprezno. Za ostvar i vawe sagor q i ve sme{ e ugq enog pr aha i vazduha od vel i kog zna~aja su brzi ne kojom se u l o` i { te uduvavaju aer osme{ a i sekundar ni vazduh. Br zi na aer osme{ e pri nci pi jel no tr eba da bude jednaka brzi ni sagor evawa, a brzi na sekundar nog vazduha nekol i ko puta ve}a (odeq ak 4.4.1.2). Na nor mal no odvi jawe pr ocesa sagor evawa, por ed odnosa pri marnog i sekundar nog vazduha, od uti caja su: - i zbor konstr ukci je gor i oni ka i wi hov r aspor ed u l o` i { tu, - zagr evawe vazduha, ~i me se pove}ava temperatura i smawuje potr ebna kol i ~i na topl ote za zagr evawe gor i ve sme{ e do paq ewa, - f i no}a ml evewa ugq enog praha. Tokom procesa sagorevawa, ukq u~uju}i pri tome i f azu obrazovawa sme{ e ugq enog pr aha i vazduha, ~esti ce ugq enog pr aha tr pe ni z tr ansf or maci ja: zbog i ntezi vne r azmene topl ote po ul asku ~esti ca ugq enog praha u l o` i { te one se i zvanredno br zo zagr evaju, brzi nomr eda vel i ~i ne od nekol i ko hi q ada stepeni u sekundi . U takvi musl ovi ma dol azi do ter mi ~kog r azl agawa mase ~vrstog gor i va: i zdvajaju se gori ve i spar q i ve mater i je i nastaje koksni ostatak. Gori ve i spar q i ve mater i je se me{ aju sa ki seoni kom i z vazduha obr azuju}i homogenu sme{ u koja se, zavi sno od temper atur e samopaq ewa, pal i i sagor eva. Nastal a kol i ~i na topl ote kor i sti se i za zagr evawe koksnog ostataka koji se tako| e pal i i to i l i za vr eme sagorevawa gor i vi h i spar q i vi h mater i ja i l i po wi hovom sagor evawu. P r oces sagor evawa, uop{ teno posmatr ano, odvi ja se u nekol i ko f aza /33/: - I f azu ~i ni per i od zaka{ wewa paq ewa gori vi h i spar q i vi h mater i ja vr emenski per i od od uvo| ewa ~esti ca ugq enogpraha u l o` i { t e do pojave vi dnog paq ewa gori vi h i spar q i vi h mater i ja; u toku ove f aze i zdvajaju se najve}i mdel omgor i ve i spar q i ve mater i je, me{ aju sa vazduhomobrazuju}i sme{ u pogodnu za paq ewe.,

146

Gor i va

-

II f azu ~i ni per i od sagorevawa gori vi h i spar q i vi h mater i ja - vr emenski per i od od tr enutka paq ewa gori vi h i spar q i vi h mater i ja do kr aja sagor evawa gori vi h i spar q i vi h mater i ja., II I f azu ~i ni per i od zaka{ wewa paq ewa koksnogost atka, IV f azu, peri od sagor evawa koksnog ostatka - vr emenski per i od od po~etka pa do kr aja sagor evawa koksnog ost atka.

-

P r i l i komovakvog r azmatr awa toka sagor evawa ugq enog praha tr eba nagl asi ti da je navedena podel a usl ovna i da se ne mogu povu}i jasne gr ani ce i zme| u pojedi ni h f aza sagor evawa, bar ne kod svi h ugq eva /34/. P r oces sagor evawa se konti nual no odvi ja i ~esto se za vr eme sagor evawa gori vi h i spar q i vi h mater i ja javq a po~etak sagorevawa koksnog ost atka ( II I f aza uop{ te ne postoji ). K ako br zi nu sagor evawa u op{ temsl u~aju odr e| uje brzi na najspor i je f aze, to onda, pri sagor evawu ~vrsti h gor i va, br zi nu sagor evawa odr e| uje br zi na sagor evawa koksnog ostatka. Sagor evawe ~vrste supstance, pr edstavq a najsl o` eni ji vi d sagor evawa uop{ te - heter ogeno sagor evawe vezano za ni z f i zi ~kohemi jski h promena, ~i je razmatr awe prevazi l azi obi movog kur sa i detaq ni je se r azmatr a u okvi r u pr edmeta Sagor evawe. I ntenzi f i kaci ja procesa sagorevawa ugq enog praha ostvar uje se zavi sno od vrste ugq a, pove}awem f i no}e ml evewa. P ove}awe akti vne povr { i ne sa pove}awemf i no}e ml evewa omogu}ava br ` e osl oba| awe topl ote sagor evawemi skr a}uje potr ebno vr eme za sagor evawe. Gori va sa ve}i m sadr ` ajem gor i vi h i spar q i vi h materi ja, zbog povoqnog del ovawa gori vi h i spar q i vi h mater i ja, kao i zbog pol i edar ske str ukture ~esti ca, mogu se gr ubq e ml eti , jer poseduju ve}u br zi nu sagor evawa, za razl i ku od gori va sa mawi m sadr ` ajem gori vi h i spar q i vi h mater i ja koji se mor aju f i ni je ml et i . Ut i caj f i no}e ml evewa je vi { e i zr a` en kod star i ji h ugq eva sa mawi msadr ` ajemgori vi h i spar q i vi h mater i ja. P r ema /3/ na osnovu i spi ti vawa antr aci tnog praha tr i r azl i ~i t e f i no}e ml evewa, pove}awemf i no}e ml evewa se znatno ubrzava paq ewe, a rastu i br zi na sagor evawa i temper atur a sagor evawa. Ut i caj sadr ` aja gori vi h i spar q i vi h mater i ja na brzi nu sagorevawa prema /35/ dat je na Sl i ci 4.38.

4 ^vrst a gor i va

S l i ka 4.38: 4.38:

147

Ut i caj sadr sadr ` aja gor i vi h i spar spar q i vi h mat er i ja na br zi nu sagor sagor evavawa zavi zavi sno od koef koef i ci jent jent a vi { ka va vazdu zduha, odno odnosno sno od maseno senogg odnosa odnosa vazdu vazduha ha i gor i va /35/

N a osnovu osnovu sveg svega do sa sada i zl o` enog enog,, kar kar akt er i sti st i ke ugq enog pr aha kao gor i va mogu ogu se se sve svest stii na osno osnovne vne t r i : 1. Veoma vel i ka pov povrr { i na, na, posti posti gnut nut a ml evewe vewem m: ako ako se pr et post post avi da sve sve ~esti ce i maju pr avi l an sf er ni obl obl i k i i st i pr e~ni k, ond onda }e povr ovr { i na 1 kg ugq a zavi zavi sno sno od od vel vel i ~i ne ~esti ce bi t i jedna jednaka ka P r e~ni k ~est i ce (m m ) 100 10 1 0,1 0,01 P ovr ovr { i na ~esti ca ( m 2 / k g) 0,03 0,3 3 30 300 U stvar stvar nosti nosti , usl usl ed ne nepra pr avi l nog nog obl obl i ka ~esti ca ug ugq enog nog pra pr aha spe speci f i ~na povr povr { i na bi }e jo{ ve}a. }a. Tako na na pr i mer , ~esti ce ugq enog pr aha kamenog enog ugq a, sr edweg edweg pr e~ni ka oko 15-20 mi kr ometar et ara a i maju speci speci f i ~nu 2 povr povr{ { i nu oko 40 400 m / k g. Vi { est r uko pov pove}awe spe speci f i ~ne pov povr { i ne pri pr i ml evewu st st var a usl usl ove ove za za jako jako ubr ubr zav zavawe he het erog er oge eni h re r eakci ja sagor evawa., evawa.,

148

Gor i va

2. Vi soka soka spos sposobn obnos ostt l ebde bdewa ~esti ca: za sf er nu ~esti cu pr e~ni ka oko 20 mi kr ometar a koja koja se se na nal azi u st st r uji di mni h gasova sova, brzi br zi na sl obod obodnogpad pada u odnosu odnosu na brzi br zi nu di di mni h gasova asova i znosi sveg svega 0,0 0,005 055 5 m / s (tem (t emper per atur a di mni h gasova 1500o C). Za ~esti ce ug ugq enog pr aha ne nepr avi l nog obl i ka br zi na sl sl obodnog obodnog pada pada je oko dva dva put put a mawa. awa. (Date (Dat e vr vr ednost ednostii se odnose odnose na ~est est i cu u str st r uji di mni h gasova sova koja ne r eag eaguje sa sa okol nomsr edi edi nom). Za ~esti cu ug ugq enog enog pr aha aha koja sag sagor eva eva u str st r uji gasova asova javqa javq a se se jo{ jedan jedan f akt or , koji koji smawuje wuje br zi nu sl obod obodnog pad pada. To je r eakt i vno vno de del ova ovawe pr odu odukata sag sagor evaw evawa a od povr povr { i ne ~esti st i ce. Sa S a ~eone eone st st r ane, ane, koja "dobi "dobi ja" ve}u ve}u kol i ~i nu ki seoni seoni ka sa sagor evawe se odv odvi ja br br ` e pa pa je ve ve}a i r eakti kt i vna si l a. I zvr zvr { ena i spi spi t i vawa ukazu kazuju da je brzi br zi na sl obod obodno nog g pad pada ~ak tr t r i puta mawa u odnosu odnosu na i stu st u kod ~esti ce koja ne r eag eaguje., 3. Tr e}a pre pr ednost nost ug ugq a u spr spr a{ enoms nomstt awu sastoji sastoji se u vi sokomi sokomi ntenzi ntenzi t et u r azm azmene t opl ot e i zme| u ~est est i ca i okol ne gasne sr edi edi ne. ne. Zah Zahvaq vaq uju}i ju}i t ome t emper per atur atura a ~esti ce ug ugq enog enog pr aha aha se mal o r azl azl i kuje od od wene t emperat per atu ur e sve do pojav poj ave e paq paq ewa. ewa. K or i { }ewe ugq a u spr spr a{ enom nom stawu i ma svoji svoji h pre pr ednosti nosti , al i i mana. na. P r ednosti nosti kori kor i { }ewa }ewa ugq enog nog pra pr aha kao kao gor i va su { t o se se mogu kori kor i sti t i ugq evi sa ve ve}i msa msadr ` ajemb jemba al ast a (' ni skoka kokall ori or i ~ni " ugq evi ), { t o se i do 20 20% ostva ost varr uje potpu pot puni ni ji pr oces sag sagor eva evawa u odnos odnosu u na kl asi asi ~an na~ na~i n sag sagor eva evawa na r e{ eci , i { t o se se pr oi zvodi odi ve}a kol kol i ~i na topl topl ote po jed jedi ni ci zapr emi ne pr ostor ost or a za sag sagor evawe evawe.. I stov st ovrr emeno, eno, pr oces sag sagor evawa evawa odvi odvi ja se sa sa mawi m koe koef i ci jen jent omvi omvi { ka vazduha, os ost var uju se vi { e t emper per at ur e u l o` i { t u, l ak{ e je ops opsl u` i vawe i pos post oji mogu}nos nost aut aut omat i zaci je r ada pos post r ojewa ojewa,, a pri prema kot kot l a za r ad je br` a. N edostat edostat ke ~i ne: ne: - post postoja ojawe we ve}eg }eg br oja (2-8 (2-8)) post post r ojewa ojewa za pr i pr emu ugq enog pr aha { t o pove pove}a }ava va cenu cenu cel okupn okupnog og post postrr ojewa ojewa,, pa i jedi jedi ni ce pr pr oi zve zvedene kol i ~i ne t opl opl ote, - pot pot r eba za ve}i mpr mpr ost ost orom or omza za sag sagor evawe, we, - mogu}nos }nostt paq paq ewa i ekspl kspl ozi ozi vnog vnog sag sagor evawa vawa ugq enog pr aha bi l o u ml i nu, nu, bi l o u bunke bunkerr i ma za za sm sme{ t aj, kao kao i - pove ove}ana konce koncentr ntr aci ja l et e}eg pepel pel a tj. ~est i ca pe pepel pel a no{ no{ eni h di mni mgas mgasovi ovi ma.

4 ^vrst a gor i va

149

4.4.2 BRI BRI KETI RAWE Br i ket ket i r awe pr edsta st avqa vq a pr oces u kome se od si t ni ji h komadi }a ugq a, ug ugl avnom vnom pra{ i ne, ne, sl epqi vawemp wempod od pri t i skomd komdob obii jaju jaju kom komadi pravi pravi l nog nog geomet r i jskog jskog obl i ka - bri br i ket ket i , mase od 1 do 8 k g. Br i ket ket i r awe se i zvod zvodii u pre pr esam sama. P r esova sovawu wu pr et hodi odi su{ su{ ewe ug ugq ene pr a{ i ne na vl a` nost nost 12-16 -16% za mr ke, ke, odnosno 2-4% za kamene ugq eve. eve. L i gni t i se br i ket ket i r aju, ju, po po pr pr avi l u, be bez doda odat aka vezi va pod pod pri pr i t i skomo skomod d 98-12 -120 za r azl i ku od kam kameni h ugq eva, koji se bri br i ket ket i r aju sa vezi vomna ni ` i m MP a za pr i t i sci ma od (10 (10 do 40 40 MP a ) /9/. U pr i nci pu, pu, ka kao ve vezi va mogu se kori kor i sti t i i or ganske nske i neor neor ganske nske mat er i je, pr i ~emu pri pr i kor i { }ewe }ewe or ganske nske i ma pre pr ednost, nost, jer jer pov pove}av }ava t opl opl otnu mo} i pobo poboq q { ava kar kar akte kt er i sti ke gor i vost ost i . Od or ganski nski h ve vezi va kor kor i ste se t er ugq eva dob dobii jeni jeni h su suvomd om desti l aci jom, ost ost aci pre pr er ade naf naf t e i dr ., a od neor neor ganski nski h - gl gl i na, na, gi ps i spe speci jal jal ne vr ste cem cementa. P r i mena vezi va ol ak{ ava i zvo| ewe bri ket ket i r awa smawu wuju ju} }i r adni pri t i sak. sak. P ostu ost upkombr i keti ket i r awa omogu ogu}ava }ava se pr i mena ena ugq ene pr a{ i ne, ne, koja se i na~ na~e ne bi mogl a kor kor i sti ti , r avnomer ni ja je ' vatr a" u l o` i { tu, tu, jer jer su br i keti keti i ste vel i ~i ne, ne, l ak{ i je t r anspo nsporr t i r ukova kovawe, we, pob poboq oq { ana je t opl opl otna ot na mo}, o}, kao kao i kar kar akter kter i st i ke gori vost ost i . Dob Dobi jen jeni bri ket ket i su post ost oja ojani na skl adi { t u, jer jer mawe mewaju ewaju svoje svoje osobi ne i ot por ni ji su pr ema sam samopaqewu opaq ewu..

4.5 P ROI ZVEDENA EDENA ^V ^VRSTA GOR ORII VA S ekund kunda ar ni pr ocesi ocesi pre pr er ade koji pred pr edstavq stavq aju term ter mohe ohemi jske pr ocese ocese pr er ade ~vr sti h gori or i va om omogu}av }avaju dob dobii jawe jawe kva kval i t et ni ji h pr pr oi zvod zvoda a, boq boq i h oso osobi bi na u odnos odnosu u na po~etnu mater i ju i z koje su nast nasta al i . Osnovni Osnovni seku sekund nda ar ni pr ocesi ocesi pr er ade ugq a su proces pr ocesii dubokog bokog su{ su{ ewa i pr ocesi ocesi r azl azl agawa ugq eva bez bez pri pr i sust sustva va vazd vazdu uha - pr pr ocesi suve suve dest est i l aci je ug ugq eva. eva.

4.5.1 POST POSTUPC I SUV SUVE DES DEST TI LAC I J E P ost ost upci suve desti l aci je zasn zasnii vaju se na t opl opl otno ot nojj nepos nepostt ojano ojanosti sti ~vr sti h gor i va. va. P r i l i kom zag zagr evawa vawa ~vrste vr ste mat er i je ugq eva u usl ovi ovi ma ned nedovoq ovoq ne kol i ~i ne i l i bez bez va vazdu zduha dol azi do wenog wenog r aspa spadawa na ni z ~vrsti vr sti h, te~ni h i gasov sovi t i h pr oi zvod zvoda a. Najdr Najdr agoceni oceni ji od wi h je sva svakako kako koks, koks, ~vrst vr sto o gor gor i vo, vo, koje koje se kor kor i sti u metal ur gi ji .

150

Gor i va

S uva desti l aci ja se mo` e pod podel i t i pre pr ema ~vr stom gori or i vu sa koji m se proce pr oces s i zvod zvodii , kao kao i pr ema usl usl ovi ovi ma ost ost var ewa pr ocesa ocesa (t emper per at ur a, i dr .). Ka K ao pol pol azna zna si si r ovi ovi na za suv suvu de desti l aci ju kor kor i ste se se dr vo i sve sve vr vr ste ug ugq eva, pa pa se se anal anal ogno ogno tom t ome r azl azl i kuju suva suva dest est i l aci ja dr dr vet vet a, mr kog ugq a i kamenog ugq a. P r ema maksi mal noj te t emper per at ur i koja se se pos postt i ` e u t oku pr ocesa ocesa,, a od od koje za zavi se vr sta i kva kval i t et dobi obi jen jeni h pr oi zvoda oda, su suva desti l aci ja mo` e bi t i : - pr i mar na i l i ni skot kot emper aturska turska suva dest i l aci ja, ja, ako ako se se pr oces ces i zvodi o na t emper atur at uram ama od 450 450 do 550 550 C , - suva suva desti l aci ja, na sre sr edwi mte mt emper per at ur ama - od od 600-80 -800o C , i - vi sokotem sokotemper per at ur ska ska suv suva desti l aci ja, ja, koja koja se se i zvod zvodii na t emper per at ur ama od o o 900 do 1000 C, a r e| e od 1300-1350 C . P r i mar na suv suva desti l aci ja se se, pr pr ema osnov osnovnom nom pr oi zvod zvodu u, pol pol ukoksu koksu, na nazi va ' { vel vel ovawe" ovawe" (pol ukoksova koksovawe), a vi sokotem sokot emper per atur ska, ska, pr ema koksu, koksu, koji se jav javq a kao kao wen wen proi zvod - koks koksov ova awe. we. P r i zag zagr evawu vawu ~vrst vr stog og gor i va bez pr i sust sustva va vazd vazdu uha dol azi azi do r azl azl agawa ugq ene mase pr i ~emu pr vo dol dol azi azi do su su{ ewa, ewa, usl usl ed i spar spar ava avawa vl age i z gor i va na t emper atur at ur ama od 100-120 -120°C , a daq e se, do 280 280°C , i zdvaja ki seoni oni k u obl obl i ku CO2 i vel i ki deo sum sumpor a u vi du sum sumpor vodoni ka (H 2 S ) i SO 2 . U t emper CO , ve per atur skom i nte nt er val val u 310-35 -350°C poja pojav vq uju se u nastal nastal i m gasovi sovi t i m pr odu odukt i ma ugq ovod ovodooni ci , koji koji se najve najve}i }i mdel mdel omi zdva zdvajaju jaju do 450°C . Daq Daq i mr azl agawemjav wemjavq q a se se sve sve ve}a ve}a kol i ~i na vodoni odoni ka u gasovi sovi t i m pr odu odukt i ma da bi posl posl e 800°C on osta ost ao jed jedi ni produ produkt koji se i zdvaja. ja. Do 1000°C ug ugl avnomsu avnomsu se i z mase ase pr vobi t nog ugq a i zdv zdvoji l e sv sve gor i ve i spa spar q i ve mat er i je, t ako da da se kao kao kona kona~an ost ost at ak pr ocesa ocesa jav javq a pol ukoks koks i l i koks koks,, za zavi sno od vr st e ugq a. ^vr ^vr sti ost ost at ak pos posll e i zdvajawa jawa ugq enmonoksi onoksi da i ugq endi ndi oksi da, da, metana, etana, vod vodoni oni ka i dru dr ugi h ugq ovod ovodoni oni ka, sadr ` i mawe i ki seoni ka i vodon odonii ka, ka, al al i i vi { e ugq eni ka nego pr pr vobi obi t no gor i vo. Ovako dobi dobi jeno gor i vo ~est est o ' bespl bespl ameno" sagor eva, eva, pose posed duje vi vi soku t opl ot nu mo} i ostva ost varr uje u pr ocesu vi soku t emper per atur u sag sagor evawa evawa.. U op{ op{ t emsl msl u~aju, ju, pr pr i suvoj de dest i l aci ji dobi obi jaju jaju se: se: - gasovi ti pr odukti (de (desti l aci oni gasovi ), - te~ te~ni pr odukti (ter (ter i ter ter na voda) i - ~vr sti pr odukti (ko (koks i l i pol ukoks). N a pr pr oces oces pr pr er ade ugq a na ova ovaj na~ na~i n ut ut i ~e ni ni z f akt or a: vr vr sta gor gor i va, va, te t emper per at ur a proce pr oces sa, br br zi na zag zagr evawa ~esti ca gor i va, ve vel i ~i na ~esti ca i pri pr i t i sak. sak. Od pri pr i r ode ode gor i va, va, odnos odnosno no od od weg wegove ove star ost ost i zavi zavi si po~et ak r azl agawa gor i va: { t o je ugaq ml a| i t emper per at ur a na kojoj kojoj dol dol azi do i zdv zdvajawa jawa gori or i vi h i spa spar q i vi h mat er i ja je ni ` a, a do sa samogr azl agawa l ak{ e dol azi . S a pov povi { ewem wem t emperat per atur ure e zag zagr evawa evawa gor i va pove}av pove}ava a se st st epen epen wegovog r azl agawa. S mawewe awewe kol i ~i ne t er a pr pr i pove pove}awu }awu temper per at ur e od t emper per at ur a uobi ~ajeni jeni h za pr i marnu ar nu suv suvu desti l aci ju do te t emper per at ur a potr ebni bni h za vi sokot sokote emper per at ur sku

4 ^vrst a gor i va

151

suvu suvu desti l aci ju obja{ obja{ wav wava se r aspa spadawemt wemt er ni h par par a na povi povi { eni mt emper per at ur ama na jednost jednostav avni ni ja ugq ovodoni ovodoni ~na jedi jedi wewa /36 /36/. Br zi na zag zagr evawa pre pr edstavq stavq a jed jedan od najva najva`` ni ji h f aktor kt or a, koji ut i ~e na na kol i ~i nu i osob osobii ne dobi obi jeni jeni h pr pr odu odukat kat a suv suve de desti l aci je. je. P r ema pod poda aci ma /3 /36/ mo` e se se za zakq u~i t i da se se spor spor i ji mzag mzagr evawem~ wem~esti ca do do odr odr e| ene t emper per at ur e r azl agawe br` br ` e i pot pot puni puni je vr vr { i , neg nego pri pr i brzo br zomz mza agr evawu wu.. Vr eme pot potrr ebno bno za za pol ukoksova koksovawe odnos odnosno no koksovawe koksovawe odr odr e| eno je, u osnovi osnovi , vr emenompo enompott r ebni ebni mda mda se ugaq zag zagr eje do do odr odr e| ene t emper per at ur e. P r i kori kor i { }ewu }ewu ugq a si si t ni jeg jeg sort sor t i mana ana vr vr eme pot pot r ebno ebno za i zvr zvr { ewe ewe ovog ovog pr ocesa je 10 10-20 -20 pu put a kr a}e a}e u por por e| ewu sa vr emenom nom pot pot r ebni bni m za kr upni pni je kom komade ug ugq a. Ut U t i caj pri pr i t i ska ska je zane zanem mar q i v na na kol i ~i nu i osob osobii ne dobi obi jeno jenog g koksa koksa: on on su su{ t i nski nski del uje na sastav gori vi h i spar q i vi h mat er i ja. ja.

4.5.1.1 P r i mar na suva desti l aci ja mr kog kogi kamenogugq a (' { vel ovawe" ) P r i mar nom nom suvo suvom m desti l aci jom kam kamenog i mr kog ugq a, koja se odvi odvi ja na na 550580°C , dobi ja se 50 50-60 m 3 de desti st i l aci oni h gasova asova,, 80 80-20 -200 k g ter t era a i 700-750 k g pol ukoksa po po t oni pol aznog aznog gor i va (r a~unat nat o na su suvu masu). su). U sast sastav avu u i ste st e gor i ve mase ase pol pol ukoksa nal nal azi se 90-92 -92% ugq eni ka, 2-3 2-3% % vodoni ka, 3-4 3-4% % ki seoni seoni ka, obi obi ~no 1,5 1,5% % sum sumpor a i oko 2% 2% azot azota. a. T opl otna ot na mo} se se kre} kr e}e e u gr ani cama od 23,9 23,9 do 27,2 MJ / k g /22/. S adr ` aj pepe pepell a pol pol ukoksa koksa je, je, pr pr i r odno odno,, ve ve}i od sad sadr ` aja i stog u pol pol aznoj znoj mat er i ji . Sa S adr ` aj vl age kod pol ukoksa mr kog ugq a je 12 12-20 -20% , a kod pol pol ukoksa kamenog ugq a 4-10% . ^vr ^vr sto}a st o}a pol ukoksa zavi zavi si od sast sastav ava a pr er a| enog ugq a. K omadni adni pol ukoks sag sagor eva eva bez bez di di ma, l ako se pal pal i , vi vi soko je por ozan, ozan, a kal or i metar et arska ska tem t emperat per atur ura a sag sagor evawa evawa mu je 21 2100°C .

4.5.1.2 Vi sokot okotemper atur ska ska desti l aci ja kam kamenog nogugq a N ajva` jva` ni ju vrstu vr stu pr pr er a| enog ~vrstog vr stog gor i va dobi jenog jenog seku sekund nda ar ni m pr ocesi ocesi ma pr er ade pre pr edstavq stavq a koks, koks, koji se dobi obi ja vi vi sokotem sokotemper per at ur skom skom desti l aci jom kamenog ug ugq a na t emper atur at ur ama oko oko 1000°C . Za pr oi zvodwu koksa koksa mogu ogu se se kori kor i sti t i t akozv kozvani koksu koksuju}i ju}i ugq evi : gasni sni , koksni koksni dugopl opl ameni i koksni koksni kr at kopl kopl ameni , od od koji h su najbo najboq q i ovi ovi zad zadwi . I ndu ndustr i jska proi pr oi zvod zvodwa wa koksa koksa vr { i se u komor ni m pe}i pe}i ma, sastav sastavq q eni m od vi { e kom komor a koje koje obr obr azuju zuju bat bat er i je du du` i ne 14-15 -15 m , vi vi si ne 4-4,5 -4,5 m i { i r i ne ne 0,4-0,45 m zagr evani evani h u t r ajawu od 15 do 18 h (S l i ka 4.3 4.39 9). Zag Zagr evawe evawe mase ase ug ugq a u ovi ovi mpe mpe}i ma vr { i se sl ojev ojevi t o od od gr ejni h povr{ povr{ i na pe}i pe}i ka centr centr u uz postep postepe enu t r ansf nsf orm or maci ju puwe puwewa wa ugq a u pol pol ukoks koks i koks. koks. Gori or i ve i spa spar q i ve mat er i je koje

152

Gor i va

nas nast aju u prvoj prvoj f azi procesa procesa koks koksov ova awa - de desti l aci oni oni gasov sovi i t er , pr pr ol aze kr oz zonu zonu vi soki h t emper per atur a i podvr podvrg gavaju vaju se daqoj aq oj pr erad er adi daju}i aju}i kona~ kona~ne pr odu odukt e: ter t er,, benze benzen, n, koksni gas i dr . Sa S a ovi ovi m gasovi asovi ma ud udaq avaju avaju se vodoni vodoni k, azot zot , su sumpor por , ki seon seonii k i i spa spar q i vi ugq eni k. Koksni Koksni ost ost at ak se se obog oboga}uje }uje sad sadr ` ajemu ajemug gq eni ka. Gotov ot ov koks se i zbacuje zbacuje i z pe} pe}ii i gasi asi vod vodom, mada ada se kor i sti st i i suvi suvi na~ na~i n ' ga{ ewa" wa" i ner ner t ni m gasovi sovi ma. P osl e ga{ ewa, wa, koks koks se se pr osejav osejava ai r azdvaja po vel vel i ~i ni . U pr ocesu ocesu koksovawa, kok sovawa, po toni t oni ugq a, ra~ r a~unat unat o na suv suvu u masu, dobi ja se 700-800 -800 k g 3 koksa, 300-330 m vi vi sokot sokote emper per at ur ski h desti l aci oni h gasova sova (koksni (koksni h gasova sova), ), 20-50 k g ter t era, a, oko 8-10 8-10 k g si r ovog ovog benze benzena na i 2-3 k g amoni jaka /22/. /22/. Dobi jeni koks i ma sl ede}i e}i pr ose~ ose~ni sast sasta av: ugq eni ka 90-95 -95% , do do 1% 1% vodoni vodoni ka, 1,5-2 ,5-2% % ki seoni seoni ka i azot zot a, 2-4 2-4% % vl age i do 11 11% mi ner ner al ni h pr i mesa esa.

S l i ka 4.39: 4.39:

P opr opr e~ni ~ni pr esek sek i det det aq kok sne bat er i je sa k omor ni mpe} pe} i ma t i pa C o p p é (K ope ope): 1,7-kan 1,7-kana al i za vazd vazdu uh i gas, gas, 2-r 2-r egene generr at or ski zagr zagr eja~, ja~, 3-ver 3-ver t i k al ni kanal kanal i za gr ejawe komor a, 4-koksne komor komor e, 5-vodo 5-vodovi vi za koksni kok sni gas, gas, 6,8-vo 6,8-vodo dovi vi za si r oma{ ni - ge gener ner at or ski sk i gas gas

P r i l i komp komprr oi zvodwe odwe l i venog nog gvo` | a i z ` el ezne r ude u vi soki oki mpe mpe}i ma koks koks se kori kor i sti i kao kao gor i vo i kao kao re r edukci ono ono sr sr edstvo. stvo. Ugq Ugq enmonoks onoksii d, koji se obr obr azuje zuje r eakci jomugq eni ka i ugq endi ndi oksi oksi da, r edukuje kuje u vi vi sokoj sokoj pe}i pe}i gvo` | ev oksi oksi d, a ner ner eagova ovani deo ost ost aje i nal nal azi se u koksno koksnom m gasu vi soki h pe}i pe}i . U t om

4 ^vrst a gor i va

153

ci q u po` eq na je { to ve}a akti vna povr { i na r eagovawa ugq eni ka i z koksa i CO 2 , pa se pri mewuje koks por oznosti ve}e od 50%. Ocena mogu}nosti pri mene koksa vr { i se pomo}u kri t er i juma gori vosti i kr i ter i juma r eakci one sposobnost i . P od kr i ter i jumomgori vosti podr azumeva se brzi na obr azovawa ugq endi oksi da r eakci jomugq eni ka i z koksa sa ki seoni kom. Nasupr ot ovom kri t er i jumu, kr i ter i jum r eakci one sposobnost i se def i ni { e brzi nomobrazovawa ugq enmonoksi da r eakci jomugq eni ka i z koksa i ugq endi oksi da. Ova dva kr i teri juma su me| usobno supr otna, { to zna~i , da }e koks koji poseduje vi soku vr ednost kr i ter i juma gori vosti , i mati mal u vr ednost kr i ter i juma r eakci one sposobnosti i obr nuto. L i va~ki koks zbog toga mor a posedovati ni sku vrednost kr i ter i juma r eakci one sposobnost i , jer se od wega zahteva da obezbedi { to ve}u kol i ~i nu topl ote i { to vi { u temper atur u sagor evawa, odnosno, { to ve}u vr ednost kr i ter i juma gor i vost i . Koks za vi soke pe}i , nasuprot l i va~komkoksu, tr eba da poseduje { to ve}u vr ednost kr i ter i juma r eakci one sposobnosti . P or ed navedeni h osobi na od l i va~kog koksa se zahteva da ne sadr ` i ni sumpor, ni f osf or , a kod koksa za vi soke pe}i dozvoq ava se sadr ` aj sumpora do 3,5%, a f osf ora - do 0,03%.

4.5.2 POSTUPAK DUBOKOGSU[ EWA P ostupkom takozvanog dubokog su{ ewa odstr awuje se najve}i deo vl age i z gor i va, a tokomprocesa mewa se i str ukt ur a ugq a, tako da se od l i gni ta, na pri mer , dobi ja kval i t etno gori vo, sl i ~no mr komugq u. Duboko su{ ewe se mo` e vr { i ti posr edno i neposr edno. J edan od najpoznati ji h postupaka je F l e i s s n e r -ov (F l ajsner ov) postupak. P o ovompostupku ugaq koji se su{ i , nal azi se u autokl avi ma zapr emi ne 20-40 m 3 u koji ma se tr eti r a vr el om vodom i vodenom par om. Radni pri ti sak u autokl avu i znosi 2,0 do 30,0 MP a . Vakumi r awem se i z autokl ava odstr awuju svi f l ui di , tako da ostaje su{ eni ugaq. Ovaj postupak je nar o~i t o pogodan za su{ ewe l i gni t a, kod koji h je sadr ` aj vl age od 40-60%, pa se i kod nas kor i sti (K osovo, K ol ubar a).

154

Gor i va

4.6 PONA[ AWE UGQ EVA NA SKLADI [ TU Tokoml e` awa na skl adi { tu ugaq t r pi ni z promena: - na ni ` i m temper atur ama dol azi do wegovog usi twavawa: usl ed pojave l eda, wegovog { i r ewa, pa, kao posl edi ca toga, prskawa i si t wewa, - na povi { eni mt emper atur ama dol azi do i spar avawa vl age i del a gori vi h i spar q i vi h mater i ja, kao i do oksi daci je. Zbog svi h ovi h pojava kval i t et ugq a opada, a u ekstr emni msl u~ajevi ma dol azi i do samopaq ewa ugq a. Razl i ~i t i vi dovi ~vr stog gori va u ve}emi l i mawemstepenu r eaguju sa ki seoni kom i z vazduha zavi sno od svog sastava i str ukt ur e. K ada se ugq evi nal aze na skl adi { tu na r el ati vno ni ski m teper atur ama (20-25°C ) tokom odr e| enog vremenskog per i oda ne uo~ava se bi tni ja pr omena, koja bi nastupi l a kao r ezul tat procesa oksi daci je. U t oku ovog per i oda odvi jaju se spor i oksi daci oni procesi i nastal a kol i ~i na topl ote se odvodi okol i nom, tako da temper atur a ugq a ostaje prakti ~no konstantna. Usl ovi nepravi l nog skl adi { tewa omogu}avaju da u odr e| enomtr enutku do| e do povi { ewa temper atur e, jer se odvo| ewe topl ote spr e~ava i l i umawuje. K ao r ezul tat ovakvi h pojava temper atur a r aste sve vi { e, sve dok ne do| e do samopaq ewa. Ukol i ko se u ovomper i odu zagr evawa omogu}i odvo| ewe topl ote, ugaq }e se ohl adi ti , a proces preki nuti (Sl i ka 4.40). U tomsl u~aju dol azi samo do gubi tka gor i vi h i spar q i vi h mater i ja - ugaq ' vetr i ".

S l i ka 4.40: [ ema mogu} i h pr ocesa pr i l e` awu ugq a na skl adi { t u /24/

155

4 ^vrst a gor i va

Du` i na tr ajawa, kao i sama pojava zavi se u osnovi od vrste ugq a, wegovog sastava i osobi na, al i i od okol ni h usl ova: temper atur e okol i ne, vl a` nosti vazduha, odvo| ewa topl ote i dr . P r ema ovakvi m promenama najot por ni ji i najstabi l ni ji su najstar i ji ugq evi , antr aci t i kameni , da bi stabi l nost opadal a preko mr ki h do l i gni t a, koji su nepostojani ji . Ocena skl onost i pr ema samopaq ewu ugq eva vr{ i se na vi { e na~i na: jedan od naj~e{ }i h je pr eko temper atur e samopaq ewa. I pored t oga { to usl ovi wenog odr e| i vawa (zagr evawe u atmosf er i ~i stog ki seoni ka) ne odgovar aju r eal ni m usl ovi ma, t emper atur a samopaq ewa se kor i sti kao upor edni par ametar . P r ema S c h u s t e r u ([ uster u) t emper atur e samopaqewa l e` e ugr ani cama: za mr ke ugq eve 150-160°C , za gasne ugq eve 170-190°C , za antr aci t vi { e od 220°C . Rezul tati i spi ti vawa i zvr { eni h u L aboratori ji za gori va i sagorevawe Ma{ i nskog f akul teta zavi sno od vl age i dr ugi h uti cajni h par ametar a pri kazani su na Sl i kama 4.41 i 4.42 /37/.

S l i ka 4.41

S l i ka 4.42

156

Gor i va

Li teratura 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7.

8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

16. 17. 18.

B. Repi }: ' K i neti ka obr azovawa nasl aga pepel a na konvekti vno-ozr a~eni m gr ejni m povr { i nama kotl ovski h l o` i { ta koja kor i ste spr a{ eni l i gni t ", Magi starski r ad, Beogr ad, 1979. D. Dr a{ kovi }, M. Radovanovi }, M. Axi }: ' Sagor evawe", Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1986. S .N . M i r nov: ' O r gani zaci  i r egul i r ovani e re` i mov kamer nogo s` i gani  ugol  no pi l i ", Ener gi  , Moskva, 1972. M. Radovanovi }: " C o m b u s t i o n in Fluidized Bed" in "Fluidized Bed Combustion", Hemispher Publishing C o r p o r a t i o n , Wa s h i n g t o n , N e w Y o r k , L o n d o n , E d i t e d b y M. Radovanovi }, 1986. M. Radovanovi }, D. Si mi }: ' Mogu}nost i pr ora~una topl otne mo}i vol ati l a pr ema podaci ma dobi jeni m tehni ~kom anal i zom", P r ocesna Tehni ka, Br oj 2, Godi na 7, Beogr ad, 1991. S .J . H a r i s o n : " I n o v a t i o n f o r t h e C l e a n u s e o f C o a l ", Ener gy Wor ld, No. 170, 1989. M.C. Christopherson: "Oil to Coal Conversion in a Danish Power Station", Coal Technology Europe, A mst er dam, 1982. D.G. Daniel: "Renewable Energy Systems in Per spective", En ergy Wor ld, No . 168, 1989. V.T. Kumskov, D.I . P okal uk: ' Topl i vi i masl a el ektr i ~eski h stanci  ", Ener gi  , Moskva, 1969. D.G. Daniel: "Renewable Energy Systems in Per spective", En ergy Wor ld, No . 168, 1989. ***: ' Tehni ~ka i el ementar na anal i za bi omase", I nsti tut za nukl ear ne nauke Vi n~a - L aborator i ja za ter motehni ku i ener geti ku, Beogr ad, 1981. Q . ôjba{ i } i dr .: ' I zve{ taj o i spi ti vawu pr esovane pi q evi ne od bukovi ne", MI N I nsti tut, Ni { , 1987. ***:' Osnovna i nf or maci ja o br i keti r awu", UTVA I n` ewer i ng, Beogr ad, 1992. M. [ uput: Li ~ni dopr i nos, P oq opr i vr edni f akul tet, Beogr ad, 1994. M. Gul i ~, P . P erunovi }: " L e s p r o c è s e s d e l a c o m b u s t i o n des matières végétales en couche verticale limitié", Revue Générale de Thermique. Tome 19, No . 27, 1980. M. Sol uji }: I nter ni i zve{ taj L abor atori je za gor i va i sagor evawe, Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1991. ***: Stati sti ~ki godi { wak SRJ, St ati sti ~ki zavod J ugosl avi je, Beogr ad, 1992. Z. St evanovi }: I nterni i zve{ taj L abor ator i je za gor i va i sagorevawe, Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1992.

4 ^vrst a gor i va 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38.

157

I . Radakovi }: I nterni i zve{ taj L abor ator i je za gor i va i sagor evawe, Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1992. B. A r si }: I nter ni i zve{ taj L abor atori je za ter motehni ku i ener geti ku, I nsti tut za nukl ear ne nauke Vi n~a, Beogr ad, 1990. R. Savi }: I nter ni i zve{ taj L abor ator i je za gor i va i sagor evawe, Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1992. D. Vel i ~kovi }: ' P ogonske mater i je - I deo - T er mogene mater i je", Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1972. H.L. Solberg, O.C. Cromer, A.R. Spalding: "Thermal Engin eerin g", J . Wilex , L ondon, 1960. D.D. Rus~ev: ' Hi mi  tver dogo topl i va", Hi mi  , L ewi ngr ad, 1976. S. L ampa: ' Mogu}nosti pr er ade uq ni h { kri q aca u gori vi gas", Doktor ski r ad, Beogr ad, 1989. ***: "N ajve}e ter moel ektr ane na svetu", P ol i ti ka od 29.12.1975. B. Repi }, ' Uti caj konstr ukti vni h i r adni h kar akter i sti ka gor i oni ka na paq ewe i sagor evawe ugq enog pr aha", Dokt or ski r ad, Beogr ad, 1992. A . Vel a{ evi }: I nter ni i zve{ taj L abor ator i je za gor i va i sagor evawe, Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1993. I . Mi jatovi }: ' Uqni { kri qci ", J edi nstveni program i str a` i vawa u ener geti ci SF RJ, Znanstveni savjet za naf tu J A ZU, Zagr eb, 1977. P . Mi l ovi }: L i ~ni dopr i nos, Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1994. T.G. F omenko, V.S. Butovecki j, E.M. P ogar ceva: ' Tehnol ogi  oboga eni ja ugl e", N edr a, Moskva, 1976. Q . Brki }: Li ~ni dopr i nos, Ma{ i nski f akul tet, Beogr ad, 1994. V.I . Babi j, I .I . I vanova: ' I zu~eni e mehani zma vi gor ani  ~esti c nazar ovskogo ugl  ", Goreni e tver dogo topl i v, Novosi bi r sk, 1969. M. Radovanovi }: ' K ar akter i sti ke paq ewa doma}i h ugq eva", Nau~no str u~ni skup "E ner getsko ma{ i nstvo", B eogr ad, 1977. J . Go n z al es : "S p a n i sh E x p er i en c e wi t h Bu r n i n g Lo wG r a d e F u e l " , C o m b u s t i o n , V o l . 11, 1970. S. D. F edosejev, AQ .B. êr ni ev: ' P ol ukoksovani e i gasi f i kaci ja tver dogo topl i va", Gasteptehi zdat, Moskva, 1960. M. Radovanovi }, M. A xi }, D. Al eksi }-P aji }: ' K ar akter i sti ke samopaq ewa doma}i h l i gni t a", pri pr emq ene za { tampu, Beogr ad, 1978. A. A. Agroski n: ' Hi mi  i tehnol ogi  ugl  ", N edr a, Moskva, 1969.

5 TE^NA GORIVA Te~na goriva nalaze {iroku primenu u svim oblastima zahvaquju}i svojim osobinama i preimu}stvima u odnosu na ~vrsta goriva. U pore|ewu sa wima te~na goriva poseduju, u op{tem slu~aju: - visoku toplotnu mo}, - mali sadràj balasta, - mawe toplotne gubitke pri sagorevawu, kako zbog niè vrednosti koeficijenta vi{ka vazduha, tako i zbog potpunijeg sagorevawa, - ve}u univerzalnost pri kori{}ewu i primewivawu u razli~itim postro jewima, ure|ajima i motorima, - lako}u regulisawa procesa sagorevawa, i - mogu}nost transporta cevovodima na velika rastojawa. Ipak, ona poseduju i odre|ene mane, koje se ogledaju u: - lakoj upaqivosti i eksplozivnosti, - stvarawu elektrostati~kog napona, - te{kom odstrawivawu emulgovane vode, - otrovnosti nekih te~nih goriva i dr. I pored ovih nedostataka, koji su daleko mawi od prednosti, te~na goriva su u~inila ogromne usluge ~ove~anstvu i omogu}ila izvanredno brz razvoj niza oblasti - saobra}aja i energetike posebno. U daqem izlagawu te~na goriva bi}e razmatrana na osnovu usvojene podele prema poreklu: u okviru ove podele daqe izlagawe o gorivima }e se vr{iti prema nameni. Prema poreklu te~na goriva se dele na prirodna i prera|ena.

5.1 PRIRODNA TE^NA GORIVA - NAFTA 5.1.1 OSOBINE I POREKLO Jedinstveni predstavnik prirodnih te~nih goriva je nafta. Nafta (ime poti~e od staropersijske re~i 'nafata", {to zna~i - znojiti se) je fluorescentna zelenkasto-mrka do tamno-mrka uqasta te~nost. Nafta nije homogena te~nost: ona je sloèna sme{a velikog broja ugqovodonika razli~ite molekulske mase i razli~ite me|usobne gra|e uz prisustvo sumpora, kiseonika i azota u primesama. Toplotna mo} nafte iznosi oko 42-43 MJ/kg, ali se kao gorivo ne koristi;

160

Goriva

nafta se prera|uje u niz dragocenih goriva, maziva i sirovina za petrohemijsku industriju. U sastavu organske mase nafte nalazi se ugqenik u granicama 83-87%, vodonik 11-14%, kiseonik 0,1-1%, azot 0,05-1,5% i sumpor 0,1-5%. Kiseonik, azot i sumpor se nalaze u nafti u vezanom stawu - u obliku razli~itih jediwewa. Sadràj vode (vlage) i mineralnih primesa je mali: sadràj vode kre}e se do 2%, a re|e preko. Sadràj mineralnih primesa je neznatan i iznosi 0,1-0,3%. Gustina nafte kre}e se u granicama od 820-920 kg/m3 . O postanku nafte govore dve teorije: organska i neorganska. Prema organskoj teoriji, koja je danas od ve}ine nau~nika i istraìva~a prihva}ena, nafta je nastala od ostataka ìvih organizama sloènim procesom, koji je mawe izu~en, nego {to je to slu~aj kod nastajawa ugqa. Upro{}eni mehanizam nastajawa nafte, prema organskoj teoriji, mogao bi se predstaviti na slede}i na~in: osnovna organska materija iz koje je nastala nafta su primitivni biqni i ìvotiwski organizmi (plankton) koji su se razvijali u hidrosferi. Ostaci ovih organizama sakupqali su se na dnu, za{ti}eni od mogu}ih procesa oksidacije. Pod dejstvom anaeorobnih bakterija mewala se pramaterija, tako {to se smawivao sadràj kiseonika, azota i drugih elemenata, a istovremenim rastao sadràj ugqenika i vodonika u preostaloj masi. Ova materija je bila prekrivena talozima i nanosima, koji su spre~avali daqe razlagawe. Pod uticajem niza uticajnih faktora, od kojih su najva`niji svakako bili povi{eni pritisak i temperatura, ova materi ja je pre{la, sloènim procesom u naftu i zemni gas. Sa porastom debqine slojeva, nafta i zemni gas su, sa mesta gde su nastali prodirali kroz pore i pukotine, zaustavqaju}i se u pogodnim {upqinama poroznih stena, iznad kojih se nalazio nepropustqivi sloj. Obi~no je prostor, do koga su nafta i gas dospevali bio ranije ispuwen vodom; specifi~ki lak{a nafta i gas zauzimali su onda gorwe slojeve, a voda - dowe (Slika 5.1a i 5.1b).

5.1.2 SASTAV NAFTE Sirova nafta je sastavqena iz velikog broja sloènih prete`no ugqovodoni~nih ali i drugi jediwewa. Ova jediwewa, me|utim, pripadaju nekolicini osnovnih ugqovodoni~nih grupa, ~ije su osobine dobro prou~ene. Osnovnu masu ~ine tri grupe ugqovodonika: - parafinski ugqovodonici, op{teg obrasca Cn H2n+2 - naftenski ugqovodonici, op{teg obrasca Cn H2n - aromatski ugqovodonici, op{teg obrascaCn H2n-6 .

5 Te~na goriva

Slika 5.1:

161

Dva razli~ita tipa geolo{kih formacija u kojima se obi~no nafta i gas nalaze: nafta se nalazi u poroznim slojevima sedi mentnih stena iznad vode, a gas iznad nafte

Parafinski ugqovodonici (alkani) ~ine znatan deo mnogih nafti. Niì ~lanovi ovog reda, sa brojem atoma ugqenika u molekulu od 1 do 4 su gasoviti (metan CH4 , etan - C2 H6 , propan - C3 H8 i butan - C4 H10 ). Te~ni ugqovodonici parafinskog reda su sa brojem atoma ugqenika u molekulu od 5 do 15, a iznad 15 atoma ugqenika u molekulu su ~vrsti (na normalnoj temperaturi). Parafinski

162

Goriva

ugqovodonici su lan~ani, zasi}eni ugqovodonici (primer: normalni oktan C8 H18 ).

Parafinski ugqovodonici, a i neki drugi, poseduju osobinu da raspored atoma ugqenika nemaju samo u jednom lancu, ve} i da se bo~no nadovezuju jedan na drugi, obrazuju}i razgranate lance. Takvi ugqovodonici, koji zadràvaju isti broj atoma ugqenika i vodonika, a imaju drugu strukturu, nazivaju se izomerima, a parafini - izoparafinima (primer: izooktan C8 H18 ).

Naftenski ugqovodonici (cikloalkani) su, kao i parafinski, zasi}eni, ali za razliku od wih - prstenasti. U nafti se ova grupa ugqovodonika javqa sa najjednostavnijim predstavnicima - ciklopentanom (C5 H10 ) i cikloheksanom (C6 H12 ). Naftenski ugqovodonici, kao i parafinski, poseduju visoku hemijsku stabilnost (primer: cikloheksan C6 H12 ). Aromatski ugqovodonici, kao i naftenski ugqovodonici, imaju prstenastu strukturu. Predstavnik aromatskih ugqovodonika je benzen

5 Te~na goriva

163

C6 H6 . Skelet molekula benzena sastoji se iz {est atoma ugqenika koji su me|usobno povezani jednogubim i dvogubim vezama. Pored ove tri grupe ugqovodonika odre|enu pa`wu treba posvetiti i nezasi}enim lan~anim ugqovodonicima i pored toga {to ih u nafti prakti~no nema. Ovi, takozvani olefinski ugqovodonici (alkeni, alkini) javqaju se u produktima prerade nafte i zavisno od broja dvogubih veza mogu biti mono i diolefini. Op{ti obrazac monoolefinskih ugqovodonika je C n H2n , a diolefinskih CnH2n-2 . Prakti~no sve nafte sadrè u sebi sumpor odnosno jediwewa sumpora. Maksimalni sadràj moè biti 6%. Ne ulaze}i u podele nafti prema sadràju sumpora, u nafti se nalaze: - merkaptani (RSH), - sulfidi (mono-, di-, polisulfidi), - tiofani, - tiofeni, - elementarni sumpor, - H2 S, - sumpor u drugim oblicima. Nafte se mogu razvrstati na vi{e na~ina zavisno od sastava. Ne ulaze}i detaqnije u ove podele, nafte se, prema prete`nom sadràju odgovaraju}ih grupa ugqovodonika dele na parafinske, naftenske i me{ane.

5.1.3 DOBIJAWE NAFTE Nafta se nalazi u dubini zemqe uglavnom do 5000 m. Posle utvr|ivawa nalazi{ta geolo{kim, geofizi~kim, seizmi~kim i drugim metodama nafta se dobija bu{ewem, bilo na povr{ini zemqe bilo, u podmorju. Komplet ure|aja koji se koristi prilikom bu{ewa na kopnu sastoji se iz torwa, dizalice, motora, pumpi, kotura~a, bu{a}eg stola uz alat i pribor (bu{ilice, pogonska {ipka, cevi i dr.) - Slika 5.2.

164

Slika 5.2:

Goriva

Postrojewe za bu{ewe nafte; 1-dizalica, 2-obrtni sto, 3pogonsko postrojewe, 4-kotura~e, 5-pogonska {ipka /2/

5 Te~na goriva

165

Kada se bu{ewem utvrdi da postoji nafta, u koli~ini koja je ekonomski opravdana za kori{}ewe, prilazi se oja~avawu i u~vr{}ivawu bu{otine. Nafta naj~e{}e isti~e iz bu{otine na povr{inu pod pritiskom koji vlada na dubini na kojoj je nafta prona|ena (prirodna erupcija). Kada se, kasnije, eksploatacijom nalazi{te do izvesne mere iskoristi, protok opada pa je potrebno preduzeti odgovaraju}e mere da bi se iskoristila {to ve}a koli~ina nafte. U tu svrhu koriste se danas dva mogu}a na~ina: pomo}u pumpi ili uvo|ewem u leì{te nafte, gasa ili vode pod pritiskom (Slika 5.3) /1/. Idu}i prema povr{ini pritisak se stalno smawuje, pa dolazi do izdvajawa rastvorenog gasa iz nafte, tako da se na izlazu iz bu{otine dobija me{avina nafte i gasa. Ova me{avina se odvodi u sabirnu stanicu, gde se u takozvanim separatorima, odvaja te~na od gasovite faze, a odatle i nafta i gas u zasebne rezervoare. Iz rezervoara se zatim nafta prevozi cisternama, tankerima, naftovodima do postrojewa za preradu nafte - rafinerija.

Slika 5.3:

[ema izvla~ewa nafte: a) pomo}u pumpe, b) pomo}u gasa pod pritiskom

166

Goriva

5.1.4 NALAZI[TA NAFTE U NA[OJ ZEMQI Nalazi{ta nafte u na{oj zemqi su za sada u severnim delovima, u Vojvo|anskom basenu. Osnovne karakteristike na{ih nafti date su tabelarno (Tabela 5.1). U toku su intenzivna istraìvawa na Jadranu, gde prvi rezultati ukazuju na mogu}nost dobijawa nafte. Prona|ene su i odre|ene koli~ine zemnog gasa, koji je naj~e{}e pratilac nafte.

5.2 PRERA\ENA I SINTETI^KA TE^NA GORIVA

5 Te~na goriva

167

Prera|ena te~na goriva se dobijaju preradom prirodnih goriva (te~nih, ~vrstih ili gasovitih) ili preradom produkata ili ostataka wihove prerade. Osnovni izvor za dobijawe te~nih goriva je prirodno te~no gorivo - nafta, mada se danas, s obzirom na wenu nesta{icu i potrebe wenog racionalnog kori{}ewa i {tedwe, vr{e intenzivna istraìvawa u ciqu dobijawa kvalitetnih te~nih goriva preradom drugih supstanci, a naro~ito ugqa, ~ije rezerve daleko prevazilaze rezerve nafte.

5.2.1 PRERA\ENA GORIVA IZ NAFTE 5.2.1.1 Prerada nafte Osnovni postupak za preradu nafte je fizi~ki postupak wenog razdvajawa na niz frakcija. Ovaj postupak se zasniva na poznatoj ~iwenici da je nafta sastavqena iz velikog broja razli~itih ugqovodoni~nih jediwewa, odre|enih osobina. Kako svaki od ugqovodonika, koji se nalaze u nafti poseduju svoju temperaturu na kojoj prelaze u parno stawe - temperaturu kqu~awa, to onda, zagrevawem, ne}e do}i do prelaska celokupne nafte u parno stawe na jednoj odre|enoj temperaturi: postepeno }e se izdvajati i prelaziti u parno stawe prvo ugqovodonici sa najniòm temperaturom kqu~awa (sa mawim brojem atoma ugqenika u molekulu) a zatim i ostalih. Hla|ewem ugqovodonika koji ispare u odre|enom temperaturskom intervalu dobijaju se, zavisno od odabranog i pode{enog opsega, razli~iti korisni produkti - te~na goriva i maziva. Grupa ugqovodonika koja ispari u odre|enom temperaturskom intervalu naziva se frakcija, a ceo postupak, analogno tome, frakcionisawe. Prvobitno kori{}eni postupak za preradu nafte je bila frakciona destilacija, koja se zasnivala na postepenom zagrevawu nafte i postepenom wenom isparavawu i kondenzovawu. Danas se koristi postupak frakcione kondenzacije, gde se najve}i deo nafte ispari a potom, postepeno kondenzuje. Postupak frakcione kondenzacije se izvodi, u principu, kao jednofazni i dvofazni. U op{tem slu~aju iz nafte se dobijaju primarna prera|ena goriva: - gasovita goriva, - benzinske frakcije, - petroleumske frakcije, - frakcije dizel motorskih goriva, i - uqa za loèwe, ~ijom daqom preradom se dobijaju - frakcije mazivih uqa, - ostatak (te{ko uqe za loèwe ili bitumen).

168

Goriva

Proces frakcione destilacije ostvaruje se kao kontinualan proces. Nafta se pumpama dovodi u cevnu pe} gde se zagreva do temperature 330-350°C. Zagrejana nafta, zajedno sa nastalim parama uvodi se u sredinu rektifikacione kolone (Slika 5.5). Dovo|ewem vodene pare (u ciqu lak{eg razdvajawa frakcija) nafta se daqe zagreva, tako da se u dowem delu kolone nalazi me{avina te~ne i parne faze. Ova kolona je podeqena na niz delova kroz koje ugqovodoni~ne pare struje navi{e. Detaq rektifikacione kolone dat je na Slici 5.4. Intenzivnim suprotnosmernim strujawem uz stalnu promenu faza (iz te~ne u parnu, i iz parne u te~nu) u pojedinim delovima se ostvaruju i odràvaju odre|ene temperaturske granice, koje odgovaraju granicama isparavawa pojedinih frakcija.

Slika 5.4: Detaq kolone, A-preliv, B-ugqovodoni~ne pare

5 Te~na goriva

169

Teì ugqovodonici, vi{e temperature isparavawa, kondenzuju se odmah po ulazu u rektifikacionu kolonu. Lak{i ugqovodonici kondenzuju se na ve}im visinama, dok se najlak{i i gasoviti ne kondenzuju uop{te, ve} izlaze izvan kolone. Sa vrha kolone se odvode lake benzinske frakcije, ne{to niè dobija tzv. petroleumska frakcija, a ispod we se dobija gasno uqe ili dizelmotorska frakcija (Slika 5.5). U zavisnosti od svog sastava ostatak prerade ove faze, se koristi ili direktno kao gorivo (u kotlovima, na primer) ili sluì kao sirovina za daqu preradu (za dobijawe mazivih uqa ili za dobijawe benzina sekundarnim procesima prerade). Za slu~aj kada se ostatak prerade iz ove faze koristi za daqu preradu potrebno ga je dopunski zagrejati do temperature 420-430°C i dovesti u rektifikacionu kolonu koja se nalazi sniènom pritisku (potpritisku 7-14 kPa - Slika 5.6). Ovim se postiè sniàvawe temperature kqu~awa ugqovodonika, a istovremeno se spre~ava razlagawe te{kih ugqovodonika, koji se nalaze u ostatku. Preradom ostatka na ovaj na~in, takozvanom vakuum destilacijom, dobijaju se, zavisno od temperaturskog intervala te{ka dizel motorska goriva, niz frakcija mazivih uqa i ostatak. Svi dobijeni proizvodi na ovaj na~in - frakcije - ne mogu se odmah koristiti u postrojewima za koja su namewena, ve} se moraju prvo pre ~istiti, a veliki broj i daqe prera|ivati u ciqu poboq{awa i ostvarivawa èqenog kvaliteta.

5.2.1.2 Prerada produkata prerade nafte Osnovni postupak prerade nafte naziva se ~esto primarnom preradom, za razliku od postupaka prerade produkata prerade nafte - sekundarnih postupaka prerade. Osnovni razlozi postojawa sekundarnih postupaka prerade su dobijawe ve}e koli~ine pojedinih proizvoda i d obijawe proizvoda boqeg kvaliteta. Sekundarni postupci prerade su, za razliku od frakcionisawa, svi hemijski procesi. Prema su{tini procesa dele se u ~etiri osnovne grupe: - postupke razgradwe ugqovodonika, - postupke izgradwe ugqovodonika, - postupke konverzije ugqovodonika, i - postupke ugradwe vodonika u ugqovodonike.

5.2.1.2.1 Postupci razgradwe ugqovodonika Osnovni postupak razgradwe ugqovodonika je cracking (krekovawe) - postupak u kome se na povi{enim temperaturama i pritisku ugqovodonici vi{eg reda raspadaju na ugqovodonike nièg reda. Postupak krekovawa se javio kao posledica dobijawa nedovoqne koli~ine benzina tokom pre rade nafte frakcio-

170

Goriva

nom destilacijom. Dobijeni benzin posedovao je boqe karakteristike u odnosu na benzin dobijen frakcionisawem nafte. U prvim postrojewima vr{eno je razlagawe ugqovodoni~nih para (1912. godina), a tek 1925. godine su nastala tehni~ki usavr{ena postrojewa, sa razlagawem u parnoj i te~noj fazi. Proces krekovawa moè se analiti~ki predstaviti na primeru parafinskih ugqovodonika. U op{tem slu~aju jedna~ina krekovawa bi glasila:

odakle se moè zakqu~iti da se, kao rezultat procesa krekovawa dobija jedan parafinski i jedan olefinski ugqovodonik. Ako se posmatra, na primer, dodekan (C12 H26 ), proces krekovawa moè da se odvija prema mogu}im reakcijama:

ili

ili

ili

ili

Iz navedenog primera uo~ava se da do cepawa ugqovodoni~nog lanca moè do}i na sredini ili bliè krajevima lanca. Na mesto cepawa ugqovodonika, kao i na odvijawe samog procesa, su{tinski uti~u uslovi pri kojima se proces izvodi: temperatura, pritisak i vreme. Sa povi{ewem temperature procesa, cepawe molekula je intenzivnije, potpunije i brè, a koli~ina produkata krekovawa je, za isto vreme trajawa procesa, ve}a. Istovremeno, sa povi{ewem temperature, mesto cepawa ugqovodoni~nog lanca je bliè kraju. Pove}awem pritiska, cepawe molekula ugqovodonika odvija se bliè sredini lanca. Pove}awe vremena trajawa procesa omogu}ava potpunije cepawe ugqovodoni~nih lanaca. Kao sirovina za krekovawe koristi se naj~e{}e ostatak prerade nafte atmosferskom destilacijom, a osnovni proizvod ovog procesa je benzinska frakcija (krekingbenzin).

5 Te~na goriva

r e f s o m t a ' ( e t f a n e j i c a l i t s e d e n o i c k a r f a m e [

171 , - m i - a i ) 3 5 n d 2 o d , o C ° 2 r o u t v 5 o v t a 7 d t r a . 2 a o f j 0 o j ) o a v o o e u m k n p 5 g k - 1 e o { a 7 r s m i v u p , m v e r t o o g a o r e r k n o r s o g e u o a p l a t z t e o j a o p z t e a o u i a m ° ( t n c s o C e m o a k a r 5 d r m a p f a n t 2 3 u r t e n o m k k d k u e e - e l f ( p o l d 6 o l e u a , e r j a 5 g r e t i 1 a e e d , s s e c r r o a p v s p k a p a o a e p a o k ~ r v m u w a j a p u j m a f r a t p u j e a i a a v p z h v i e 6 - d d 0 t 1 c r k s z 1 o s u , k a o i r r r a , 5 a m , k z o m o f ( i a a t u j a e v u w n o n l r d o o d k o e m o a l , l r z e a o o l l ~ e r r e h k a t z r v k e 9 u 1 a i p i n , 1 d p ) w , e i e u e C e o i d q d m ° w o q a c o z 5 a a v u d v a k 7 j a a r i r 1 a o - v j n n o i f o 0 s d a i n i t 4 o k g u a m ( l a i t t g r o k a e z o u r l e p s a r j a p r p n o i o - e o 4 o o t c v s k t , 8 u l o a r e o z a k m r e 2 t , j , - o f e i 3 r a f m r o c r 1 t u u k r a a n o a , k k e o s t e v e t r e r r l r f a e o f w e a o m - p a t a z e v o r e s o n r e r a n a m e r e p l d o g z t v d e i a k z z a r m e e a l e o e u v i r r p d t z e z e e - p r w 4 f i } a a e s u e 1 d k n p n | ) , o a v t a i o d a p C v a o z ° a n u v v m n - 0 j t o e u e 3 o s d c p b 2 1 3 k o : 5 . 5 a k i l S

172

Goriva

Slika 5.6: [ema vakuum destilacije - dvofaznog postupka prerade nafte: 1sirova nafta iz rezervoara, 2-toplotni razmewiva~i kojima se nafta zagreva na ra~un koli~ine toplote dobijene hla|ewem produkata prerade nafte u vakuum koloni, 3-toplotni razmewiva~ kojim se nafta dopunski zagreva toplotom ostatka prerade nafte iz druge faze (vakuum kolona), 4-cevna pe} za zagrevawe nafte, 5 rektifikaciona kolona - atmosferska destilacija, 6-cevna pe} za zagrevawe ostatka iz prve faze prerade nafte 7-vakuum kolona, u kojoj se vr{i prerada ostatka prve faze frakcionisawa nafte, 8kolone za odvajawe pojedinih frakcija, 9-pumpe sa elektromotorima za odvo|ewe dobijenih proizvoda u rezervoare ili na daqu preradu.

5 Te~na goriva

173

U op{tem slu~aju, postupak krekovawa se izvodi kao termi~ki, termokataliti~ki i hidrokrekovawe. Termi~ki postupak krekovawa se danas ne izvodi, jer je sadràj nezasi}enih ugqovodonika velik, pa je dobijeni benzin male hemijske stabilnosti, a i benzin i dizel gorivo slabog kvaliteta s obzirom na radne karakteristike. Danas je u upotrebi postupak kataliti~kog krekovawa, koji se izvodi uz pomo} odre|enih supstanci, sposobnih da izazovu, usmere i ubrzaju proces - katalizatora. Katalizatori istovremeno omogu}avaju da se proces izvede pod povoqnijim tehnolo{kim uslovima - na niìm temperaturama i pritiscima. Kvalitet dobijenih proizvoda, prvenstveno benzina je boqi. Kao katalizatori se koriste aluminosilikati sa drugim metalnim oksidima: prvi patentirani katalizator sastojao se iz 70-80% SiO2 , 20-10% Al2 O3 i ne vi{e od 10% drugih oksida /4/. Proces termi~kog krekovawa se izvodi na temperaturama od 350-500°C i pritiscima 2-5 MPa, a postupak kataliti~kog krekovawa se odvija na pritiscima bliskim atmosferskom 0,1-0,3 MPa i temperaturama oko 500°C. U praksi se sre}e niz kombinacija termokataliti~kog krekovawa: sa nepokretnim i pokretnim katalizatorima, u parnom i parnote~nom stawu polazne sirovine, sa spra{enim katalizatorom i dr. Tokom vremena katalizatori gube svoja svojstva usled naslaga ~a|i, koksa, delovawa sumpora, pa ih je potrebno regenerisati.

5.2.1.2.2 Postupci izgradwe Postupci izgradwe se mogu predstaviti kao postupci suprotni prethodnom. Ako su se kod postupaka krekovawa od vi{ih ugqovodonika dobijali niì, kod postupaka izgradwe se od niìh ugqovodonika dobijaju vi{i. Osnovni postupci ove grupe su polimerizacija i alkilacija. Polimerizacija

Polimerizacijom se naziva hemijska reakcija spajawa dva ili vi{e molekula u ve}i molekul, odnosno, ugqovodonika nièg reda u ugqovodonik vi{eg reda. U reakciji polimerizacije u~estvuju samo nezasi}eni ugqovodonici, pa su zato sirovine koje se koriste rafinerijski gasovi, bogati olefinskim ugqovodonicima sa tri ili ~etiri atoma ugqenika u molekulu (gasovi nastali pri termi~kom i kataliti~kom krekovawu, koksovawu i pirolizi). Naj~e{}e kori{}en katalizator je u ovom procesu je fosforna kiselina.

174

Goriva

Ovako dobijeni izoolefini se mogu uvo|ewem vodonika u proces prevesti u izoparafinske ugqovodonike, koji su izvanrednih karakteristika s obzirom na primenu u oto motoru (primer: dobijawe izooktana)

Polimerizacija se obi~no izvodi kao kataliti~ka, na temperaturama 150-205°C i pod pritiskom od 20-60 MPa /5/. Benzinska frakcija dobijena ovim postupkom se naziva polimer benzin.

Alkilacija

Alkilacija se kao postupak {iroko koristi. U osnovi se sastoji od sjediwavawa jednog olefinskog ugqovodonika sa parafinskim, ostvaruju}i izoparafinske ugqovodonike vi{eg reda. Kako se ovaj postupak koristi za dobijawe kvalitetnih benzinskih frakcija, i ovde je polazna sirovina gasovita komponenta sa 2 do 4 ugqenikovih atoma u molekulu. Reakcija alkilacije moè se, u op{tem slu~aju predstaviti izrazom

Izvodi se kao kataliti~ki proces, pri ~emu se kao katalizatori koriste aluminijum hlorid (AlCl3 ), sumporna ili fluorovodoni~na kiselina. Katalizatori omogu}avaju da se ovaj ostupak izvede na temperaturama 20-30°C i pritiscima 1 MPa, za razliku od termi~kog postupka kada su temperature oko 550°C, a pritisak 35 MPa. Dobijeni proizvod naziva se alkilat i sadrì u sebi uglavnom izoparafinske ugqovodonike od pentana (C5 H12 ) do dekana (C10 H22 ).

5.2.1.2.3 Postupci konverzije ugqovodonika U dana{wim uslovima zahtevi koji se od strane oto motora postavqaju benzinima su toliko visoki da se wihovo zadovoqavawe moè ostvariti samo pomo}u specijalnih sekundarnih procesa prerade. U tim procesima, koji ne daju i pove}awe koli~ine benzina, sirovina koja ulazi u proces je benzin niskog kvaliteta, a krajwi proizvod je benzin, ali osetno poboq{an. Poboq{awe kvaliteta benzina omogu}ilo je pove}awe stepena korisnosti motora, ekonomi~nosti i stepena usagla{enosti zahteva motora i potrebnog kvaliteta goriva.

5 Te~na goriva

175

Reformisawe

Tipi~an proizvodni proces, koji zadovoqava navedene uslove, je postupak

reforming (reformisawe), kojim se vr{i prevo|ewe ugqovodonika jedne grupe u ugqovodonike druge, povoqnijih osobina za primenu. Postupak reformisawa se izvodi iskqu~ivo kao kataliti~ki, jer se termi~kim ne dobija èqeno poboq{awe. Su{tina postupka reformisawa se sastoji u aromatizaciji i izomerizaciji benzinskih frakcija. U ovim uslovima, naftenski ugqovodonici gube deo vodonika, prelaze}i u aromate, a parafinski ugqovodonici prelaze prvo u naftenske (vr{i se ciklizacija) a zatim, kao i naftenski ugqovodonici, gube odre|en broj atoma vodonika i prelaze u aromatske. Pored ovih reakcija, molekuli parafinskih ugqovodonika prelaze u izoparafinske. Teì ugqovodonici se mogu razloìti - krekovati. Nastajawe nezasi}enih ugqovodonika spre~ava se uvo|ewem vodonika u proces koji se onda naziva hidroforming. Osnovni industrijski katalizator, koji se koristi u ovom procesu je aluminosilikatne osnove (0,1 do 1,0%). On omogu}ava izvo|ewe procesa na temperaturi 460-510°C pri pritisku od 4 MPa i naziva se, kada se platina koristi kao katalizator, platforming (dobijeni benzin je platformat). Benzin proizveden ovim postupkom ne sadrì uop{te olefinske ugqovodonike: sastoji se iz aromata i izoparafina, uz veoma malo normalnih parafinskih ugqovodonika.

Izomerizacija

Drugi od postupaka konverzije ugqovodonika je postupak izomerizacije koji se sastoji u prevo|ewu normalnih ugqovodonika u wihove izomere. Iako do ovih postupaka dolazi i pri kataliti~kom krekovawu i pri reformisawu, kod ovog postupka izomerizacija predstavqa osnovnu i glavnu pojavu. Odvija se uvek u prisustvu katalizatora, a vodonik se uvodi samo da bi nepoèqne, nezasi}ene frakcije u~inio povoqnijim za upotrebu. Kao katalizatori se koriste plemeniti metali, aluminijumhlorid sa sonom kiselinom.

5.2.1.2.4 Postupak ugradwe vodonika Prvobitno su postupci uvo|ewa vodonika u proces, kori{}eni prilikom dobijawa te~nih goriva i maziva iz ~vrstih. Danas se oni koriste sa ciqem da se iskoriste ostaci prerade niza ranije navedenih postupaka. Tako se ostatak prerade nafte frakcionisawem izlaè pritisku od 20MPa i temperaturi od 450°C i uz pomo} katalizatora dobija benzinska frakcija, koja se daqe koristi za dobijawe kvalitetnih automobilskih i avionskih goriva. Uvo|ewe vodonika u sekundarnim procesima prerade je zna~ajno za dobijawe kvalitetnih sredwih frakcija (dizel motorskih frakcija).

176

Goriva

5.2. 5.2.1. 1.3 3 Dora Dorada da gori goriva va Proizvodi dobijeni razli~itim procesima prerade nafte ili wenih produkata nisu pogodni za kori{}ewe, ve} ih je potrebno usavr{iti i poboq{ati. Ovi postupci, kojima se niz {tetnih sastojaka odstrawuje (organska jediwewa sumpora, kiseonika, azota i dr.) nazivaju se postupc ima dorade. Oni se prema redosledu mogu razvrstati u nekoliko grupa: - redestilac redestilacija ija tj. tj. ponovna ponovna destilacij destilacija a u ciqu postizawa ta~nijeg ta~nijeg i povoqpovoqnijeg opsega isparavawa, - stabilizaci stabilizacija, ja, kojom kojom se izdvaj izdvaja a zaostala zaostala koli~ina koli~ina gasoviti gasovitih h ugqovodo ugqovodo-nika, - naknadna naknadna dorada dorada gasovitih gasovitih ugqovodoni ugqovodonika ka bazama bazama u ciqu udaqavawa udaqavawa sumposumpora, - dodavawe dodavawe specijalnih specijalnih supstanci, supstanci, koje u malim malim koli~inama koli~inama osetno poboq{avaju odre|ene osobine pojedinih vrsta goriva, spre~avaju korodivno delovawe goriva ili ga samo boje, - me{awe me{awe istih istih frakcija frakcija dobijeni dobijenih h razli~iti razli~itim m postupci postupcima ma u ciqu dobijadobijawa kona~nog sastava goriva, koji }e odgovarati postoje}im propisima i zahtevima ure|aja u kome se koristi. Ostvarivawe ovog posledweg postupka, predstavqa, naro~ito za benzine suptilan zadatak, pogotovo danas kada se pored poboq{awa niza eksploatacionih osobina posebna pa`wa obra}a na zaga|ewe okoline. Grupni sastav ugqovodonika u tom smislu predstavqa osnovu za dobijawe kvalitetnog proizvoda. U Tabeli 5.2 dati su sastavi benzinskih frakcija, dobijenih razli~itim proizvodnim postupcima /5/. Analiza sastava benzinskih frakcija ukazuje da ni jedna od navedenih frakcija ne bi mogla da se koristi u dana{wim motorima. Tek me{awem vi{e benzinskih frakcija, vode}i ra~una o zadovoqewu oba neophodna kriterijuma za rad motora (kriterijum obrazovawa sme{e i kriterijum sagorevawa) dobija se motorni benzin.

177

5 Te~na goriva

5.2.1. 5.2.1.4 4 Sinte Sinteti~ ti~ka ka te~na te~na goriva goriva I pored toga {to su ovi postupci u principu bili poznati jo{ dvadesetih godina na{eg veka, nije im u ve}oj meri poklowena bila pa`wa, kako zbog cene dobi jenih proizvoda, tako i zbog dovoqnih koli~ina te~nih goriva dobijenih iz nafte. Izuzetak u tom smislu predstavqa Nema~ka u periodu pre II svetskog rata koja je razvijala ove postupke zbog neposedovawa nalazi{ta nafte i velikih rezervi kvalitetnog ugqa. U Nema~koj je u toku 1943-1944. godine proizvede6 no ~ak 4 10 t motornih goriva iz ugqa /7/. Danas postrojewa ove vrste postoje i rade u Ju`noafri~koj republici {to je posledica vi{egodi{weg embarga na uvoz nafte zbog politike 'aparthejda". 

Ugaq, kao i zemni gas i nafta pripada ugqovodonicima. Od te~nih i gasovitih ugqovodonika ugaq se razlikuje time {to je sastavqen iz osetno ve}ih molekula, koji sadrè mawe vodonika (Slika 2.1). Polaze}i od metana preko lakih i sve teìh frakcija nafte, mrkih i kamenih ugqeva do antracita sadràj vodonika opada: odnos H/C (odnos atoma vodonika i ugqenika) od 4 kod metana opada na 0,5 kod antracita. Suprotno se mewa molekularna masa: od 16 za metan do nekoliko stotina hiqada za antracit (Slika 5.7).

Slika 5.7

Prema /8/ ugaq je sastavqen u osnovi iz aromatskih struktura koji su me|usobno spojeni lan~anim vezama. Pri zagrevawu do iznad 350°C kidaju se prvo lan~ane veze, pri ~emu se izdvajaju gasoviti produkti (volatili). Tako nastaje polukoks. Ako se u ovom procesu dovodi vodonik u ve}im koncentracijama, popuwavaju se

178

Goriva

nezasi}ene veze i tako nastaju molekuli bogatiji vodonikom, ~iji je H/C odnos ve}i od ishodne materije ugqa. Dovo|ewem ve}e koli~ine vodonika sukcesivno dobijaju se prvo teè, zatim lak{e frakcije i kona~no benzin. Dobijeni produkti razlikuju se od derivata nafte ve}im sadràjem aromata. Ovakav postupak, koji se odvija na temperaturama izme|u 300 i 500°C i na pritiscima od 20 MPa naziva se hidrirawe. Postupak se izvodi pomo}u katalizatora koji omogu}avaju lak{e i brzo izvo|ewe procesa. Dobijeni proizvodi se daqe prera|uju uobi~ajenim postupcima, koji se koriste za preradu nafte i wenih derivata. Kao sirovina za dobijawe te~nih goriva, na sli~an na~in, koriste se i te{ki ostaci prerade nafte, kao i ter dobijen suvom destilacijom ugqeva. Drugi od postupaka dobijawa te~nih goriva iz ~vrstih je postupak sinteze. Izvo|ewe sinteze prema Fisher-u(Fi{eru) i Tropsch-u (Trop{u), koji su sproveli u delu zamisao Francuza Sabatie-a (Sabatjea), vr{i se u nekoliko faza. U prvoj fazi se preko uàrenog koksa prevodi vodena para, pri ~emu nastaje vodeni ili sintezni gas, sastavqen od ugqenmonoksida i vodonika:

Po odstrawivawu sumpora (me|ufaza) uvodi se vodonik sa istom svrhom, kao i prilikom hidrirawa, pri ~emu se odvija reakcija

Spajawem CH2 grupa dolazi do stvarawa uqa sli~nog po svojim osobinama i sastavu nafti, koje se daqe prera|uje uobi~ajenim postupcima za preradu nafte. Prete`ni udeo u ovom uqu imaju parafinski ugqovodonici, tako da su dizel goriva izvanrednog kvaliteta, a benzini lo{i, pa se moraju daqe poboq{avati. Op{ta zajedni~ka osobina svih goriva dobijenih ovim postupkom je visok stepen ~isto}e. Posle energetsko-politi~ke krize, ponovo je porastao interes za dobijawe te~nih (i gasovitih) goriva iz ugqa. I pored toga {to su dobijeni proizvodi skupi, ulaù se u istraìvawa velika sredstva jer }e se, sa stalnim porastom cena nafte, u bliskoj budu}nosti dosti}i cena goriva dobijenog iz ~vrstih. Istovremeno odre|ene grupacije zemaqa (SAD, Japan i Zapadno-evropske zemqe) ovim postupkom èle, da u slu~aju nesta{ice nafte, o~uvaju bar za dogledno vreme nezavisnost od proizvo|a~a nafte.

5 Te~na goriva

179

5.3 5.3 MOT MOTORNI ORNI BENZI ENZINI NI Motorni benzini predstavqaju te~na goriva koja se koriste za pogon oto motora sa unutra{wim sagorevawem. Pored op{tih zahteva koji se postavqaju svakom gorivu, oni moraju da zadovoqe i niz specifi~nih. Ovi zahtevi mogu se grupisati u dva osnovna: - za obra obrazo zov vawe awe sm sme{e e{e i - za sago sagore reva vawe we nast nastal ale e sme sme{e {e.. Motorni benzin treba da sa vazduhom stvori homogenu sme{u neophodnog sastava (koeficijenta vi{ka vazduha) za bilo koje klimatske uslove. Zbog toga benzin treba da dobro i lako isparava, da poseduje dobre osobine prilikom pu{tawa motora u rad (hladnog odnosno zagrejanog motora), da obezbedi brzo zagrevawe hladnog motora, da ne izaziva zale|ivawe karburatora, da ne uti~e na habawe motora pri svim reìmima rada motora i da ne stvara taloge u usisnoj grani motora i komori za sagorevawe. S druge strane, obrazovana sme{a goriva i vazduha treba da {to potpunije i brè sagori u predvi|enom vremenskom intervalu. Zato treba: da poseduje {to ve}u toplotnu mo}, da sagoreva bez pojave nenormalnih vidova sagorevawa na svim reìmima rada motora i u bilo kojim klimatskim uslovima, da ne obrazuje toksi~ne i kancerogene komponente u izduvnim gasovima, kao i da produkti sagorevawa ne deluju korodivno.

5.3.1 5.3.1 OBRAZOVAW OBRAZOVAWE E SME[E SME[E Da bi se proces sagorevawa obavio, neophodno je da se benzin prevede u parno stawe i da se nastale pare goriva pome{aju sa neophodnom koli~inom vazduha i obrazuju gorivu sme{u unutar koncentracionih granica paqewa. Kod oto motora goriva sme{a se moè obrazovati na dva principijelno razli~ita na~ina: - u karburatoru, i - ubri ubrizg zgav avaw awem em u usis usisnu nu granu granu.. I pored toga {to neposredno ubrizgavawe goriva poseduje niz prednosti u odnosu na obrazovawe sme{e u karburatoru (ve}a ravnomernost raspodele benzina po cilindrima, ve}i koeficijent puwewa i ve}a litarska snaga) i predstavqa ve} sada{wost razvoja motora, obrazovawe sme{e razmatra}e se daqe uglavnom pomo}u karburatora iz razloga {to ve}ina dana{wih motora u na{oj zemqi ima ovakav na~in obrazovawa sme{e, a i { to bi detaqnije izlagawe ove materije prevazi{lo materiju predvi|enu ovim programom. Obrazovawe sme{e u karburatoru (Slika 5.8) se vr{i na slede}i na~in; brzina vazduha u difuzoru karburatora je 20 do 30 puta ve}a od brzine goriva. U takvim

180

Goriva

uslovima mlaz goriva raspada se na fine kapi sredweg pre~nika veli~ine 0,10,2ìm. Struja vazduha povla~i sa sobom nastale kapi, koje po~iwu intezivno da isparavaju. I pored izrazite turbulentnosti sme{e deo goriva ne ispari, ve} se taloì po povr{ini usisne grane, gde opet, na visokim temperaturama, isparava. Sme{a goriva i vazduha povla~i sa sobom sloj te~ne faze koji nije ispario brzinom koja je 50 do 60 puta mawa od brzine parne faze gorive sme{e. Prisustvo te~nog sloja goriva bitno oteàva obrazovawe homogene sme{e, a osnovni je razlog pojave neravnomerne raspodele sme{e po cilindrima motora (pored uticaja konstruktivnih osobina karburatora i usisne grane). Benzin, zna~i, po~iwe da isparava u karburatoru, nastavqa sa isparavawem u usisnoj grani i zavr{ava u cilindru motora. U ciqu ta~nijeg definisawa ove pojave i lak{eg ocewivawa uticaja goriva, uvode se pojmovi kvalitativne i kvantitativne neravnomernosti raspodele

Slika 5.8: Presek kroz glavni gorivi sistem karburatora

sme{e. Kvalitativna neravnomernost raspodele sme{e po cilindrima posledica je razli~itog sadràja pojedinih frakcija ili dodataka (aditiva) u gorivoj sme{i u razli~itim cilindrima motora (=const), za razliku od kvanti-

5 Te~na goriva

181

tativne neravnomernosti raspodele sme{e koja je odre|ena samo razli~itim vrednostima koeficijenta vi{ka vazduha po cilindrima. Usled cikli~nosti dovo|ewa gorive sme{e u cilindar motora, karakter strujawa gorive sme{e ima pulzacioni karakter. U toku takta usisavawa goriva sme{a se kre}e u pravcu cilindra, pri ~emu se wena brzina mewa zavisno od podpritiska u cilindru i povr{ine popre~nog preseka u zoni usisnog ventila. Zatvarawe ventila prekida dovod sme{e u cilindar. I parna i te~na faza benzina (koja se nalazi na zidovima usisne grane) nastavqa kretawe i daqe u istom smeru, pri ~emu te~na faza poseduje daleko ve}u inerciju. Ovo ne izaziva samo lokalno smawewe koeficijenta vi{ka vazduha odnosno lokalno oboga}ewe sme{e u posmatranom delu usisne cevi, ve} i preraspodelu goriva po duìni usisne grane: deo gorive sme{e u neposrednoj blizini usisnog ventila poseduje najve}u koli~inu goriva. Istovremeno u ovoj zoni te~na faza intezivno po~iwe da isparava. U prvom momentu po otvarawu usisnog ventila u cilindar dospeva bogata sme{a para goriva i vazduha, kao i te~na faza. Zato }e u po~etku takta usisavawa biti bogata sme{a, a dovo|ewem ostalih koli~ina sme{e para goriva i vazduha }e osiroma{avati. Na ovaj na~in nastaje neravnomerna raspodela gorive sme{e. Ova pojava je jo{ vi{e poja~ana ~iwenicom da se iz jednog izvora napaja vi{e cilindara. Kvalitativna neravnomernost raspodele sme{e javqa se, kao posledica ~iwenice da benzin predstavqa frakciju nafte koja isparava u odre|enom temperaturskom intervalu. Tokom isparavawa dolazi do izdvajawa prvo lak{ih ugqovodonika, sa niòm temperaturom kqu~awa, a zatim teìh. Ovakva zakonitost isparavawa javqa se i prilikom pripreme sme{e u karburatoru. Isparavawe lak{ih ugqovodonika naj~e{}e iz kapqica benzina vodi oboga}ivawu gorive sme{e lak{im ugqovodonicima, dok isparavawe sloja kondenzovanog po zidovima usisne grane vodi oboga}ivawu sme{e teìm ugqovodonicima. Neravnomernost raspodele sme{e ove vrste javqa se u stacionarnim uslovima rada motora, a izrazito je izraèna u nestacionarnim uslovima - pri ubrzavawu vozila. Neravnomernost raspodele sme{e po cilindrima uslovqena je, ~iwenicom da se u usisnoj grani nalaze dve materije razli~itih agregatnih stawa: vazduha i para goriva i te~nog goriva, u vidu kapi i sloja. Za ostvarivawe ravnomerne raspodele sme{e potrebno je obezbediti iste masene protoke goriva i vazduha za svaki cilindar i za svaki takt usisavawa. Izvr{ena merewa u vi{ecilindri~nim motorima pokazala su da se puwewa neznatno razlikuju po masi vazduha, a znatno po masi goriva. Ove pojave su naro~ito izraène u uslovima ekstremnih temperatura u zimskim i letwim uslovima i to: pu{tawa u rad nezagrejanog motora na niskim temperaturama i zagrejanog motora na povi{enim temperaturama.

182

Goriva

Savremena re{ewa ure|aja za obrazovawe sme{e se vi{e ne zasnivaju na karburatoru, ve} na novom konceptu kojim se ta~no odre|ena koli~ina motornog benzina ubrizgava u usisnu granu motora. Ubrizgavawe benzina u usisnu granu, uz kontrolu, pra}ewe i upravqawe celokupnim sistemom za napajawe motora gorivom i paqewe obrazovane sme{e, ostvaruje se na dva na~ina: - ubrizgavawem, samo na jednom mestu (u usisnoj grani iznad leptira, Slika 5.9), i - ubrizgavawem za svaki cilindar ponaosob (Slika 5.10).

Slika 5.9: Mono (centralno) ubrizgavawe benzina na leptir /9/

183

5 Te~na goriva

Slika 5.10

Pored kontrolisane i optimirane pripreme gorive sme{e ceo sistem je mnogo sloèniji (Slika 5.11) i omogu}ava postizawe optimalnih performansi po svim kriterijuma: energetskim, ekolo{kim i ekonomskim. Obrazovawe sme{e u osnovi zavisi od karakteristika isparqivosti goriva.

5.3.2 ISPARQIVOST GORIVA Isparavawem se naziva proces prelaska te~ne faze u parnu. Brzina i potpunost prelaska goriva iz te~nog u parno stawe u datim uslovima odre|eni su prvenstveno frakcionim sastavom samog goriva, {to se kra}e naziva isparqivo{}u goriva. Uticajne veli~ine na isparqivost su svakako temperatura, brzina kretawa struje gasa i dr. U razli~itim loì{tima kotlova i pe}i, motorima ove vrednosti nisu ni jednake ni sli~ne, pa zato potrebne karakteristike isparqivosti ne mogu da budu sli~ne - zahtev za potrebnom isparqivo{}u goriva proisti~e direktno od postrojewa u kome se gorivo koristi. Isparavawe sa slobodne povr{ine te~nosti nastaje na bilo kojoj temperaturi, pri ~emu je isparavawe brè {to je slobodna povr{ina ve}a. Pove}awem temperature, isparavawe se pove}ava. Isparavawe te~nosti sa slobodne povr{ine moè biti stati~ko i dinami~ko. Pod stati~kim isparavawem podrazumeva se takvo isparavawe kod koga nema me|usobnog kretawa izme|u povr{ine goriva i vazduha (isparavawe te~nog goriva u uslovima skladi{tewa u rezevoarima). Dinami~kim isparavawem naziva se isparavawe, u uslovima me|usobnog relativnog kretawa povr{ine te~nosti i vazduha. Takvo isparavawe se uo~ava u oto motorima sa unutra{wim sagorevawem pri isparavawu goriva prilikom obrazovawa sme{e. Pri svim ostalim nepromewenim uslovima brzina dinami~kog isparavawa je uvek ve}a u odnosu na brzinu stati~kog isparavawa.

184

Goriva

" 9 8 o g u J ' a l i z o v a z 1 . 3 P M C I N O R T O M

: 1 1 . 5 a k i l S

5 Te~na goriva

185

U op{tem slu~aju sa porastom molekulske mase ugqovodonika iz goriva pogor{ava se isparqivost, jer istovremeno raste i gustina i temperatura kqu~awa. Kako su te~na goriva u stvarnosti sme{a velikog broja ugqovodonika, za koje je utvr|eno da isparavaju u odre|enom temperaturskom intervalu, ne}e pri wihovom isparavawu do}i do prelaska celokupne mase goriva u parno stawe na jednoj odre|enoj temperaturi: postepenim zagrevawem do}i }e do izdvajawa i prelaska u parno stawe najpre ugqovodonika sa najniòm temperaturom kqu~awa, a zatim redom sve teìh i teìh. Ako se nastale pare goriva i kondenzuju i ako se pri tome beleè temperature, dobija se kriva isparavawa goriva ili kriva destilacije. Odre|ivawe krive isparavawa vr{i se jednostavnim ure|ajem koji je dat Slikom 5.12. Zagrevawem goriva (100 cm3 ), nastale pare prolaze kroz hladwak gde se kondenzuju. Te~na faza se hvata u menzuru i o~itava predestilisana koli~ina goriva. Pri tome se beleè za svakih deset kubnih centimetara odgovaraju}e temperature, a dobijene vrednosti grafi~ki se predstavqaju.

Slika 5.12:

Ure|aj za odre|ivawe krive isparavawa: 1-opitna posuda, 2termometar, 3-vodeno kuptilo, 4-menzura, 5-elektri~ni greja~

186

Goriva

Na Slici 5.13 date su karakteristi~ne krive isparavawa uobi~ajenih goriva.

Slika 5.13: Krive isparavawa motornih benzina i dizel goriva

Za ocenu isparqivosti benzina ovakav na~in odre|ivawa je neadekvatan, jer su uslovi odre|ivawa karakteristika isparavawa u eksperimentu stati~ki, a u uslovima primene benzin isparava u dinami~kim uslovima. Ocena dinami~kih uslova isparavawa je izuzetno oteàna i sloèna i pored toga, za svaku vrstu goriva, potrebno bi bilo konstruisati odgovaraju}i ure|aj koji bi sa vi{e ili mawe ta~nosti opona{ao stvarne uslove rada. Kako uslovi rada razli~itih motora i toplotnih postrojewa nisu isti, dosada{wi poku{aji, da se stvori jednostavan ure|aj za ocenu dinami~ke isparqivosti, nisu urodili plodom. Navedeni metod, omogu}ava jedinstvenim ure|ajem i za kratko vrema odre|ivawe jedne od mogu}ih karakteristika isparavawa, sa dobrom reproduktivno{}u dobijenih rezultata, tako da je prihva}en i {iroko kori{}en u celom svetu, pa i u nas.

Odgovaraju}i zna~aj ima toplota isparavawa, koja predstavqa koli~inu toplote potrebne da jedinica koli~ine (obi~no mase) bude prevedena iz te~nog agregatnog stawa u parno. Ukoliko je toplota isparavawa velika, onda }e se prilikom obrazovawa gorive sme{e utro{iti relativno velika koli~ina toplote, pa }e se temperatura cele sme{e sniziti i brzina isparavawa }e se smawiti. Porede}i, na primer, isparqivost benzina, ~ija je toplota isparavawa 403,11 kJ/kg sa isparqivo{}u etilalkohola, ~ija je toplota isparavawa 891,62 kJ/kg utvr|eno je da pri temperaturi vazduha koji se uvodi u motor od 60°C u parno stawe pre|e 97% benzina, a samo 67% etilalkohola. Pad temperature je me|utim u prvom slu~aju bio 24°C (temperatura se smawila na 36°C), a u drugom slu~aju ~ak celih 60°C (temperatura se snizila na 0°C) /8/. Na osnovu izloènog moè se zakqu~iti da brzina i potpunost isparavawa u postrojewu u kome se primewuju zavise sa jedne strane od osobina goriva (frakcionog sastava, toplote isparavawa, koeficijenta difuzije), i s druge strane od spoqa{wih uslova (temperature, pritiska, veli~ine povr{ine isparavawa,

5 Te~na goriva

187

relativne brzine strujawa vazduha u odnosu na povr{inu goriva). Ukoliko se, me|utim, isparavawe odvija u zatvorenom prostoru sa slobodne povr{ine te~nosti, posle odre|enog vremenskog intervala uo~i}e se da }e nivo te~nosti prestati da se smawuje usled uspostavqawa dinami~ke ravnoteè izme|u parne i te~ne faze: koli~ina molekula koja isparava sa povr{ine te~nosti jednaka je koli~ini molekula koji prelaze iz parnog u te~no stawe. Pritisak koji obrazuju pare goriva u uslovima ravnote`nog stawa sa te~no{}u, na odre|enoj temperaturi, naziva se pritisak zasi}enih para. Za homogena jediwewa ovaj pritisak zavisi od temperature i prirode te~nosti: za sloène te~nosti (iz vi{e komponenti), kao {to su te~na ugqovodoni~na goriva, ova veli~ina zavisna je i od odnosa zapremina, parne i te~ne faze. Pritisak zasi}enih para odre|uje se ure|ajem po Reid-u (Ridu). Goriva lak{eg frakcionog sastava po pravilu imaju ve}i pritisak zasi}enih para. Pode{avawem sadràja najlak{e isparqivih komponenata u jednom gorivu moè se omogu}iti lak start motora u zimskim uslovima, kada je okolna temperatura niska, a spre~iti pojava isparavawa goriva u letwim mesecima, kada je, nasuprot, temperatura visoka. Suvi{e velika koli~ina lako isparqivih komponenata u gorivu uzrok je i odre|enih gubitaka goriva u uslovima skladi{tewa. Odnos parne faze prema te~noj fazi nekog goriva (V/L) defini{e se kao zapremina nastalih para goriva po jedinici zapremine te~nog goriva pri odre|enoj temperaturi i pritisku. Karakteristike isparqivosti goriva ocewuju se, zna~i, preko nekoliko karakteristi~nih veli~ina: krive isparavawa, pritiska zasi}enih para i odnosa parne i te~ne faze (V/L odnosa - Vapour - Liquid). Na Slici 5.14 je prikazan uticaj isparqivosti (preko krive isparavawa) na probleme koji se mogu javiti u toku eksploatacije putni~kog motornog vozila. Kao {to se moè uo~iti, osnovni problemi vezani za isparqivost benzina su u uslovima hladnog (zimski uslovi) i toplog vremena (letwi uslovi).

5.3.2.1 Uticaj isparqivosti benzina na niskim temperaturama Neophodna isparqivost benzina na niskim temperaturama je kqu~na u uslovima hladnog rada motora i to prilikom wegovog pokretawa (startovawa) i rada jo{ nedovoqno zagrejanog motora.

188

Slika 5.14:

Goriva

Uticaj isparqivosti goriva na neke od problema koji nastaju pri eksploataciji putni~kih motornih vozila

189

5 Te~na goriva

5.3.2.1.1

Uticaj isparqivosti benzina na startovawe hladnog motora

Te{ko}e pri startovawu hladnog motora rezultat su odre|enih osobina samog motora, ali i niza drugih uticajnih faktora. Uticajne veli~ine mogu se razvrstati u ~etiri grupe: - konstruktivne veli~ine, - oprema, - gorivo i odgovaraju}e mazivo uqe, i - odràvawe motora. Ne razmatraju}i u daqem konstruktivne veli~ine (stepen kompresije, oblik prostora za sagorevawe, konstruktivno izvo|ewe usisne grane i obrazovawe sme{e i dr.), opremu (sistem za dovod goriva, akumulator), odràvawe (pod pretpostavkom da je motor odràvan u svemu po propisima proizvo|a~a), kao i izbor motornog uqa, razmotri}e se samo uticaj goriva. U uslovima niskih temperatura isparavawe benzina je oteàno kako usled niske temperature samog benzina i wegovog lo{ijeg raspr{ivawa pri malim brzinama u difuzoru, tako i usled pada temperature zbog isparavawa dela benzina. Tako|e, deo isparenog benzina se kondenzuje usled hladnih zidova usisne grane. Ispitivawima je utvr|eno da u ovim uslovima samo 10% od ukupne koli~ine goriva dospe u parnom stawu u cilindar. Koli~ina benzina u parnom stawu bila bi nedovoqna za pokretawe motora, pa se zato, da bi se postigla dowa koncentraciona granica upaqivosti, sme{a mora obogatiti. Zbog toga se, kao veli~ina merodavna za ocenu mogu}nosti ostvarewa uspe{nog starta motora uzima odgovaraju}a temperatura krive isparavawa - temperatura na kojoj ispari 10% goriva. Uspe{an start motora bi}e kada se u benzinu nalazi {to vi{e lakih frakcija, odnosno onda kada je temperatura na kojoj ispari 10% goriva nià. To je i razlog da se u nas, u okviru istog kvaliteta benzina, danas proizvode dve gradacije: letwi i zimski benzin. Osnovna razlika izme|u ove dve gradacije je u isparqivosti po~etka krive isparavawa: t10 kod zimskog benzina je nià i wena maksimalno dozvoqena vrednost iznosi 55°C dok je kod letweg t10 =65°C (JUS B.H2.220). Pored desetopostotne ta~ke krive isparavawa za ocenu sadràja najlak{e isparqivih frakcija u benzinu koristi se i pritisak zasi}enih para. Ve}em sadràju najlak{e isparqivih komponenata odgovara i vi{i prit isak zasi}enih para, a nià temperatura na kojoj ispari 10% benzina (i obratno). Propisane maksimalne vrednosti pritiska zasi}enih para za zimski i letwi benzin iznose: leti - 70kPa, a zimi - 90kPa

190

Goriva

Pored temperature na kojoj ispari 10% benzina i pritiska zasi}enih para, za ocenu uticaja benzina na start motora na niskim temperaturama koriste se jo{ temperatura po~etka isparavawa, temperatura na kojoj ispari 20%, nagib krive isparavawa u t10 i koli~ina benzina koja ispari do 70°C. Na Slici 5.17 data je zavisnost temperature vazduha pri kojoj je mogu} start motora zavisno od isparqivosti benzina; definisane temperaturom po~etka isparavawa, t10 , t20 i koli~inom koja ispari do 70°C. Na Slici 5.15 data je tako|e zavisnost temperature vazduha na kojoj je mogu} start motora od pritiska zasi}enih para /11/, a na Slici 5.16 data je zavisnost vremena startovawa zavisno od temperature vazduha i isparqivosti goriva.

Slika 5.15:

Zavisnost vremena startovawa od okolne temperature vazduha i isparqivosti goriva (t10 ) /11/

Slika 5.16:

Zavisnost temperature vazduha, na kojoj je mogu} start motora, od pritiska zasi}enih para: tv-temperatura vazduha, pzp -pritisak zasi}enih para goriva ({rafirani deo ozna~ava podru~je u kome start nijemogu}) /12/

5 Te~na goriva

Slika 5.17:

191

Zavisnost temperature vazduha, pri kojoj je mogu} start motora od karakteristika isparqivosti benzina: tpi -temperatura po~etka isparavawa, t10 -temperatura na kojoj ispari 10%, t20 temperatura na kojoj ispari 20%, V70°C -koli~ina lakih frakcija koja ispari do 70°C (ispod krivih je oblast u kojoj start nije mogu}) /10/

192

5.3.2.1.2

Goriva

Uticaj isparqivosti benzina na zagrevawe motora

Vreme zagrevawa motora defini{e se kao vremenski interval od trenutka pokretawa motora do trenutka postizawa mirnog rada (postizawa predvi|enih vrednosti snage, temperatura vode za hla|ewe, temperature mazivog uqa, broja obrta i dr.). Poèqno je da ono bude {to kra}e, jer za vreme perioda zagrevawa dolazi do lo{ijeg obrazovawa sme{e i lo{ijeg sagorevawa pa motor odaje i mawu snagu (Slika 5.18). Na vreme zagrevawa motora uti~e temperatura na kojoj ispari 50% benzina. Wena optimalna vrednost je direktno zavisna od temperature okolnog vazduha.Sa padom temperature vazduha potrebna je i nià vrednost t50 . Na Slici 5.19 data je zavisnost vremena zagrevawa od isparqivosti (t50 ).

Slika 5.18:

Snaga motora zavisno od broja obrta pri temperaturi vode za hla|ewe od 80°C (kriva 1) i 40°C (kriva 2)

Slika 5.19:

Zavisnost vremena zagrevawa od isparqivosti goriva: ô-vreme zagrevawa ( min ), t50 temperatura isparavawa 50% goriva /12/

5 Te~na goriva

5.3.2.1.3

193

Uticaj isparqivosti benzina na zale|ivawe karburatora

Potrebna koli~ina toplote za isparavawe benzina oduzima se od okolnog vazduha i ku}i{ta karburatora. Posledica je hla|ewe, tako da se u odre|enim klimatskim uslovima javqaju temperature ispod ta~ke mr`wewa. Kako se u vazduhu nalazi uvek odre|ena koli~ina vlage, javqa se tanak sloj leda na onim delovima karburatora koji se nalaze u blizini zone raspr{ivawa. Pojava leda izaziva smawewe popre~nog preseka kroz koji prostrujava vazduh. Pri niskim brojevima obrta i pri delimi~nom optere}ewu koli~ina gorive sme{e se smawuje, broj obrta opada i javqaju se prekidi u radu. U krajwe nepovoqnim slu~ajevima moè do}i do prekida rada motora (kada leptir zamrzne uz difuzor). Zale|ivawe karburatora zavisi od temperature i vla`nosti vazduha, konstrukcije usisnog sistema, isparqivosti benzina (zajedno sa toplotom isparavawa) i uslova rada motora.

Slika 5.20:

Uticaj relativne vla`nosti vazduha i temperature na pojavu zale|ivawa karburatora /14/

Najpovoqniji uslovi za pojavu zale|ivawa karburatora javqaju se u hladnim ki{ovitim danima (Slika 5.20). Najve}i broj smetwi i prekida rada motora javqa se kada je relativna vla`nost vazduha 100%-centna i temperatura okolnog vazduha 4-5°C. Temperatura od 11°C je suvi{e visoka za pojavu leda, a na temperaturama ispod -2°C u vazduhu se nalazi veoma malo vlage, da bi to moglo da izazove zale|ivawe karburatora. Lak{e isparqiva goriva kao i goriva ve}e

194

Goriva

toplote isparavawa izazivaju ve}e hla|ewe pa i ~e{}u pojavu leda - Slika 5.21. Dosada izvr{ena ispitivawa ukazuju da dominantan uticaj na pojavu zale|ivawa ima t50 . Danas se ovaj problem re{ava dodavawem specijalnih povr{insko aktivnih aditiva gorivu, koji spre~avaju prijawawe leda na metal. U op{tem slu~aju stvarawe leda se javqa pri delimi~nim optere}ewima, mada se kod nekih motora ova pojava moè javiti i pri pu nom optere}ewu.

5.3.2.1.4

Uticaj isparqivosti na habawe motora

Slika 5.21:

Uticaj isparqivosti goriva na hla|ewe metalnih delova karburatora: 1-gorivo male isparqivosti, 2-gorivo sredwe isparqivosti, 3-gorivo visoke isparqivosti /15/

Potpunost isparavawa benzina, kao i koli~ina teìh frakcija u wemu, ocewuju se na osnovu temperature na kojoj ispari 90% goriva. Vi{e temperature ove karakteristi~ne veli~ine ukazuju na ve}u koli~inu teè isparqivih komponenata u benzinu. Teè frakcije ne uspevaju da ispare u potpunosti, a naro~i-

5 Te~na goriva

195

to u uslovima startovawa na niskim temperaturama jo{ nezagrejanog motora i dospevaju u te~nom stawu u cilindar motora. Ova koli~ina benzina se sliva izme|u cilindra i klipa spiraju}i postoje}i sloj mazivog uqa. Posledica je razre|ewe uqa, a time i pove}ano habawe. Osnovni uzrok habawa nije ipak razre|ewe uqa, ve} wegovo spirawe sa povr{ina u dodiru - klipnih prstenova, klipa i cilindra, na primer. Zavisnost uticaja te{kih frakcija u benzinu, na habawe motora predstavqena je na Slici 5.22.

Slika 5.22:

Zavisnost habawa motora od isparqivosti goriva i koeficijenta vi{ka vazduha /13/: 1-benzin ~ije su t90 =200°C, tki =225°C, 2-benzin ~ije su t90 =180°C, tki =205°C

5.3.2.2 Uticaj isparqivosti benzina na povi{enim temperaturama Problemi na povi{enim temperaturama vezani su za uslove zagrejanog motora prilikom startovawa i wegovog rada.

196

5.3.2.2.1

Goriva

Uticaj isparqivosti benzina na obrazovawe parnih ~epova

U uslovima rada zagrejanog motora na povi{enim temperaturama (letwi klimatski uslovi) moè do}i do prekida rada motora i wegovog zaustavqawa u zavisnosti od karakteristika isparqivosti primewenog benzina. Ovi problemi se javqaju kao posledica isparavawa najlak{ih komponenata benzina u instalaciji za napajawe motora gorivom. Obrazovane pare goriva poseduju zapreminu koja je 150-200 puta ve}a od zapremine benzina koji je ispario. U takvim uslovima umesto te~ne faze, u sistemu za napajawe motora gorivom nalaze se sme{a te~ne i parne faze goriva (obrazuju se takozvani 'parni ~epovi"), tako da pumpa za dovod goriva dovodi mawu koli~inu benzina i goriva sme{a, koja dospeva u komoru za sagorevawe motora, osiroma{uje. Motor po~iwe nestabilno da radi na praznom hodu, prekida u vo`wi i u ekstremnom slu~aju se zaustavqa. Nastajawe parnih ~epova u instalaciji za dovod goriva zavisi od isparqivosti benzina i reìma rada motora. Pogodni uslovi se javqaju naro~ito leti kada se ~esto vozi pod punim optere}ewem u brdskim predelima, gde je i atmosferski pritisak niì. Do isparavawa goriva dolazi: - u vodovima izme|u rezervoara i karburatora, - u pumpi za dovod goriva, naro~ito u wenom usisnom delu, gde zbog podpritiska nastaju povoqni uslovi za obrazovawe para goriva, i - u komori plovka karburatora. Najnepovoqniji uslovi nastaju posle duè vo`we pod punim optere}ewem i zaustavqawa vozila. Tada u znatnoj meri prestaje odvo|ewe toplote od strane okoline i u zatvorenom prostoru oko motora temperatura naglo raste (Slika 5.23). Na osnovu izvr{enih merewa utvr|eno je da, zavisno od okolne temperature, temperatura u prostoru oko motora (t1 ), temperatura u pumpi za gorivo (t2 ) i temperatura u plovkovoj komori karburatora (t3 ) dostiù vrednosti date u Tabeli 5.3. Tabela 5.1

t1 (°C)

t2 (°C)

t3 (°C)

30°C /14/

60-70

50-65

55-75

35°C /43/

70-80

72

-

40°C /10/

90-95

70-75

-

Za okolnu temperaturu

Na osnovu ispitivawa vozila Zastava 750 utvr|eno je da temperatura u pumpi za gorivo benzina dostiè ~ak 80°C pri okolnoj temperaturi vazduha od 30°C (Slika 5.24). Zavisnost temperature pri kojoj se u vozilima javqaju parni ~epovi od karakteristika isparqivosti data je na Slici 5.25 /9/.

5 Te~na goriva

197

Slika 5.23:

Promena temperatura u prostoru oko motora, plovkovoj komori, pumpi za gorivo i glavnom brizga~u po zaustavqawu motora /16/

Slika 5.24:

Temperature benzina u pumpi za gorivo vozila Zastava 750 po zaustavqawu (tp), posle 15 minuta (tp15 ), i u komori plovka karburatora posle zaustavqawa (tk), u zavisnosti od temperature okolnog vazduha (tv ) /17/

198

Goriva

Slika 5.25:

Temperatura benzina pri kojoj dolazi do pojave parnih ~epova (tp ) u zavisnosti od tpi , t 10 i pritiska zasi}enih para benzina /10/ è

Sklonost ka obrazovawu para zavisi od koli~ine i svojstava ugqovodonika, koji su pri datoj temperaturi i pritisku sposobni da pre|u u parno stawe. I pored veze koja se moè uspostaviti ({to je ve}i pritisak zasi}enih para i nià temperatura po~etka isparavawa i 10%, to je ve}a sklonost ka nastajawu parnih ~epova), ni jedan od tih kriterijuma ne moè u potpunosti da da podatak koliko }e se para obrazovati u benzinu pri wegovom zagrevawu. Zato se, danas, iskqu~ivo koristi V/L (Vapor-Liquid) odnos - odnos parne i te~ne faze. Obi~no se odnos V/L nalazi u zavisnosti od temperature. Koriste}i dva tipa goriva sa poloènijom i strmijom krivom promene odnosa V/L sa temperaturom, i utvr|uju}i na vozilu kada dolazi do odgovaraju}ih smetwi usled pojave parnih ~epova, moè se odrediti kriti~ni V/L odnos, koji se odgovaraju}om proizvodwom benzina treba da spre~i (Slika 5.26). Kriti~ni V/L odnos odre|uje se iz preseka krivih opitnih goriva uzimaju}i za merodavne vrednosti zadwe krive bez smetwi i prve slede}e krive sa pojavom smetwi. Opitna goriva su pripremqena laboratorijskim putem a razli~itih su vrednosti V/L odnosa i razli~ite zakonitosti promene V/L odnosa sa temperaturom. Dodavawem tehni~kog n-pentana i izobutana dobijaju se krive promene V/L odnosa sa temperaturom razli~itog nagiba: goriva sa n-pentanom imaju ve}i nagib, a goriva sa izo-butanom - mawi.

5 Te~na goriva

Slika 5.26:

199

Odre|ivawe kriti~nog V/L odnosa i zahteva za potrebnim V/L odnosom

Kao posledica pojave para goriva mogu nastati slede}e pote{ko}e: prekid rada motora na praznom hodu, gubitak snage posle startovawa zagrejanog motora i moè do}i do 'ne prihvatawa" motora, {to se naro~ito uo~ava pri ubrzavawu vozila. Ove pojave naj~e{}e sluè kao kriterijumi za ocenu kvaliteta benzina wegove isparqivosti i utvr|ivawe potrebnog zahteva za odgovaraju}e vozilo ili vi{e vozila. Kriti~na vrednost V/L odnosa se za ve}inu putni~kih motornih kre}e oko vrednosti 25:1. Ispitivawima na nizu motornih vozila je tako|e utvr|eno da pri V/L odnosu jednakom 36:1 dolazi do nemogu}nosti rada motora zbog parnih ~epova, pa se zato pri proizvodwi benzina uzima kao grani~na dozvoqena vrednost.

200

Goriva

5.3.3 SAGOREVAWE U OTO MOTORU Sagorevawe predstavqa najva`niji takt jednog ciklusa u motoru jer se u toku sagorevawa hemijska energija goriva transformi{e u toplotnu, a ova u mehani~ku. Proces sagorevawa odre|uje karakteristike snage i ekonomi~nosti motora, a karakter wegovog odvijawa su{tinski uti~e na sigurnost i vek trajawa motora. Sa ekolo{ke strane proces sagorevawa odre|uje i nivo toksi~nih komponenata u izduvnim gasovima motora. Sagorevawe sme{e goriva i vazduha u motoru predstavqa krajwe sloèn skup fizi~ko-hemijskih procesa koji se odvijaju u uslovima brzih promena temperature, pritiska i koncentracija reaguju}ih materija. Izu~avawe procesa sagorevawa usloèno je i ~iwenicom da benzin ~ini sloènu sme{u razli~itih ugqovodonika. Pri sagorevawu se, u principu, moraju razgrani~iti dva procesa: proces paqewa i proces prostirawa plamena. Za paqewe gorive sme{e neophodno je dovesti odre|enu koli~inu energije iz okoline u koli~ini koja }e biti dovoqna, da bar u nekom delu zapremine obezbedi takve brzine hemijskih reakcija, da koli~ina nastale toplote bude ve}a od odvedene. Paqewe se moè ostvariti ili prinudnim putem ili samopaqewem. Prinudnim paqewem ostvaruje se intezivno lokalno zagrevawe maweg dela gorive sme{e do visoke temperature. Elektri~nom varnicom pri prinudnom paqewu, deo sme{e u zoni pra`wewa postiè skoro trenutno visoku temperaturu, koja daleko prevazilazi i temperaturu paqewa i temperaturu sagorevawa. Brzina reakcije sagorevawa u tom trenutku je izvanredno velika, ali posle prestanka delovawa elektri~ne varnice opada na veli~inu koja odgovara sagorevawu date sme{e u datim uslovima temperature i pritiska i koncentracije. Za razliku od procesa paqewa, proces prostirawa plamena ostvaruje se bez spoqa{nih uticaja na gorivu sme{u, jer se slede}i, susedni slojevi sveè sme{e pale na ra~un energije obrazovane pri sagorevawu prethodnih slojeva iste sme{e goriva i vazduha. Ne ulaze}i detaqnije u su{tinu paqewa i sagorevawa, ramatra}e se u daqem samo makro pojave ovih procesa. U uslovima rada motora sa unutra{wim sagorevawem puwewe radnom sme{om goriva i vazduha vr{i se brzinama, pri kojim se stvaraju vrtlo`na, vihorna kretawa sme{e. Ovakvo kretawe gorive sme{e biva o~uvano i tokom takta sabi jawa, tako da, u ovim uslovima, proces sagorevawa ima izrazit turbulentan karakter. Brzina prostirawa plamena kre}e se u granicama 10-40 m/s. Na pove}awe brzine sagorevawa uti~e niz faktora: ona je direktno proporcionalna broju obrta, temperaturi i pritisku. Brzina prostirawa plamena zavisi u osnovi od koeficijenta vi{ka vazduha i maksimalnu vrednost dostiè za = 0,850,9.

5 Te~na goriva

201

Na nekim reìmima rada motora odnosno vozila: - pri kori{}ewu benzina koji ne odgovara u potpunosti zahtevima motora odnosno vozila, - usled lo{e konstrukcije komore za sagorevawe, - lo{eg odràvawa motora, - oteànih uslova eksploatacije, moè do}i do jednog od vidova nenormalnog sagorevawa - detonativnog sagorevawa (Slika 5.27). I pored toga {to su uzroci i posledice ovakvog, krajwe {tetnog vida sagorevawa u principu dobro poznati, su{tina i mehanizam same pojave ni do dan-danas nisu u potpunosti razja{weni. Upro{}eno ova pojava se moè opisati pojavom samopaqewa dela sme{e goriva i vazduha, do koje, posle paqewa inicijalnog dela gorive sme{e, front plamena nije dospeo i to na vi{e mesta pri ~emu se obrazuje udarni, detonativni talas. U po~etku samopaqewe i obrazovawe novog fronta plamena se javqa na jednom ili na nekoliko mesta u nesagorelom delu sme{e. Udarni talasi koji se obrazuju i koji se prostiru po celoj zagrejanog aktivnoj sme{i izazivaju i potpomaù samopaqewe ostalog neupaqenog dela sme{e. Pri tome brzina prostirawa plamena postaje ista kao i brzina detonativnog talasa tj. javqa se detonativni talas sagorevawa, brzine 2000 do 2500 m/s.

Slika 5.27:

Upro{}ena {ema mogu}ih vidova nenormalnog sagorevawa, definisana od strane CRC

(Coordinating Research Council)

202

Goriva

Na taj na~in detonativno sagorevawe moè se okarakterisati veoma brzim zavr{etkom procesa sagorevawa kao rezultat samopaqewa gorive sme{e, pra}eno nastajawem udarnog talasa, koji sa svoje strane pomaè da se sagorevawe ostatka gorive sme{e zavr{i nadzvu~nom brzinom. Spoqni pokazateqi detonativnog sagorevawa su karakteristi~an metalni zvuk, dim u izduvnim gasovima i pregrevawe motora. Metalni zvuk je rezultat vi{estrukih periodi~nih odbijawa udarnih talasa od i o zidove komore za sagorevawe. Merewima i snimawem takozvanih indikatorskih dijagrama (Slika 5.28) uo~avaju se oscilacije pri kraju sagorevawa, ~ija je u~estanost reda veli~ine od nekoliko hiqada herca. Pove}awe pritiska, samo po sebi, sa ta~ke gledi{ta mehani~ke otpornosti motora ne bi predstavqalo opasnost da se ovi maksimumi i minimumi ne javqaju u vidu krajwe kratkih impulsa (traju mawe od 0,0001 s). Istovremeno, ova pojava izaziva uklawawe sloja motornog uqa sa povr{ine cilindra pove}avaju}i, na taj na~in, habawe cilindara i klipnih prstenova. Tako|e oscilatorni karakter ovih oscilacija pritiska o{te}uje antifrikcione materijale leàja klipwa~e. Pored mehani~kog preoptere}ewa, usled detonativnog sagorevawa dolazi i do termi~kog preoptere}ewa: najve}a opasnost ovog vida sagorevawa sastoji se u pove}anom odavawu toplote zidovima komore za sagorevawe i ~elu klipa. Ovo vodi pregrejavawu motora i moè izazvati lokalna o{te}ewa povr{ina komore za sagorevawe i ~ela klipa, ~iji se prvi tragovi manifestuju pojavom pukotina, a krajwi rezultat moè biti pregorevawe.

Slika 5.28:

Snimqeni indikatorski dijagrami normalnog (a), i detonativnog (b, v) sagorevawa u motoru

Pojavi detonativnog sagorevawa pogoduju pove}awa stepena kompresije, pove}ani koeficijent vi{ka vazduha, pove}awe optere}ewa uz smawewe broja obrta, pove}awe ugla predpaqewa, nastajawe taloga na ~elu klipa i u komori za sagorevawe, kao i neadekvatan kvalitet goriva.

5 Te~na goriva

203

Ne ulaze}i detaqnije u obrazlagawe uticaja konstruktivnih i eksploatacionih faktora, da}e se u daqem tekstu uticaj goriva na pojavu i spre~avawe detonativnog sagorevawa. Ispitivawima koja su do sada izvr{ena utvr|eno je da najmawu otpornost prema detonativnom sagorevawu poseduju lan~ani nerazgranati ugqovodonici - parafinski ugqovodonici, kod kojih sa porastom molekulske mase otpornost prema detonativnom sagorevawu opada. Otpornost prema detonativnom sagorevawu daqe raste preko nezasi}enih, lan~anih ugqovodonika (olefinskih) do izoparafinskih i aromatskih ugqovodonika (Slika 5.29). To je i razlog {to se nizom postupaka prerade parafinski i olefinski ugqovodonici prevode u aromatske i izoparafinske ugqovodonike.

Slika 5.29: Oktanski broj ugqovodonika razli~itog grupnog sastava /11/

204

Goriva

5.3.4 OTPORNOST PREMA DETONATIVNOM SAGOREVAWU BENZINA Otpornost prema detonativnom sagorevawu benzina predstavqa jednu od wegovih najva`nijih karakteristika. Sa pojavom nenormalnog sagorevawa u motorima istraìva~i su se susreli prvi put 1919. godine, a ve} u periodu 1920-1927. godine javqaju se i prve metode za ocenu kvaliteta goriva s obzirom na otpornost prema detonativnom sagorevawu. Kori{}eni kriterijumi (kriti~ni stepen sabijawa i drugi) nisu obezbe|ivali dobro pore|ewe dobijenih rezultata, a i dobijeni rezultati su se lo{e slagali sa istim karakteristikama u uslovima eksploatacije motora odnosno vozila. Pojam oktanskog broja uveden je 1927. godine, kada su za etalon goriva predloèni individualni ugqovodonici: izooktan (2, 2, 4 tri metilpentan) C8 H18 i normalni heptan C7 H16 , koji su se me|usobno jako razlikovali s obzirom na otpornost prema detonativnom sagorevawu. Izooktan poseduje veliku otpornost prema detonativnom sagorevawu pa je uzeto da ima takozvani 'oktanski broj" - 100, a normalni heptan - veoma malu, pa mu je oktanski broj jednak nuli (uslovno uzet). Obrazuju}i sme{e ovih etalon goriva mogu se dobiti oktanski brojevi od 0 do 100. Procenat izooktana u ovim sme{ama predstavqa wihov oktanski broj. Su{tina odre|ivawa oktanskih brojeva sastoji se u ispitivawu benzina nepoznatog pona{awa s obzirom na otpornost prema detonativnom sagorevawu na specijalnom jednocilindri~nom motoru, koji ima mogu}nost promene stepena sabijawa i pore|ewa wegovog sagorevawa sa opitnim me{avinama izooktana inheptana: osnovni ciq je da se na|e sme{a izooktana i n-heptana koja }e pod istim uslovima ispitivawa imati ista antidetonativna svojstva kao i ispitivani uzorak. Otpornost prema detonativnom sagorevawu karakteri{e se pomo}u oktanskog broja, koji je brojno jednak procentualnom sadràju izooktana u sme{i sa n-heptanom, koja u propisanim standardnim uslovima ispitivawa na specijalnom motoru antidetonativno sagoreva isto kao i ispitivani benzin. Ako je na primer, ispitivani benzin sagorevao isto kao i sme{a od 96% izooktana i 4% n-heptana, kaè se da je oktanski broj benzina -96. Od ocewivawa otpornosti prema detonativnom sagorevawu preko oktanskog broja prvobitno, do danas s obzirom na razvoj konstrukcija i namenski razli~itih motora, broj mogu}nosti za ocenu pona{awa jednog benzina u realnom motoru je stalno rastao. Danas se za ocenu pona{awa jednog benzina koristi ~itav niz karakteristika otpornosti prema detonativnom sagorevawu: istraìva~ki oktanski broj, motorski oktanski broj, osetqivost, putni oktanski broj, distribucioni oktanski broj, ÄR i dr.

5 Te~na goriva

205

5.3.4.1 Odre|ivawe istraìva~kog i motorskog oktanskog broja Ocena otpornosti prema detonativnom sagorevawu pomo}u oktanskih brojeva vr{i se pomo}u takozvanog 'istraìva~kog" i 'motorskog" oktanskog broja. Ispitivawa se obavqaju na jednocilindri~nim opitnim CFR (Cooperative Fuel Research) motorima, konstruisanim tako da im se, u odre|enom opsegu, moè mewati stepen sabijawa, dok se pri ispitivawu svi ostali mogu}i uticajni parametri (temperatura sredstava za hla|ewe, temperatura uqa za podmazivawe, temperatura usisnog vazduha i dr.) odràvaju konstantnim. Stepen kompresije je izabran kao direktno uticajna veli~ina na pojavu detonativnog sagorevawa (Slika 5.30). Odre|ivawe oktanskog broja i istraìva~kom i motorskom metodom svodi se na

Slika 5.30: Opitni motor za odre|ivawe oktanskog broja

slede}e: opitni jednocilindri~ni motor pu{ta se u rad i dovodi na propisani reìm. Zatim se prelazi na rad motora sa gorivom ~iji se oktanski broj odre|uje i tokom rada postepeno pove}ava stepen kompresije do pojave intezivnog i ~ujnog detonativnog sagorevawa ({to se kontroli{e takozvanim mera~em inteziteta detonativnog sagorevawa). Po nalaèwu sastava sme{e goriva i vazduha (koeficijenta vi{ka vazduha) stepen sabijawa se smawuje i dovodi se intenzitet detonativnog sagorevawa na propisani nivo. Zadràvaju}i sve uticajne veli~ine stalnim, kao i odgovaraju}i stepen sabijawa, prelazi se na rad sa etalon gorivima (sme{ama izooktana i n-heptana) - poznatog oktanskog broja i traì ona sme{a, koja }e u datim uslovima sagorevati detonativno kao i

206

Goriva

ispitivano gorivo. Procentualno zapreminsko u~e{}e izooktana u sme{i sa nheptanom, brojno je jednak oktanskom broju ispitivanog goriva (benzina). Tabela 5.2

Osnovne karakteristike Broj obrta (min-1 )

Istraìva~ka metoda F-

1

Motorska metoda F-2

600±6

900±9

100

100

-

149

Temperatura usisnog vazduha (°C)

52

-

Ugao predpaqewa (°kolena kolenastog vratila pre SMT)

13

promenqiv

Temperatura sredstava za hla|ewe (°C) Temperatura gorive sme{e (°C)

Istraìva~ka metoda odre|ivawa oktanskog broja popravqena je i dopuwena 1939. godine u odnosu na prvobitno kori{}enu. Osnovne razlike ove dve metode date su u Tabeli 5.4. Motorska metoda odre|ivawa oktanskog broja benzina razra|ena je jo{ 1932. godine kao rezultat odre|enog nezadovoqstva sa tada kori{}enom istraìva~kom metodom (dobijeni rezultati po istraìva~koj prvobitnoj metodi nisu se dovoqno slagali sa pona{awem goriva u uslovima eksploatacije). Pored ameri~kih CFR motora, u daqem vremenskom periodu razvijeni su i drugi od kojih se danas koriste motori sli~ne konstrukcije u biv{em Sovjetskom Savezu i SR Nema~koj. Ispitivawe otpornosti prema detonativnom sagorevawu benzina po istraìva~koj metodi vr{i se u uslovima mawe optere}enog reìma rada motora, nego {to je to slu~aj kod motorske metode. Zato je oktanski broj benzina odre|en po istraìva~koj metodi obi~no uvek vi{i za nekoliko oktanskih jedinica u odnosu na oktanski broj odre|en po motorskoj metodi. Iz istog razloga se moè napisati relacija

gde su:

IOB MOB -

istraìva~ki oktanski broj, motorski oktanski broj.

5 Te~na goriva

207

Pore|ewem dobijenih vrednosti IOB i MOB sa pona{awem benzina u primeni, uo~ilo se da oktanski broj dobijen istraìva~kom metodom karakteri{e antidetonativne karakteristike benzina pri radu motora odnosno vozila u uslovima gradske vo`we, odnosno u uslovima relativno maweg toplotnog optere}ewa motora. U uslovima dugih me|ugradskih vo`wi na otvorenom putu, kada je motor toplotno vi{e optere}en, pokazalo se da je za ocenu otpornosti prema detonativnom sagorevawu boqi oktanski broj odre|en motorskom metodom.

5.3.4.2 Osetqivost benzina Istraìvawa otpornosti prema detonativnom sagorevawu pokazala su da benzin razli~itog grupnog svojstva na razli~itim reìmima rada motora pokazuju razli~ita svojstva. Ovakvo pona{awe obja{wava se razli~itom osetqivo{}u benzina u odnosu na reìm rada motora, pa je zato u ciqu potpunijeg ocewivawa antidetonativnih svojstava goriva uveden pojam 'osetqivosti", koji se defini{e razlikom izme|u istraìva~kog i motorskog oktanskog broja:

Od ugqovodonika koji se nalaze u nafti i produktima prerade nafte najve}u osetqivost poseduju olefinski ugqovodonici, a malo za wima zaostaju aromatski. Najneosetqiviji su parafinski, dok naftenski ugqovodonici zauzimaju mesto izme|u parafinskih i aromatskih ugqovodonika.

5.3.4.3 Odre|ivawe putnog oktanskog broja U po~etku ubrzavawa motornog vozila motor radi na niskim brojevima obrta i pri potpunom otvorenom leptiru karburatora, a pritisak u usisnoj grani se po svojoj vrednosti pribliàva atmosferskom. Nastajawe detonativnog sagorevawa pri niskim brojevima obrta bila je {iroko rasprostrawena pojava, naro~ito kod evropskih vozila sa ru~nom promenom stepena prenosa. Pored konstrukcije motora, ova pojava zavisi od oktanskog broja lako isparqivih komponenata goriva. Drugim re~ima, pored vrednosti istraìva~kog i motorskog oktanskog broja, potrebno je poznavati i raspodelu oktanskih brojeva du` krive isparavawa. Oktanski brojevi odre|eni istraìva~kom i motorskom metodom u stacionarnim uslovima rada opitnih jednocilindri~nih motora ne mogu da daju rezultate koji bi bili primenqivi u uslovima eksploatacije motornih vozila, koja rade u uslovima stalnih promena i broja obrta i optere}ewa.

208

Goriva

Ocena pona{awa motornih benzina u ovakvim uslovima rada moè se vr{iti samo na stvarnim vi{ecilindri~nim motorima kod kojih su ove pojave najvi{e i izraène. U tom ciqu vr{i se odre|ivawe otpornosti prema detonativnom sagorevawu benzina takozvanim putnim oktanskim brojem. Kako kod stvarnih motora nije mogu}e mewati stepen sabijawa, za izazivawe pojave detonativnog sagorevawa koristi se druga uticajna veli~ina na ovu pojavu: ugao pretpaqewa. Princip metode (takozvana modificirana Union Town) sastoji se u tome da se motorno vozilo specijalno opremi tako da je mogu}e merewe temperature vazduha na ulazu u karburator, temperature motornog uqa, temperature vode za hla|ewe, broja obrta i na kome je ugra|en ure|aj za promenu ugla pretpaqewa iz kabine voza~a. U ovako pripremqeno, relativno novo i dobro razra|eno vozilo (5000 do 8000 km pre|enog puta), ugra|en je niz rezervoara u kojima se nalaze odgovaraju}e me{avine izooktana i n-heptana, kao i rezervoar za uzorak benzina ~iji se putni oktanski broj ispituje. Postupak se svodi na ubrzavawe vozila u direktnom stepenu prenosa (IV brzina) od relativno niskog broja obrta (cca 1000 min-1 ) punim otvora leptira karburatora za odre|ene uglove pretpaqewa sve dok ne do|e do izrazite, ~ujne pojave detonativnog sagorevawa (do 2500 min-1 ). Ugao pretpaqewa se zatim postepeno smawuje (za svaki ugao vozilo se po istoj proceduri ubrzava) i utvrdi kada dolazi do grani~ne pojave detonativnog sagorevawa. Sa svakim od predvi|enih etalon goriva (me{avina izooktana i n-heptana) utvrdi se ugao pretpaqewa pri kome dolazi do pojave grani~nog detonativnog sagorevawa i dobijene vrednosti unose u odgovaraju}i dijagram: dobijena kriva predstavqa takozvanu 'ba`darnu krivu" (Slika 5.31). Sada se postupak ispitivawa ponavqa sa uzorkom benzina traèwem ugla pretpaqewa pri kome }e do}i do iste grani~ne pojave detonativnog sagorevawa. Ova vrednost unosi se na dijagram. Povla~ewem ordinate do preseka sa ba`darnom krivom, dobija se putni oktanski broj. Znaju}i fabri~ki pode{enu vrednost ugla predpaqewa moè se na ovaj na~in oceniti i zahtev motora odnosno vozila za potrebnim oktanskim brojem, a na osnovu zahteva oceniti da li ispitivani uzorak zadovoqava vozilo (ukoliko je POB ve}i od zahteva) ili ne (ukoliko je POB mawi od zahteva). Putni oktanski broj se po svojoj vrednosti nalazi izme|u istraìva~kog i motorskog:

Putni oktanski broj vaì za jedno vozilo i za jedan benzin. U Tabeli 5.5 dati su rezultati ispitivawa dva na{a benzina ispitivanih na pet motornih vozila, a na Slici 5.32 date su ba`darne krive za ista vozila i dobijene vrednosti putnih oktanskih brojeva za ista dva uzorka benzina.

209

5 Te~na goriva

Slika 5.31:

Odre|ivawe putnog oktanskog broja: 1-ba`darna kriva, dobijena sa me{avinom izooktana i n-heptana, 0-predstavqa fabri~ki pode{eno predpaqewe, zahtev iznosi 93,2 oktanske jedinice, POB1 -zadovoqava zahtev, a POB2 -ne

Tabela 5.3

Vozilo

Uzorak

I

II

A - Zastava

94,6

93

B - FIAT 125

98,7

94

V - AUSTIN MAXI

98,8

95,2

D - PEUGEOT 304

96,0

92,75

E - RENAULT R 10

95,5

93,2

210

Slika 5.32:

Goriva

Putni oktanski brojevi ispitivanih uzoraka benzina ( I i II ) na razli~itim vozilima (oznake odgovaraju Tabeli 5.5) /18/

Pored modificirane "Union-Town" metode, koristi se i metoda 'grani~ne linije" ("Border Line"). I ovom metodom uzimaju se brzina vozila i ugao predpaqewa, kao uticajne i zna~ajne veli~ine na pojavu detonativnog sagorevawa, ali ona daje vi{e podataka o odnosu izme|u goriva i motora. Odre|ivawe karakteristika otpornosti prema detonativnom sagorevawu u ovom slu~aju vr{i se na slede}i na~in: ugao predpaqewa se smawi, a brzina vozila uspori do minimalne u direktnom stepenu prenosa, a zatim ubrzava punim otvorom leptira karburatora. Utvr|uju se brzina (broj obrta) grani~ne pojave detonativnog sagorevawa i unosi kao ta~ka na dijagramu - ugao predpaqewa u funkciji broja obrta. U daqem se postupak ponavqa pove}avaju}i ugao predpaqewa za 2°KKV sve dok se ne dobiju kompletni pod aci u celom opsegu broja obrta rada motora. Kao i kod prve metode, izloèni postupak se vr{i prvo sa referentnim gorivima (me{avinama izooktana i n-heptana) i tek onda sa motornim benzinima, ~ije se karakteristike otpornosti prema detonativnom sagorevawu odre|uju.

211

5 Te~na goriva

Za ispitivani motorni benzin oktanski brojevi u celokupnom opsegu rada motora dobijaju se iz preseka krive za motorni benzin sa krivama referentnih goriva. Na Slici 5.33 dati su podaci krive grani~ne linije pojave detonativnog sagorevawa za referentna goriva i dva motorna benzina A i B, a oktanski brojevi motornih benzina A i B dati su u Tabeli 5.6 /20/. Metoda grani~ne linije koristi se i za odre|ivawe zahteva za potrebnim oktanskim brojem odre|nog motora u {irokom opsegu broja obrta motora. Najve}a vrednost oktanskog broja dobijena na ovaj na~in, predstavqa zahtev za oktanskim brojem tog motora. Na Slici 5.34 su dati podaci ispitivawa /21/ za motor 128.A.064 proizvo|a~a DMB, Rakovica koji se ugra|uje u vozila Zastava /21/.

Slika 5.33

Slika 5.34

Tabela 5.4

Motorni benzin A

Motorni benzin B

Oktanski broj

u (min-1 )

è (°KKV)

75

1750

13,0

70

1000

4,5

80

1150

10,0

75

1800

13,5

70

2200

16,0

65

2800

18,5

212

Goriva

5.3.4.4 Distribucioni oktanski broj i ÄR Kako su ispitivawa na vozilima skupa, zahtevaju ve}i broj vozila, qudi i vreme, u~iweno je vi{e poku{aja da se ova pojava simulira u laboratorijskim uslovima. U tom ciqu se odre|uju distribucioni oktanski broj ili/i ÄR 75 i sli~no. Odre|ivawe distribucionog oktanskog broja svodi se na ugradwu specijalnog hladwaka izme|u karburatora i usisne grane standardnog jednocilindri~nog opitnog motora (Slika 5.35). Ovaj dodatak, kroz koji struji voda pribli`ne temperature od 4°C, vr{i kondenzovawe delimi~no ili potpuno isparenih teìh frakcija benzina, omogu}avaju}i samo najlak{im frakcijama da do|u do cilindra motora, gde se odre|uje wihov oktanski broj. Dobijena vrednost oktanskog broja predstavqa takozvani distribucioni oktanski broj.

Slika 5.35: Dodatni ure|aj za odre|ivawe distribucionog oktanskog broja

Karakteristika ÄR predstavqa razliku istraìva~kog oktanskog broja benzina i istraìva~kog oktanskog broja odre|ene frakcije benzina. ÄR100°C na primer, predstavqa razliku IOB i oktanskog broja odre|enog istom metodom frakcije benzina koja ispari do 100°C i karakteri{e otpornost prema detonativnom sagorevawu lakih frakcija benzina. U op{tem slu~aju poèqno je da ÄR bude {to mawe.

5 Te~na goriva

213

5.3.4.5 Mogu}nosti pove}awa otpornosti prema detonativnom sagorevawu benzina Poboq{awem otpornosti prema detonativnom sagorevawu benzina omogu}ava se primena benzina u motorima vi{eg stepena sabijawa pa time i ve}i stepen korisnosti motora. Razvoj motora usko je bio vezan za razvoj benzina i pove}awe wegove otpornosti prema detonativnom sagorevawu. U SAD je 1926. godine 49 proizvo|a~a motornih vozila proizvodilo motore sa stepenom kompresije od 4,4, a odgovaraju}i oktanski broj benzina kretao se u {irokim granicama. Iste godine proizveden je benzin oktanskog broja od 70. Neophodnost saradwe izme|u motorne i naftne industrije naro~ito se jasno pokazala 1932. godine, kada je proizveden motor stepena kompresije od 6,2 (firma Krajsler), ali kako nije bilo odgovaraju}eg benzina, stepen kompresije se morao sniziti na 4,75. Prvobitno je otpornost prema detonativnom sagorevawu poboq{avana proizvodnim procesima i izborom optimalnih komponenata, u ciqu dobijawa visokog oktanskog broja, a kasnije i sa ciqem wegove ravnomerne raspodele po frakcijama - du` krive isparavawa. U principu benzin visoke otpornosti prema detonativnom sagorevawu se dobija pored me{awa benzinskih frakcija dobijenih razli~itim procesima (reformisawem, izomerizacijom, krekovawem i dr.) i dodavawem specijalnih supstanci, sposobnih da u malim koli~inama osetno poboq{ aju antidetonativna svojstva. Danas jo{ uvek naj~e{}e kori{}eni postupak za poboq{awe otpornosti prema detonativnom sagorevawu je dodavawe supstanci rastvorqivih u benzinu, koje su sposobne da u malim koncentracijama osetno poboq{aju antidetonativna svojstva. Ovim dodacima, nazvanim antidetonatorima, pored visokog antidetonativnog delovawa postavqa se jo{ niz zahteva: - da se dobro rastvaraju u gorivu, - da se malo ili uop{te ne rastvaraju u vodi, - da im isparqivost odgovara isparqivosti benzina, odnosno da im je temperatura kqu~awa unutar temperature po~etka i kraja isparavawa benzina, - da su stabilni u me{avini sa benzinom, - da nisu otrovni po okolinu, i - da ne ometaju predvi|en rad motora, odnosno da ne deluju korodivno na delove instalacije za dovod goriva. Ovim svim zahtevima te{ko je udovoqiti: od svih do sada kori{}enih antidetonatora najvi{e su kori{}ena metalo-organska jediwewa na bazi olova - tetraetilolovo i tetrametilolovo.

214

Goriva

I pored toga {to je upotreba olovnih alkilata u motornom benzinu u ve}ini razvijenih zemaqa ve} iskqu~ena, u na{oj zemqi je jo{ uvek u upotrebi i bi}e, verovatno, do kraja ovog veka, pa }e prednosti i mane wihovog kori{}ewa biti izloène. Primena tetraetilolova (Pb(C2 H5 )4 ) po~ela je posle ispitivawa niza organskih i metaloorganskih jediwewa koja je u SAD obavio Xeneral Motors u toku 1921. i 1922. godine, sa ciqem da se pove}a otpornost prema detonativnom sagorevawu benzina. Primena tetrametil olova (Pb(CH3 )4 ) je novijeg datuma (1962. godina) i posledica je relativno visoke temperature isparavwa tetraetilolova, a time i neadekvatno pokrivenog opsega isparavawa benzina sa gledi{ta otpornosti prema detonativnom sagorevawu. Osnovne fizi~ke karakteristike tetraetil i tetra metil olova date su u Tabeli 5.7. Tabela 5.5 Karakteristika

TEO

TMO

200

110

Molekulska masa (kg/kmol)

323,5

267,4

Gustina (kg/m3 )

1650

1995

Temperatura kqu~awa (°C)

Na povi{enim temperaturama u komori za sagorevawe tetraetilolovo se u potpunosti razlaè, obrazuju}i olovo i etil-radikal:

pri ~emu olovo oksidi{e stvaraju}i oksid

a ugqenik i vodonik sagorevaju u CO2 i H2 O. Ovaj dioksid olova, prema jednoj od teorija, stupa u reakciju sa peroksidima razlaù}i ih i obrazuju}i slabo aktivne produkte sagorevawa i oksid olova, spre~avaju}i pojavu detonativnog sagorevawa. Olovodioksid ima visoku temperaturu topqewa (880°C), pa se taloì u komori za sagorevawe i na ~elu klipa. Na osnovu izvr{enih prora~una utvr|eno je da bi ve} posle 40 ~asova rada motora celokupna zapremina kompresionog prostora bila puna olova. U stvarnosti ve}i d eo produkata sagorevawa olova biva iznesen produktima sagorevawa izvan komore (90%). U toku niza procesa sukcesivnog sagorevawa dolazi do taloèwa olovnih oksida, ali i do odvajawa ve} stvorenih delova naslaga; posle izvesnog vremena uspostavqa se dinami~ka ravnoteà pri kojoj su koli~ine nataloènih i odvojenih olovnih oksida me|usobno jednake.

5 Te~na goriva

215

Izduvnim gasovima se iznosi i deo olovnih oksida koji se nije nataloìo. Me|utim, i koli~ina od 10% olovnih oksida, koja ostaje u motoru uzrok je nepoèqnih posledica. Olovni oksidi akumuliraju toplotu i mogu biti uzrok drugog vida nenormalnog sagorevawa u motoru - povr{inskog paqewa, koje moè da pre|e u detonativno sagorevawe, Spre~avawe taloèwa ovog dela olova ostvaruje se dodavawem etilbromida i etilhlorida tetraetilolovu (takozvani 'etilfluid") koji, raspadaju}i se, obrazuju vodonikhlorid i vodonikbromid. Ovi posledwi reaguju sa olovnim oksidom, stvaraju}i olovne bromide i hloride, niè temperature topqewa od temperatura koje se javqaju u komori za sagorevawe pa se u parnom stawu iznose iz komore za sagorevawe

odnosno,

Tetra etil i tetra metil olovo mogu se koristiti kao fizi~ke i hemijske me{avine. Hemijske me{avine oblika: Pb(C2 H5 )3 (CH3 ) trietil-metil olovo dietil-dimetil olovo Pb(C2 H5 )2 (CH3 )2 Pb(C2 H5 )(CH3 )3 etil-trimetil olovo su boqe, jer zajedno sa TEO i TMO pokrivaju celu krivu isparavawa, ali i skupqe /19/. Na otpornost prema detonativnom sagorevawu pri niskim brojevima obrta motora (u uslovima ubrzawa vozila) najve}i uticaj ima tetra metil olovo sa kojim su dobijeni najboqi rezultati. Primena TMO daje najboqe rezultate sa benzinom kataliti~kog reformisawa, {to je i logi~no, s obzirom na zakonitost promene oktanskog broja du` krive isparavawa. To je bio razlog primene tetra metil olova pored tetra etil olova. I pored toga {to su olovni alkilati poèqni sa motorske ta~ke gledi{ta, sa porastom zaga|ewa okoline u kojoj ìvimo, primena ovih antidetonatora se zabrawuje delom {to su sami toksi~ni, delom {to inhibit orski deluju u procesu sagorevawa (uti~u na nastajawe otrovnih komponenata), a delom {to onemogu}avaju efikasan rad ure|aja za smawewe ostalih nepoèqnih materija u izduvnim gasovima motora (CO, Cm Hn, NOx ). Smawewe sadràja aromata, koji su nosioci visoke otpornosti prema detonativnom sagorevawu, kao i zabrana kori{}ewa olovnih jediwewa kao antideto-

216

Goriva

natora, uvodi kao jedinu mogu}u zamenu - oksigenate (metanol, etanol, MTBE, ETBE i dr.). Pored izvanredne otprnosti prema detonativnom sagorevawu oksigenati ne pove}avaju isparqivost motornih benzina, ne uti~u na postoje}e materijale sistema za napajawe motora gorivom i mogu se name{avati u rafinerijama. Prisustvo oksigenata u motornim benzinima omogu}ava smawewe CO, posebno kod starijih motornih vozila bez kataliti~kih konvertora. Fizi~ko-hemijske karakteristike oksigenata u pore|ewu sa motornim benzinom i vodonikom date su u Tabeli 5.8 /20, 21/. Uticaj oksigenata na neke karakteristike motornih benzina dat je na Slikama 5.36, 5.37, 5.38 i 5.39 /22, 23/.

Slika 5.36

Slika 5.37

5 Te~na goriva

217

218

Goriva

Slika 5.38

Slika 5.39

219

5 Te~na goriva

Sadràj

oksigenata u motornim benzinima je ograni~en 85/536/EEC usvojenom decembra 1985. godine (Tabela 5.9). Tabela 5.6: Dozvoqeni sadràj oksigenata u motornim benzinima

Direktivom

A (% Vol)

B (% Vol)

Metanol sa kosolventom (obavezno)

3

3

Etanol sa kosolventom (eventualno)

5

5

Izopropilalkohol (IPA)

5

10

Tercijarni butil alkohol (TBA)

7

7

Izobutil alkohol (IBA)

7

10

Etri (sa 5 i vi{e atoma ugqenika)

10

15

2,5 % mass O2

3,5 % mass O2

Me{avine sa organskim oksigenatima (ne smeju se prekora~iti gore navedene granice)

Uvo|ewe oksigenata (metanola prvenstveno) moè da izazove pojavu raslojavawa benzina i alkohola. Ova pojava je potencirana prisustvom vode i niìm temperaturama. Pojava raslojavawa uspe{no se spre~ava dodavawem takozvanih kosolvenata - vi{ih alkohola izopropil i tercijarnog butil alkohola (IPA, TBA) (Slike 5.40 i 5.41).

5.3.5 OSTALE KARAKTERISTIKE BENZINA Pored najva`nijih osobina vezanih za isparqivost i otprornost prema detonativnom sagorevawu, standardima je predvi|eno i ispitivawe niza drugih fizi~kih i hemijskih pokazateqa kvaliteta goriva. Gustina

I pored toga {to propisima nije data granica u kojima treba da se kre}e gustina, u izve{taju o ispitivawu se uvek zahteva navo|ewe vrednosti gustine.

220

Goriva

Slika 5.40

Slika 5.41

5 Te~na goriva

221

Gustina nafte i proizvoda prerade nafte se mewa sa temperaturom: ve}a je na niìm temperaturama, a nià na povi{enim temperaturama. Zavisnost ove promene daje se linearnom vezom oblika

gde je:

a t1 t -

korekcioni faktor za 1° promene temperature, usvojena reperna temperatura (15°C ili 20°C), temperatura za koju se izra~unava gustina.

Na osnovu gustine benzina moè se uspostaviti veza sa stvarnom potro{wom. Uobi~ajen na~in izraàvawa pomo}u zapreminskih jedinica (dm3 /100km, na primer) nije u potpunosti korektan, jer {to je ve}a gustina benzina, to je ve}a koli~ina mase po zapremini, pa }e i dobijena koli~ina toplote biti ve}a. Merewa izvr{ena u ovom smislu pokazuju da }e potro{wa goriva sa benzinom ve}e gustine biti mawa, iz navedenog razloga (Slika 5.42).

Slika 5.42:

Potro{wa goriva u zavisnosti od brzine vozila (vozilo

Citroen DS 19) /25/

Iz slike se, tako|e, moè uo~iti zavisnost promene potro{we goriva od brzine kretawa vozila: sa porastom brzine potro{wa raste. To je i razlog ograni~avawu brzine vozila u nizu zemaqa u ciqu {tedwe goriva uop{te, a posebno benzina.

222

Goriva

5.3.6 MOTORNI BENZINI NA[E ZEMQE Prema propisima SR Jugoslavije (JUS B.H2.220) u Jugoslaviji se proizvode tri vrste motornog benzina: - motorni benzin oktanskog broja 98 - oznaka MB 98, - motorni benzin oktanskog broja 86 - oznaka 86, i - bezolovni motorni benzin oktanskog broja 95 - oznaka BMB 95. Motorni benzini po ovom standardu koriste se za pogon svih oto motora izuzev avionskih, pri ~emu se motorni benzini vi{eg oktanskog motora koriste kod motora vi{eg stepena kompresije ili ta~nije ve}eg oktanskog zahteva. Osnovne propisane karakteristike date su u Tabeli 5.10. Kako se iz navedenih podataka moè uo~iti sve gradacije benzina se proizvode kao zimski i letwi benzin. Karakteristika isparqivosti, odre|ene karakteristi~nim ta~kama krive isparavawa, naponom para i odnosom para - te~nost su u periodu zimskom takve da omogu}avaju lak start hladnog motora zahvaquju}i ve}em sadraju lak{ih frakcija. Nasuprot ovom, u letwem periodu spre~ava se pojava parnih ~epova zahvaquju}i mawoj isparqivosti. Evropski propisi defini{u isparqivost na precizniji i ne{to druga~iji na~in. Umesto t10 koristi se kao merilo sadràja najlak{ih frakcija koli~ina benzina koja ispari do 70o C (E70-evaporated). Zavisno od klimatskih uslova, prema isparqivosti, svi benzini su podeqeni u pet klasa (Tabela 5.11). Zemqe ~lanice evropske zajednice su obavezne da utvrde klasu za odre|eni period godine, odnosno deo zemqe. Osetqivost, definisana kao razlika istraìva~kog i motorskog oktanskog broja, predvi|ena na{im standardima od 11 oktanskih jedinica je suvi{e velika, jer vrednost na{ih benzina ne prelaze za posledwih nekoliko godina vrednost 7,5 (26). Sadràj olova je prili~no visok i u budu}nosti treba o~ekivati wegovo smawewe. Bezolovni motorni benzin, uz razvijenu katalizatorsku tehniku, predstavqa danas najzna~ajniju meru za smawewe toksi~nih komponenata u izduvnim gasovima oto motora. Istovremeno, nestaje emisija olova, hlora i broma. Primena bezolovnog motornog benzina produàva vek trajawa sve}ica i izduvnog sistema.

223

5 Te~na goriva Tabela 5.7:

Karakteristike motornih benzina SRJ i Evrope

Karakteristike Gustina na 15°C

SRJ MB 98

BMB 95

ne propisuje se, ali se odre|uje i unosi u izve{taj

BMB 95 725-780

u zimskom periodu 55o C u letwem periodu 65o C

Destilacija -10%Vol ispari do -50%Vol ispari do -90%%Vol ispari do -95%Vol ispari do

115°C

120°C

200°C 205°C

Napon para po Ridu, hPa najvi{e Odnos para-te~nost 36:1 u °C, najvi{e

MB 86

Evropa

u zimskom periodu 900 u letwem periodu 700 u zimskom periodu 45 u letwem periodu 55

53

Oktanski broj po istraìva~koj metodi, najmawe

98

86

95

95

Oktanski broj po motorskoj metodi, najmawe

87

80

85

85

Sadràj olova, g/dm3 , najvi{e

0,6

0,6

0,013

0,013

Sadràj sumpora, % najvi{e

0,1

0,1

0,2

0,1

Korodivnost na bakarnoj traci, najvi{e

1a

1a

1b

1

Sadràj smola, mg/100ml, najvi{e

6

6

5

5

Indukcioni period, min, najmawe

420

420

420

360

plava

ùta

neobojen

Boja

224

Goriva

Tabela 5.8

Osobina

Jedinice

Klasa 1

2

3

4

5

hPa hPa

350 700

450 800

550 900

600 950

700 1050

% %

10 45

10 45

15 47

15 47

20 50

min. max.

% %

38 65

38 65

43 70

43 70

43 70

Procenat isparenog do 180o C min.

%

85

85

85

85

85

C

215

215

215

215

215

%

2

2

2

2

2

Napon para min. max. Procenat isparenog do 70o C min.

max. Procenat isparenog do 100o C

Krajwa ta~ka kqu~awa,

max. Ostatak destilacije, max.

o

5.4 GORIVA ZA DIZEL MOTORE Pod gorivom za dizel motore obi~no se podrazumeva frakcija nafte, koja, svo jim najve}im delom, isparava u granicama od 180-350°C. Takva vrsta goriva najpogodnija je za primenu u brzohodim dizel motorima, koji, danas, ~ine osnovni deo dizel motorskog parka. [iri pojam obuhvata, pored navedene frakcije, i teè destilate koji se primewuje u sporohodim dizel motorima. Specifi~nosti wihovih karakteristika proizilaze iz osobina rada samog motora, pored op{tih zahteva koji se postavqaju jednom gorivu uop{te. Analogno materiji koja je izloèna kod benzina, najva`nije karakteristike proisti~u iz uslova obrazovawa sme{e i sagorevawa samog motora. S obzirom da u zimskim uslovima proto~-

5 Te~na goriva

225

nost dizel goriva moè da bude znatno oteàna ili ~ak u potpunosti spre~ena, niskotemperaturske karakteristike goriva imaju poseban zna~aj. Obrazovawe sme{e u dizel motoru se su{tinski razlikuje od istog kod oto motora (Slika 5.43). U toku takta kompresije sabija se vazduh koji se usled toga zagreva. U ovako zagrejan vazduh ubrizgava se mlaz goriva. Da bi do paqewa do{lo uop{te, kao {to je poznato, te~no gorivo mora ispariti i obrazovati sa okolnim kiseonikom odgovaraju}u sme{u. Da bi proces isparavawa mogao da se zavr{i u {to kra}em vremenu gorivo se pod pritiskom raspr{uje u veliki broj finih kapi. Mehanizam raspr{ivawa i isparavawa te~nog goriva moè se sa zadovoqavaju}om ta~no{}u predstaviti u nekoliko faza: - obrazovawe mlaza goriva, kao rezultat isticawa kroz brizgaqku pod pritiskom, - poreme}aj mlaza usled trewa sa okolnim vazduhom i stvarawe ve}eg broja kapi, wihovog usitwavawa i u mawem broju ukrupwavawa, - isparavawa. Vreme od uvo|ewa goriva u komoru za sagorevawe dizel motora pa do pojave vidnog paqewa naziva se period zaka{wewa paqewa. Na Slici 5.44 date su uop{tene promene koje nastaju na jednoj kapi goriva u toku ovog perioda. U trenutku kada kapqica goriva dospe u komoru za sagorevawe isparavawa na povr{ini kapi je temperatura to , a kako do isparavawa i me{awa sa vazduhom jo{ nije do{lo koeficijent vi{ka goriva ima vrednost nula. Koeficijent vi{ka goriva je obrnuto srazmeran koeficijentu vi{ka vazduha. U daqem toku, gorivo se zagreva, isparava i me{a sa vazduhom, pa zato raste i temperatura goriva i koeficijent vi{ka goriva. Ako do paqewa ne do|e gorivo }e se zagrevati sve dok se temperatura para goriva i vazduha ne izjedna~e. U stvarnom procesu uvek se, zagrevawem, dostigne vrednost temperature samopaqewa. Presek krivih temperature goriva i krive temperature samopaqewa odre|uje po~etak reakcija. Vidno paqewe ne nastaje odmah ve} ne{to kasnije. Ukupni period zaka{wewa paqewa moè se teorijski posmatrano, podeliti na fizi~ki i hemijski period zaka{wewa paqewa. Period zaka{wewa paqewa, zna~i, prestavqa pripremnu fazu za proces sagorevawa. Duìna ove faze je utoliko mawa, ukoliko su pritisak i temperatura pri kraju takta kompresije ve}i. Ne mawi zna~aj ima fino}a raspr{ivawa, koja obezbe|uje brzinu isparavwa kapi, i sastav goriva, koji direktno uti~e na upaqivost nastale sme{e. Najmawu temperaturu samopaqewa poseduju parafinski ugqovodonici, zatim naftenski, pa aromatski ugqovodonici. Tako, na primer, temperatura samopaqewa n-heptana u me{avini sa vazduhom iznosi 470-480°C, dok je pri istim uslovima temperatura samopaqewa benzena reda veli~ine 700-750°C. Teè samopaqe-

226

Goriva

we benzena obja{wava se ve}om otporno{}u veze izme|u ugqovodonikovih atoma u {esto~lanom aromatskom prstenu benzena u pore|ewu sa C-C vezom parafinskih ugqovodonika. Kod aromatskih ugqovodonika potrebno je za raskidawe CC veze utro{iti 490 kJ/kmol, dok je kod parafinskih ugqovodonika odgovaraju}a koli~ina energije 298 kJ/kmol, pa je zato odgovaraju}a potrebna temperatura vi{a. Polaze}i od ugqovodonika mawe molekulske mase ka vi{im, temperatura samopaqewa se smawuje. Prisustvo dvogube veze, kao i razgranatosti parafina pove}ava temperaturu samopaqewa. Na taj na~in se jedino moè objasniti da lako isparqiva goriva, kao {to je benzin na primer, koji imaju niù temperaturu paqewa, poseduju vi{u temperaturu samopaqewa, nego teè isparqiva dizel goriva i uqa za loèwe. Kod dizel motorskih goriva temperatura samopaqewa, na normalnom atmosferskom pritisku, se nalazi u granicama 350-400°C, dok za benzine iznosi 400-450°C, a za aromatske ugqovodonike ~ak preko 700°C. Pove}awe pritiska za 1 MPa sniàva temperaturu samopaqewa dizel goriva od 400 na 250°C /28/. Posle pojave prvih inicijalnih mesta upaqewa po~iwe da sagoreva ona koli~ina koja je prva ubrizgana u prostor za sagorevawe i koja je, posle isparavawa uspela da obrazuje gorivu sme{u sa kiseonikom. Daqe se proces odvija tako {to se plamen {iri na susedne delove sme{e i {to se javqaju novi izvori upaqewa. Procesu sagorevawa pogoduje postojawe relativne brzine izme|u kapi i para goriva i vazduha, koja omogu}a odvo|ewe nastalih produkta sagorevawa i dovo|ewe novih koli~ina kiseonika potrebnog za sagorevawe. U po~etnom stadijumu sagorevawa koli~ina kiseonika koja se nalazi oko kapi je dovoqna za sagorevawe i proces se odvija brzinom, koja u osnovi zavisi od brzine uvo|ewa goriva. U daqem toku, sa dolaskom nove koli~ine goriva a istovremeno sa smawewem koli~ine kiseonika usled sagorevawa prethodno ubrizganog goriva, brzina sagorevawa se usporava i odre|ena je brzinom me{awa para goriva sa neutro{enim kiseonikom. O{tra granica izme|u navedenih faza se ne moè povu}i i ova razmatrawa su, u realnom procesu zavisna od niza uticajnih ~inilaca (konstruktivnih karakteristika motora, osobenosti obrazovawa sme{e i kretawa vazdu{nog puwewa). Pored navedenih faktora, na obrazovawe sme{e uti~u konstrukcija brizgaqke i viskoznost goriva, dok na paqewe i sagorevawe od strane goriva najve}i uticaj imaju grupni ugqovodoni~ni sastav. Dinamiku procesa sagorevawa odre|uju brzina porasta pritiska i maksimalna vrednost pritiska sagorevawa - veli~ine direktno zavisne od perioda zaka{wewa paqewa. Mawi period zaka{wewa paqewa obezbe|uje blag porast pritiska i predvi|ene maksimalne pritiske sagorevawa.

5 Te~na goriva

Slika 5.43: Komora za sagorevawe dizel motora IM-033

227

228

Slika 5.44:

Goriva

Zavisnost promene temperature goriva (tG ), temperature samopaqewa (tsp ) i koeficijenta vi{ka goriva (ë G) tokom vremena: ôf-fizi~ki period zaka{wewa paqewa, ôh-hemijski period zaka{wewa paqewa, ô zp -period zaka{wewa paqewa /27/

Proces sagorevawa kod dizel motora se ostvaruje spontanim samopaqewem nastale sme{e goriva i vazduha, bez stranog izvora paqewa. Zato su karakteristike upaqivosti one koje u osnovi odre|uju kvalitet goriva.

5.4.1 SVOJSTVA GORIVA KOJA UTIÛ NA OBRAZOVAWE SME[E Brzina obrazovawa sme{e u dizel motoru odre|ena je brzinom isparavawa, koja zavisi od temperature, fino}e raspr{ivawa goriva i wegove isparqivosti odnosno viskoznosti.

5.4.1.1 Isparqivost Dizel goriva lak{eg frakcionog sastava - ve}e isparqivosti isparavaju brè pa se period potreban za obrazovawe homogene sme{e smawuje. Srazmerno pove}awe isparqivosti vodi, me|utim, tvr|em radu motora - ve}oj brzini poras-

5 Te~na goriva

229

ta pritiska, jer se u trenutku paqewa u komori za sagorevawe nalazi ve}a koli~ina para goriva spremna za sagorevawe (Slika 5.45). Tako|e, po{to se na isparavawe goriva tro{i deo toplote, usled ~ega opada temperatura u prostoru za sagorevawe, oteàvaju se uslovi paqewa goriva odnosno startovawe motora, naro~ito u zimskim uslovima, kada je temperatura vazduha nià od 0°C.

Slika 5.45:

Uticaj isparqivosti goriva na proces sagorevawa u dizel motoru sa vihornom komorom (IMR-033): 1-dizel gorivo, 2-dizel gorivo sa 20% destilatnog bezina,3-dizel gorivo sa 40% destilatnog benzina, 4-dizel gorivo sa 60% destilatnog benzina /29/

5.4.1.2 Viskoznost Viskoznost predstavqa karakteristiku unutra{weg trewa te~nih materija: to je izraz otpora kojim se materija suprotstavqa delovawu spoqnih sila, koje teè da izvr{e pomerawe ~estica te materije. Izraàva se na vi{e na~ina kao: dinami~ka, kinematska, relativna. Odre|uje se eksperimentalno tzv. viskozimetrima; zavisi od same materije, a i od temperature. Viskoznost uti~e na fino}u i homogenost raspr{ivawa goriva u komori za sagorevawe. [to je viskoznost goriva nià, to je mawi pre~nik kapi nastalih ubrizgavawem goriva u komprimovan i zagrejan vazduh, pa i boqe obrazovawe sme{e. Nià vrednost viskoznosti daje me|utim mawu dubinu prodirawa mlaza

230

Goriva

ubrizganog goriva. Suvi{e velika viskoznost onemogu}uje raspr{ivawe na male, fine kapi, ali pove}ava dubinu prodirawa. Ve}i sredwi pre~nik raspr{enih kapi, ima za posledicu nepotpunije sagorevawe i pove}awe specifi~ne potro{we goriva. Ova pojava je naro~ito iz raèna kod brzohodnih dizel motora. Izbor odgovaraju}e viskoznosti goriva nije samo od uticaja na proces sagorevawa sme{e, ve} i na pravilan rad svih elemenata instalacije za dovod goriva naro~ito na niskim temperaturama. Suvi{e mala viskoznost, tako|e, nepovoqno uti~e na pumpu visokog pritiska - usled nedovoqnog podmazivawa dolazi do gubitka goriva i nepravilne raspodele. Dowa granica viskoznosti odre|ena je, prema tome, gubicima usled propu{tawa, a gorwa - potrebnom fino}om raspr{ivawa.

5.4.2 UPAQIVOST DIZEL GORIVA Najva`nija osobina, koja karakteri{e radna svojstva dizel goriva je upaqivost. Upaqivost odre|uje karakter sagorevawa goriva u dizel motoru, a tako|e je i najva`niji pokazateq za ocenu pogodnosti goriva. Upaqivost dizelmotorskog goriva okarakterisana je temperaturom samopaqewa i periodom zaka{wewa paqewa i zavisi od grupnog ugqovodoni~nog sastava goriva i uslova u kojima se proces odvija. Kao pokazateq kojim se izraàva upaqivost dizel goriva usvojen je cetanski broj, koji se odre|uje na specijalnom dizel motoru upore|ivawem ispitivanog goriva sa sme{om ugqovodonika: cetana C16 H34 i á-metilnaftalina C11 H10 . Cetanski broj goriva brojno je jednak procentualnom u~e{}u cetana (zapreminski procenti) u wegovoj sme{i sa ámetilnaftalinom, koja je ekvivalentna po upaqivosti sa ispitivanim gorivom u propisanim uslovima ispitivawa. Najboqu upaqivost imaju normalni parafinski ugqovodonici; zato goriva sa visokim sadràjem parafinskih ugqovodonika imaju visoke cetanske brojeve (Slika 5.46). Zato je i jedan od ovih ugqovodonika - cetan uzet kao jedan od etalona pri oceni upaqivosti goriva u uslovima paqewa i sagorevawa u cilindru motora. [to je lanac ugqenikovih atoma duì to je cetanski broj ve}i, a period zaka{wewa paqewa mawi. Vrednosti cetanskih brojeva pojedinih ugqovodonika date su na Slici 5.47. Najteè se pale aromatski ugqovodonici, pa je za wihovo paqewe potreban visok stepen kompresije - zbog tog a se smatraju nepoèqnim komponentama dizel goriva. Kao drugi etalon izabran je, zato, á-metilnaftalin. Prisustvo duga~kih nerazgranatih bo~nih lanaca kod aromatskih ugqovodonika znatno ograni~ava uticaj benzenovog jezgra, pa takvi ugqovodonici mogu da poseduju zadovoqavaju}e vrednosti cetanskih brojeva.

231

5 Te~na goriva

Slika 5.46:

Uticaj cetanskog broja na period zaka{wewa paqewa za razli~ite uglove potiskivawa (°KKV) , motor IM-033 /29/

Slika 5.47

232

Goriva

Kao i otpornost prema detonaciji goriva za oto motore, tako se i upaqivost goriva za dizel motore odre|uje u opitnim motorima. Prvobitno su Boerlage (Burlage) i Broeze (Bruze) za etalone usvojili lako upaqivi ceten i te{ko upaqivi á-metilnaftalin. Zbog osetqivosti cetena pri uskladi{tewu, upotrebqava se danas cetan C16 H34 , koji je postojaniji. Karakteristike ovih etalon goriva date su u Tabeli 5.12. Odre|ivawe cetanskih brojeva goriva vr{i se na jednocilindri~nim motorima specijalno opremqenim za tu svrhu: u SAD se za odre|ivawe cetanskog broja primewuje dizel motor CFR, u biv{em SSSR-u dizel motor IT9-3, u Zapadnoj Nema~koj IG (Tabela 5.13). Tabela 5.9

Karakteristike

Cetan

á-metilnaftalin

Gustina na 20°C (kg/m3)

775

1000

Temperatura kqu~awa (°C)

288

247

Viskoznost (mm2 /s)

4,54

3,12

43,744

38,093

Dowa toplotna mo} (MJ/kg)

Tabela 5.10

Tip motora

IG

CFR

Proizvo|a~

MWM

Voke{a (Waukesha)

S/D (mm/mm)

150/98

114,3/82,6

115/85

V (cm3 )

1.063

613

652

stalan 18,2:1

promenqiv 7:1 do 28,1

promenqiv 7-23

vihorna komora

vihorna komora

Stepen kompresije

Na~in obrazovawa direktno ubrizgasme{e vawe

IT9-3

Broj obrta (min1 )

1000

900

900

Temperatura usisnog vazduha (°C)

20

65

-

Temperatura vode za hla|ewe (°C)

100

100

100

233

5 Te~na goriva

Za odre|ivawe cetanskog broje postoji vi{e metoda, ali se danas koristi metoda zaka{wewa paqewa. Metodom zaka{wewa paqewa vr{i se ispitivawe na jednocilindri~nom motoru koji je snabdeven ure|ajem za merewe perioda zaka{wewa paqewa. Pri ubrizgavawu goriva 13°KV pre spoqne mrtve ta~ke odabira se takav stepen kompresije, koji omogu}ava pojavu plamena u spoqnoj mrtvoj ta~ki, tj. pri periodu zaka{wewa paqewa od 13°KV. Zatim se bira sme{a etalon goriva od kojih jedna pri istom stepenu kompresije daje ve}i period zaka{wewa paqewa, a drugi mawi. Cetanski broj odre|en je interpolacijom na ovaj na~in. Odre|ivawe cetanskog broja goriva za dizel motore na specijalnim motorima nije dostupno svima i svuda, pa je za uslovnu ocenu upaqivosti predloèn ~itav niz obrazaca, vezanih za druge fizi~ke ili hemijske ili fizi~ke i hemijske osobine goriva. U mno{tvu ovih obrazaca naj{iru primenu ima tzv. cetanski indeks, dobijen ispitivawem velikog broja goriva , poznat pod imenom cetanski indeks (Calculated Cetan Index); zasniva se na rezultatima ispitivawa 668 destilisanih dizel goriva i priznat je po JUS-u. Izraz za izra~unavawe cetanskog indeksa glasi:

gde je: ñ

t50

-

gustina na 15o C, temperatura na kojoj se predestili{e 50%Vol (iz krive isparavawa).

Veza izme|u izmerenih cetanskih brojeva i cetanskog indeksa data je na Slici 5.48. ê{}e se koristi nomogram dat na Slici 5.49, koji omogu}ava izra~unavawe cetanskog indeksa sa ne{to mawom ta~no{}u, ali brè. Pored ovog izraza postoji i niz drugih, jednostavnijih:

gde je:

AT

- anilinska ta~ka izraèna u °C /14/, ili prema obrascu E.S.û{ukova /32/:

gde je: í20 -

kinematska viskoznost izraèna u mm2 /s.

234

Goriva

Cetanski broj moè biti izra~unat i na osnovu poznatog grupnog sastava - sadràja parafinskih, naftenskih i aromatskih ugqovodonika u gorivu /99/:

gde su:

P, N i A -

sadrà sadràjj parafin parafinski skih, h, naften naftenski skih h i aromats aromatskih kih ugqov ugqovodoni odonika ka u zapreminskim procentima.

Slika 5.48

235

5 Te~na goriva

Slika 5.49

Sa pojavom vi{egorivih motora, na bazi dizel procesa trebalo je odrediti cetanski broj visokooktanskih benzina, koji su se nalazili izvan mernih granica motora odre|enih za ovu svrhu (uobi~ajeni motori za odre|ivawe cetanskog broja mere cetanske brojeve u granicama 20-100). Ovaj problem re{avan je na nekoliko na~ina. Me{awem goriva poznatog, visokog cetanskog broja i goriva nepoznatog, niskog cetanskog broja (visokog oktanskog broja), dobija se me{avina nepoznatog cetanskog broja, ~iji cetanski broj, sada moè da se odredi uobi~ajenim postupkom na jednom od pomenutih motora. Na ovaj na~in, me{avina se dovodi u opseg merewa opitnog motora. Ako se dobijeni cetanski broj me{avine goriva obeleì sa CBm , cetanski broj poznatog goriva sa CB, onda se traèni cetanski broj CBx visokooktanskog goriva moè izra~unati prema jedna~ini:

236

Goriva

gde su:

a i b -

procen procentua tualno lno u~e{}e u~e{}e pomenut pomenutih ih kompon komponenat enata a goriva goriva u me{av me{aviini.

Ispitivawa, koja je izvr{ila firma BASF (SR Nema~ka), imala su za ciq da utvrde, koliko je ovaj na~in odre|ivawa cetanskog broja ta~an. U tu svrhu konstruisan je specijalni opitni motor stepena kompresije 27:1, koji je omogu}io da se mere vrednosti cetanskog broja od 6 jedinica. Rezultati su pokazali da se najmawe gre{ke dobijaju pri merewima u kojima je procentualno u~e{}e nepoznate komponente 75%, a 25% cetana. Na osnovu ovoga poznata zavisnost izme|u cetanskog i oktanskog broja prema Wilke-u (Vilkeu) iz 1940. godine

koja je vaìla za opseg 20
5.4.3 5.4.3 OSTALE OSTALE KARAKTERIST KARAKTERISTIKE IKE GORIVA GORIVA ZA DIZEL MOTORE 5.4. 5.4.3. 3.1 1 Gust Gustin ina a gori goriva va Iako se gustina, naj~e{}e, ne propisuje tehni~kim zahtevima (standardima), ona je ipak, tesno povezna sa nizom drugih pokazateqa: frakcionim sastavom, viskozitetom, zapreminskom toplotnom mo}i i dr. Osim toga, vrednost gustine neophodna je pri projektovawu rezervoara, uslova transporta i dr. Naj~e{}e, u praksi, gustina dizel goriva se kre}e u granicama 830-860 kg/m3.

5 Te~na goriva

237

5.4.3.2 5.4.3.2 Niskotem Niskotempera peraturs turske ke karakte karakterist ristike ike dizel dizel goriva goriva Sniàvawem temperature ispod nule (u zimskim uslovima) dolazi do pojave koja ometaju predvi|eni protok goriva od rezervoara do komore za sagorevawe. Uop{teno posmatrano sa padom temperature raste viskoznost svih ugqovodonika iz sastava goriva, a parafinski ugqovodonici se izdvajaju u obliku kristala. Kristali parafinskih ugqovodonika rastu i me|usobno se povezuju vode}i postepeno do potpunog prestanka te~ewa goriva kroz instalaciju za napajawe motora gorivom. Ocena pona{awa dizel goriva na sniènim temperaturama ocewivana je eksperimentalno u laboratorijskim uslovima preko temperatura zamu}ewa i temperatuara stiwavawa. Temperatura zamu}ewa predstavqa najvi{u temperaturu na kojoj dolazi do stvarawa mikrokristala ugqovodonika. Temperatura stiwavawa je najvi{a temperatura na kojoj gorivo gubi osobinu te~qivosti prilikom ispitivawa u propisanim uslovima. Kod goriva naftenske osnove i goriva dobijenih krekovawem ova imobilizacija nastupa usled pove}ane viskoznosti, a kod goriva parafinske strukture usled izdvajawa ~vrstog parafina i stvarawa kristalne mreè. Zamu}ewe goriva ne oteàva kretawe goriva kroz vodove i instalacije za gorivo, ali sa padom temperature i rastom i aglomeracijom kristala moè da dovede do zapu{ivawa pre~ista~a, a time i do prekida toka goriva. Pored problema proto~nosti na sniènim temperaturama usled pove}awa viskoznosti dizel goriva dolazi i do izdvajawe kristala i parafina i wihovog nagomilavawa u pre~ista~ima instalacije za napajawe dizel motora gorivom (Slika 5.50) {to moè da izazove i potpuni prekid dovoda goriva. Ova pojava ocewuje se i propisuje danas temperaturom za~epqewa hladnog pre~ista~a filtera (Cold Filter Plugging Point - CFPP). Najvi{a temperatura na kojoj u laboratorijskim uslovima ispitivani ispiti vani uzorak dizel goriva ne prolazi kroz propisani filter naziva se temperatura filtrabilnosti ili kra}e filtrabilnost (JUS B.H8.032). Vrednost temperature filtrabilnosti nalazi se izme|u temperature zamu}ewa i temperature stiwavawa. Pore|ewem rezultata ispitivawa dobijenih na motornim vozilima u eksploataciji kada dolazi do za~epqewa pre~ista~a i laboratorijskih - na ure|aju kojim se odre|uje CFPP ukazuje na wihovo izvanredno slagawe (Slika 5.51).

238

Goriva

Slika 5.50:

Slika 5.51: 5.51:

Nepravi Nepravilno lno izvedena instalac instalacija ija za napajaw napajawee motora motora gorivom: gorivom: 11neza{ti}ena prelivna cev, 2-cev savijena pod pravim uglom, 3nedovoqno za{ti}en pre~ista~ goriva, 4-'sifonski" deo cevovoda za gorivo, 5-fini pre~ista~ u separatoru, 6-fini pre~ista~ izme|u rezervoara i separatora, 7-promena pre~nika cevovoda za gorivo, 8-lo{e re{ewe nalivnog grla, 9-fini pre~ista~ na usisu za gorivo iz rezervoara, 10-nedostatak odvoda iz rezervoara (voda, ne~isto}e), 11-nepovoqan 11-nepovoqan poloàj rezervoara za gorivo /33/

5 Te~na goriva

239

Odre|ena poboq{awa proto~nosti na niskim temperaturama mogu se posti}i konstruktivnim re{ewima instalacije za napajawe gorivom (Slika 5.52). Op{ta preporuka svodi se na sme{tawe svih elemenata instalacije za napajawe gorivom ukqu~uju}i i pre~ista~e {to bliè motoru da bi se zagrejali toplotom koju odaje motor u neposrednu okolinu.

Slika 5.52: 5.52:

Preporu~e Preporu~ena na instalacija za napajwe motora motora gorivom: 1-glavn 1-glavni i pre~ista~, sme{ten u neposrednu blizinu motora, 2-cev savijena sa velikim polupre~nikom krivine (a ne pod pravim uglom), 3cevovod za gorivo konstantnog pre~nika (bez suèwa), 4-izolovani cevovod za gorivo, 5- separator (bez mreìce), 6-poloàj usisa goriva (bez pre~ista~a), 7-povoqan poloàj rezervoara za gorivo, 8-predvi|eni odvod za ispu{tawe primesa (voda, ne~isto}e), 9pre~ista~ u nalivnom grlu rezervoara za gorivo

Pored odre|enih, danas ve} kori{}enih re{ewa (da se pre~ista~ stavi u neposrednu blizinu motora, da bi se grejao wegovom toplotom ili da se u pre~ista~ ugradi elektri~ni greja~), filtrabilnost u osnovi zavisi od goriva. Po svojim vrednostima ona se nalazi izme|u temperature zamu}ewa i temperature stiwavawa. Na poboq{awe niskotemeraturskih svojstava dizel goriva moè se uticati: - izboro izborom m i proizvod proizvodwom wom dize dizel l goriva goriva iz nepar neparafi afinsk nske e nafte, nafte, - udaqavawem n-parafina iz goriva (ekstrakcijom), - razre| razre|ewe ewem m goriv goriva a dodav dodavawe awem m lakih lakih frakci frakcija ja i - kori kori{} {}ew ewem em doda dodata taka ka..

240

Goriva

Dodavawe lakih frakcija preporu~uje niz proizvo|a~a motornih vozila, ali je ova mera nedovoqno efikasna (Slika 5.54). Dodavawe lakih frakcija (petroleja, motornog benzina) u ve}em procentu moè da izazove dodatne probleme (smawewe viskoznosti, gustine, pa time i toplotne mo}i). Ovaj problem se uspe{no re{ava dodavawem specijalnih supstanci (etilenvinil acetata, etilen akrilata) obi~no ve} u proizvodwi (Slika 5.54). Ovi dodaci ne spre~avaju stvarawe mikrokristala parafina (ne uti~u na temperaturu zamu}ewa), ali ograni~avaju wihov rast i me|usobno povezivawe.

Slika 5.53:

Uticaj dodavawa lak{ih frakcija (D1, petrolej i motorni benzin) na filtrabilnost D2 /34/

5.4.3.3 Mehani~ke primese i voda Voda se, u gorivu, javqaju slobodna, higroskopna i u vidu emulzije. Slobodna voda se u gorivu dispergovana u vidu sitnih kapi i izdvaja se (taloì) utoliko teè, ukoliko su kapi sitnije, a gorivo gu{}e. Emulzije goriva i vode su vrlo retke. Higroskopna vlaga dospeva u gorivo usled wegove higroskopnosti - gorivo upija vlagu iz vazduha i jedan deo taloì na dno suda. Promena temperature pogoduje upijawu i izdvajawu vode. Higroskopnost raste idu}i redom prema ugqovodoni~nim grupama: parafini, nafteni, olefini, aromati.

241

5 Te~na goriva

Slika 5.54

Voda je nepoèqan pratilac goriva: smawuje toplotnu mo}, potpomaè koroziju. Dospeva u gorivo naj~e{}e prilikom transporta, manipulacije i pri leàwu na skladi{tu. Mehani~ke primese (pesak, r|a, koksne ~estice) dospevaju u gorivo ili jo{ u toku procesa prerade nafte, ili pri transportu i ~uvawu. [tetno deluju, naro~ito u instalaciji za dovod goriva. Dok se ove mehani~ke ne~isto}e, kod benzina taloè na dno rezervoara, u dizel gorivu ostaju suspendovane i dospevaju svuda gde i gorivo. Sadràj mehani~kih primesa i vode obi~no raste idu}i od lak{ih ka teìm gorivima.

5.4.3.4 Sklonost ka obrazovawu koksa Sklonost ka obrazovawu koksa je svojstvo goriva da obrazuje koks pri zagrevawu bez prisustva vazduha. Sklonost ka obrazovaqu koksa, kod dizel goriva raste sa oteàvawem frakcionog sastava. Kako je koksni ostatak destilacionih goriva obi~no mali (ne ve}i od 0,05-0,10%) za wih se odre|uje sklonost ka obrazovawu koksa od 10%-og ostatka destilacije, smatraju}i, da krajwi produkti destilacije, pre svih ostalih, karakteri{u sklonost ka obrazovawu koksa.

242

Goriva

5.4.3.5 Sadràj sumpora Pri preradi nafte ne mogu se odstraniti sve nepoèqne materije i jedan deo sumpora ostaje i u dizel gorivima, koja se tom prilikom dobijaju. Na koroziju instalacije za dovod goriva i rezervoara ne uti~u samo veliki sadràj sumpora u gorivu, ve} prisustvo u wemu agresivnih sumpornih jediwewa - merkaptana, na primer. Ova aktivna sumporna jediwewa ne izazivaju samo koroziju u instalaci ji za gorivo, ve} i wihovi oksidi, vezani sa vodom u obliku sumporaste i sumporne kiseline u prostoru gde se vr{i sagorevawe. Tako|e, sumporni oksidi kataliti~ki deluju na proces polimerizacije ugqovodoni~nih goriva i maziva i potpomaù nepoèqno stvarawe taloga. Koli~ina sumpora u dizel gorivu odre|uje se kvantitativno, a korodivan uticaj samo kvalitativno probom na bakarnu plo~icu. Dozvoqeni sadràj sumpora u dizel gorivu prema evropskim propisima iznosi 0,1 - 0,2%.

5.4.3.6 Temperatura paqewa Temperatura paqewa predstavqa karakteristiku koja je od interesa za poàrnu bezbednost pri ~uvawu goriva na skladi{tu, transportu i u uslovima eksploatacije. To je najnià temperatura do koje treba materiju zagrejati u propisanim uslovima ispitivawa pa da se iz we izdvoji toliko gorivih i isparqivih sastojaka da se mogu upaliti stranim izvorom toplote i da trenutno sagore. Niska temperatura paqewa kod dizel goriva ukazuje na prisustvo lakih komponenata, ~ije prisustvo moè biti {tetno po rad motora.

5.4.4 DODACI DIZEL GORIVIMA Sli~no benzinima i dizel motorskim gorivima se dodaju materije koje u malim koncentracijama poboq{avaju odre|ene osobine. Dizel motorskim gorivima se dodaju: - antidimni dodaci u ciqu smawewa dimnosti izduvnih gasova. Na~e{}e su to organske soli, obi~no barijuma., - dodaci koji poboq{avaju upaqivost naj~e{}e organska jediwewa na bazi peroksida nitrata ili etera, koja pove}avaju cetanski broj. Wihova efikasnost ipak varira i zavisi od vrste goriva i konstrukcije motora (Slika 5.55).,

5 Te~na goriva

-

243

dodaci za poboq{avawe proto~nosti dizel goriva na sniènim temperaturama na bazi polimernih jediwewa. Oni deluju na kristale ugqovodonika modificiraju}i wihovu veli~inu i oblik smawuju}i i temperaturu zamu}ewa i stiwavawa, a poboq{avaju}i proto~nost.

Slika 5.55:

Tipi~na osetqivost dizel goriva na aditiv za poboq{awe paqewa

244

Goriva

5.4.5 DIZEL GORIVA SR JUGOSLAVIJE Prema na{im propisima (JUS B.H2.410, JUS B.H2.411, JUS B.H2.412, JUS B.H2.413 i JUS B.H2.414) u Jugoslaviji se proizvode prakti~no ~etiri vrste dizel goriva: - dizel gorivo vrlo lako - oznaka D1, - dizel gorivo lako - oznaka D2, - dizel gorivo sredwe - oznaka D3, i - dizel gorivo sa malim sadràjem sumpora- oznaka D2S. Dizel gorivo vrlo lako - D1 koristi se za pogon brzohodih dizel motora koji rade sa ~estim promenama optere}ewa, a izuzetno pri vrlo niskim temperaturama. Dizel gorivo lako - D2 koriste brzohodi dizel motori predvi|eni za uobi~ajene uslove rada. Dizel gorivo sredwe - D3 koristi se za dizel motore ve}ih sanaga i sredwih brojeva obrta. Dizel gorivo lako D2S, predstavqa, prakti~no dizel gorivo lako D2, s tom razlikom {to je sadràj sumpora mawi (0,02% u odnosu na D2 koje ima 1,0%, a sve ostale karakteristike su iste. U Tabeli 5.14 date su vrednosti karakteristika koje na{i propisi zahtevaju. Evropski propisi, dati u obliku preporuka za na{u zemqu (JUS TP3), su ne{to precizniji u pogledu dozvoqenih vrednosti pojedinih karakteristika, a znatno stroìji u odnosu na sadràju sumpora (< 0,2%) u pore|ewu sa na{im. Minimalna vrednost cetanskog broja iznosi 49, viskoznost se odre|uje na 40o C (granice: 2,0-4,5 mm2 /s), a niskotemperaturske karakteristike, odre|ene filtrabilno{}u, uslovqavaju podelu na dizel goriva: - za umerene klimatske uslove - za arkti~ke klimatske uslove. Unutar ove podele, dizel goriva su razvrstana na klase. Tako su goriva za umerene klimatske uslove podeqena na {est klasa: A, B, C, D, E, F , koja treba da obezbede nesmetan rad (proto~nost goriva) na temperaturama do +5, 0, -5, -10, -15 i do 20o C.

245

5 Te~na goriva Tabela 5.11

Karakteristika Gustina na 15°C (kg/m3 ) Destilacija - do 300°C predestili{e najmawe % Vol - do 360°C predestili{e najmawe % Vol Viskozitet na 20°C (-

mm2 /s)

Dizel gorivo D1

D2

D3

800-840

810-860

830-880

90

60

1,8-9,0

5,0-25,0

90

1,0-6,5

*

Temperatura stiwavawa (°C), ispod

-5 ** 0 *

*

Filtrabilnost, ispod (°C)

-17 ** -7

-9 ** +1

Temperatura paqewa, iznad (°C)

40

55

65

Koks, % najvi{e

0,15

0,10

0,30

Pepeo, % najvi{e

0,01

0,02

0,05

Voda, % najvi{e

0,05

0,10

0,25

1

2c

3a

Sumpor, % najvi{e

0,5

1,0

1,5

Cetanski broj, najmawe

45

45

35

Korodivnost, najvi{e

*

**

temperatura stiwavawa i filtrabilnost u periodu od 15. oktobra do 15. aprila temperatura stiwavawa i filtrabilnost u periodu od 15. aprila do 15. oktobra

5.5 GORIVA ZA MLAZNE MOTORE 5.5.1 USLOVI KOJE JEDNO GORIVO ZA MLAZNE MOTORE TREBA DA ZADOVOQI Sve uslove koje jedno gorivo za mlazne motore mora da zadovoqi odre|uju prvenstveno osnovni delovi pogonskog aparata vazduhoplova: instalacija za gorivo, komora za sagorevawe i gasna turbina.

246

Goriva

Instalacija za gorivo predstavqa jedan od elemenata ~iji ispravan rad neposredno obezbe|uje uspe{no dovo|ewe goriva do komore za sagorevawe. Ova instalacija, koja se naj~e{}e sastoji iz rezervoara za gorivo, pumpe visokog pritiska, finog pre~ista~a i brizgaqki, postavqa gorivu slede}e uslove: - da se gorivo ne stiwava do -50°C i ne izdvaja kristale ugqovodonika sa visokom temperaturom stiwavawa; - da u gorivu ne do|e do izdvajawa - stvarawa leda; - da u gorivu ne do|e do stvarawa para lako isparqivih ugqovodonika; - da na temperaturama 120-200°C gorivo ne stvara ~vrste taloge, i - da ne izaziva koroziju instalacije za gorivo. Sagorevawe u komori za sagorevawe mlaznog motora vr{i se neprekidno - na visokim temperaturama - {to omogu}ava brzu reakciju izme|u goriva i kiseonika. Za obezbe|ivawe sigurnog rada motora, gorivo mora: - da se zadovaoqavaju}e raspr{uje na razli~itim reìmima rada motora, a posebno na niskim brojevima obrta, - da sagoreva u {irokom dijapazonu promena parametara okolnog vazduha, a tako|e i pri razli~itim vrednostima koeficijenta vi{ka vazduha, - da omogu}uje lako startovawe, - da obezbedi brzinu sagorevawa koja }e da osigura zavr{etak sagorevawa u komori za sagorevawe. Istovremeno gorivo odnosno proizvodi wegovog nepotpunog sagorevawa ne smeju da izazovu taloèwe goriva na zidovima komore za sagorevawe i drugih elemenata. [to se ti~e uslova koje postavqa gasna turbina, potrebno je da gorivo sadrì minimalnu koli~inu mineralnih primesa (pepela), da isti ne bi izazvao eroziju lopatica. Pored ovi specifi~nih karakteristika koje jedno gorivo za mlazne motore mora da zadovaoqi postoji, svakako, i oni uop{teni zahtevi koji se traè od bilo kog goriva: {to ve}a koncentracija energije (toplotna mo}), da gorivo obezbe|uje siguran rad i dug vek trajawa samog motora, da gorivo pri ~uvawu na skladi{tu ne mewa bitno svoje osobine i dr.

5.5.2 VRSTE GORIVA ZA MLAZNE MOTORE Temperatura goriva mewa se u relativno velikom intervalu obzirom da se temperatura neposredne okoline mewa jo{ vi{e. Tako se pri stajawu goriva u skladi{tu na zemqi, temperatura okolnog vazduha moè se ohladiti i na -20°C pa i vi{e; tako|e na visinama 12-15 km temperatura okoline iznosi oko 60°C. Pri hla|ewu te~nih goriva javqa se niz specifi~nih pojava, koje oteàvaju normalan dovod goriva od rezervoara do komore za sagorevawe, {to je posledica sa jedne strane pove}awa gustine i viskoziteta, a s druge - izdvajawa

5 Te~na goriva

247

kristala ugqovodonika. Goriva u ovom stawu te{ko se kre}u kroz instalaciju za gorivo zapu{avaju}i prvo delimi~no, a kasnije i potpuno, pre~ista~e. Iz ovih razloga karakteristike goriva na sniènimtemperaturama imaju velik zna~aj za predvi|en bezbedan rad mlaznog motora. Ovako pona{awe goriva karakteristi~no je za brzine leta vazduhoplova do brzine leta od 1M. Goriva u vazduhoplovima koji se kre}u brzinama ve}im od 1M, izloèna su sasvim suprotnim uticajima - povi{enim temperaturama, koje se javqaju kao posledica razmene toplote izme|u ~vrstih tela i fluida velikih brzina i transformacije mehani~ke energije, pri tom, u toplotnu - aerodinami~nog zagrevawa. Aerodinami~ko zagrevawe vazduhoplova pri stalnoj brzini leta pove}ava se sve dotle dok se ne uspostavi ravnoteà izme|u dovedene i odvedene koli~ine toplote. Pored ovoga gorivo se dopunski zagreva i u samoj instalaciji, tako da, prema nekim podacima, moè da dostigne temperaturu i od 200°C neposredno pre brizgaqke. Sa porastom visine leta vazduhoplova, kao {to je poznato dolazi do smawewa pritiska. Posledica ovoga je pove}ano isparavawe goriva i vazduha rastvorenog u gorivu. Ovi gasovi sakupqaju se na razli~itim mestima u instalaciji za gorivo, ometaju}i na taj na~in, normalan rad motora. Tako|e, izdvajawe para goriva sa pove}awem visine, a i temperature, izaziva gubitke.

5.5.3 UTICAJ NEKIH KARAKTERISTIKA NA RAD MOTORA Za rad jednog mlaznog motora od odlu~uju}eg uticaja je kvalitet procesa koji se vr{i u komori za sagorevawe. Od toga, kako brzo i koliko potpuno se vr{i proces sagorevawa zavise i stabilnost i sigurnost rada motora. Proces sagorevawa ostvaruje se uvek u frontu plamena, koji odvaja oblast produkata sagorevawa od oblasti sme{e goriva i vazduha koje jo{ nije stupilo u reakciju. Jednu od osnovnih karakteristika procesa sagorevawa predstavqa brzina prostirawa fronta plamena. Ne ulaze}i detaqnije u su{tinu procesa sagorevawa i su{tinu faktora koji uti~u na wega bi}e re~i samo o nekim karakteristikama goriva i wihovom uticaju na rad motora. Tako, na primer, nedovoqna isparqivost goriva moè da izazove niz nepoèqnih pojava: pogor{ava se kvalitet procesa raspr{ivawa pa time i sagorevawa, a stvara se ve}a koli~ina ~a|i, smawuje se potisak motora a pove}ava potro{wa goriva. [tetno delovawe ~a|i je vi{estruko: izdvajawe ~a|i na zidovima komore za sagorevawe ometa pravilno, predvi|eno strujawe {to se negativno odraàva na obrazovawe sme{e; istovremeno, izdvajawe ~a|i na zidovima izaziva lokalno predgrevawe, kao posledica ~ega se javqa izvijawe i pucawe zidova komore za sagorevawe; ~estice ~a|i koje se odvajaju od zidova komore za sagorevawe deluju abrazivno na lopati-

248

Goriva

ce turbine; taloèwem ~a|i na brizgaqkama ometa pravilno raspr{ivawe goriva Normalno sagorevawe goriva u mlaznim motorima, karakteri{e se stabilnim plamenom pri kome se sagorevawe vr{i bez oscilacija, prekida ili prigu{ewa.

5.6 UQA ZA LO@EWE U kotlovima razli~ite namene, a tako|e i u nizu industrijskih pe}i koristi se te~no gorivo koje predstavaqa sredwi ili te{ki ostatak frakcionisawa nafte ili krekovawa, a tako|e i ter kamenih i mrkih ugqeva. Ponekad se kao kotlovsko gorivo koristi i sirova nafta, li{ena lakih frakcija. U odnosu na ~vrsta goriva te~na goriva ovog tipa poseduju niz prednosti: - ve}a je koli~ina toplote koja nastaje sagorevawem (usled vi{e toplotne mo}i), {to omogu}ava ve}e toplotno optere}ewe loì{ta u odnosu na isto pri sagorevawu ~vrstih goriva (ugqa), - potpunije je sagorevawe, a sa mawim koeficijentom vi{ka vazduha, - mawi je sadràj balasta, - mogu}a je automatizacija dovoda goriva u loì{te, i - lak{e je rukovawe pri transportu i uskladi{tewu. Industrijske pe}i koje rade sa te~nim gorivom mawih su dimenzija u odnosu na pe}i koje rade sa ~vrstim gorivom, pri svim drugim istim karakteristikama. Pored niza podela (prema poreklu, sadràju sumpora, oblasti primene) najva`nija je podela prema viskoznosti jer viskoznost odre|uje mogu}nost i uslove primene, kako u uslovima transporta, tako i dobave do gorionika i obrazovawe sme{e povoqne za sagorevawe.

5.6.1 OSNOVI OBRAZOVAWA SME[E I SAGOREVAWA Sagorevawe te~nog uqa za loèwe odvija se, kao i kod ostalih te~nih goriva, u parnom stawu, a ceo proces se moè podeliti na nekoliko uslovnih faza: - pripreme goriva za sagorevawe, odnosno wegovog raspr{ivawa, zagrevawa i isparavawa i me{awa sa vazduhom, - paqewa i sagorevawa.

5 Te~na goriva

249

Pripremu gorive sme{e (raspr{ivawe i me{awe sa vazduhom - koji se prinudno dovodi) vr{i gorionik (Slika 5.56), a zagrevawe kapqica i wihovo isparavawe se odvija u loì{tu.

Slika 5.56: Primer gorionika na uqe za loèwe /37/

Razmatrawem faza isparavawa i faza sagorevawa moè se do}i do nekoliko slu~ajeva. Ukoliko je brzina sagorevawa para goriva ve}a od brzine isparavawa, celokupni proces bi}e odre|en brzinom isparavawa te~nog goriva. Ukoliko je, pak brzina sagorevawa para goriva mawa od brzine isparavawa, brzina odvijawa celokupnog procesa sagorevawa bi}e odre|ena brzinom sagorevawa para goriva. Oba ova razmotrena mogu}a slu~aja predstavqaju ekstremne slu~ajeve. U realnom slu~aju je brzina isparavawa goriva jednaka je brzini sagorevawa. Intenzifikacijom procesa sagorevawa sredwih i teìh frakcija prerade nafte - uqa za loèwe, neophodno je bitno skratiti ili svesti na najmawu meru fazu isparavawa kapqica te~nog goriva. To se moè posti}i prethodnim zagrevawem goriva do temperature isparavawa, koja prevazilazi temperaturu zasi}e-

250

Goriva

wa tj. gorivo se dovodi do 'pregrejanog" stawa pre izlaza iz brizgaqke. Pri izlasku iz brizgaqke (Slika 5.57) zagrejano gorivo raspr{eno u fine kapi usled pada pritiska, prelazi u parno stawe. Na taj na~in moè se smawiti uticaj isparavawa kapi na obrazovawe sme{e pogodne za paqewe. Na tok odvijawa procesa i trajawa samog sagorevawa uti~e i niz drugih faktora: brzina strujawa goriva, difuzija izme|u para goriva i okolnog kiseonika (obrazovawe sme{e), razmena toplote i mase kako unutar mlaza, tako i izme|u plamena i okoline i dr. Tako|e, potrebno je da i vazduh, bude na temperaturi koju ima gorivo. Treba, tako|e voditi ra~una da isuvi{e visoka temperatura predgrevawe goriva moè da izazove wegovo termi~ko razlagawe, usled ~ega dolazi do stvarawa naslaga u sistemu za napajawe gorivom, a pri sagorevawu u loì{tu do obrazovawa ~a|i. Pove}awem temperature goriva smawuje se viskoznost ~ime se poboq{ava raspr{ivawe i ostvaruje, sa gledi{ta homogenosti, boqa sme{a, jer su kapqice sitnije, pa brè i lak{e isparavaju. S druge strane smawewe viskoznosti smawu-

Slika 5.57: Neke od brizgaqki gorionika na uqa za loèwe /44/

je dubinu prodirawa mlaza goriva pa se u ovom pogledu traì odgovaraju}e, kompromisno re{ewe: re{ewe koje }e omogu}iti i relativno lako obrazovawe sme{e i dovoqnu dubinu prodirawa mlaza goriva. Suvi{e velika viskoznost ostvarila bi ve}u dubinu prodirawa, pa i mogu}nost udara ~estica (kapi) goriva o zid loì{ta, a dobijene kapi bile bi ve}eg pre~nika. Zavisnost promene viskoznosti sa promenom temperature predstavqena je na Slici 5.58. Promena viskoznosti sa temperaturom data je u log log viskoznosti - log temperatura dijagramu, kojim se dobija linearna promena viskoznosti. Potrebna viskoznost za ostvarivawe najpovoqnijeg raspr{ivawa odnosno najboqeg sagorevawa odre|ena je od strane proivo|a~a gorionika ({rafirano podru~je), Zavisno od vrste goriva moè se odrediti do koje temperature treba uqe za loèwe zagrejati da bi se dobila traèna vrednost viskoznosti. Istovremeno ovim dijagramom se uo~ava da i sa uqima razli~itih gradacija moè da se postigne èqena viskoznost. To ipak ne zna~i da, za odre|eni gorionik moè da se koristi bilo koje uqe za loèwe, potrebno je koristiti predvi|eno gorivo, a izloène postavke omogu}avaju mawe korekcije u tom smislu.

5 Te~na goriva

Slika 5.58:

251

Zavisnost promene viskoziteta od temperature. [rafirano podru~je je optimalno podru~je viskoziteta za rad odre|enog gorionika

Obezbe|ewe sigurnog i ekonomi~nog rada postrojewa ostvari}e se ako uqe za loèwe (mazut) neposredno pre gorionika poseduje prora~unom predvi|ene vrednosti temperature i pritiska, a tako|e ako u dovoqnoj meri bude pre~i{}en od primesa. Zato se kompleksu opreme, u koju spadaju pumpe za mazut, pre~ista~i i greja~i, poklawa velika pa`wa, kako prilikom projektovawa tako i pri eksploataciji. Na Slici 5.59 data je {ema instalacije, a na Slici 5.60 greja~i uqa za loèwe. Pored viskoznosti na proto~nost uqa za loèwe veliki uticaj ima i temperatura stiwavawa. Ona, kod uqa za loèwe, zavisi od sirovine iz koje je gorivo dobijeno, vrste prerade i na~ina dobijawa. Tako uqe za loèwe dobijeno frakcionom destilacijom nafte parafinske osnove ima vi{u temperaturu stiwavawa od uqa za loèwe dobijenog iz naftenskih nafti, zbog sadràja ~vrstog parafina. Temperatura stiwavawa uqa za loèwe ipak odre|ena u laboratorijskim uslovima po propisanom postupku moè jako da se razlikuje od stvarne

252

Goriva

temperature na kojoj gorivo gubi te~qivost u uslovima eksploatacije. Ovo se obja{wava znatnom zavisno{}u temperature stiwavawa od: temperature, na koju se zagreva, trajawa zagrevawa i brzine hla|ewa. U zavisnosti od temperature prethodnog predgrevawa te{ko uqe za loèwe moè da gubi osobinu te~qivosti i na vi{im i na niìm temperaturama: zavisno od sastava i na~ina dobijawa, kao i navedenih parametara, kod goriva ove vrste mogu}e je razlikovati dve temperature stiwavawa - gorwu i dowu. Vi{a, takozvana maksimalna temperatura stiwavawa dobija se obi~no pri zagrevawu mazuta do 30-60°C, a nià, pri zagrevawu do 80-100°C. Pove}awe temperature prethodnog zagrevawa mazuta do 130-150°C ne uti~e na temperaturu stiwavawa /38/. Temperatura stiwavawa posle termi~kog tretmana (70-100°C), kao i viskoznost, nije stabilna - pri duèm skladi{tewu ona se ponovo vra}a na prvobitnu vrednost. Pri brzom hla|ewu, temperatura na kojoj ovo uqe za loèwe gubi te~qivost je znatno vi{a, nego pri sporom hla|ewu. Ove promene mogu se objasniti prisustvom u mazutu ~vrstih ugqovodonika. Ako je temperatura zagrevawa mazuta bila nià od temperature topqewa ugqovodonika - naj~e{}e parafinskih, onda pri hla|ewu ovi kristali postaju centri kristalizacije, koji ubrzavaju pojavu stiwavawa. Pri zagrevawu iznad 90-100°C dolazi uglavnom do topqewa svih ~vrstih ugqovodonika, {to, kasnije pri hla|ewu oteàva uspostavqawe kristalne strukture i temperatura stiwavawa je znatno nià. To zna~i da te{ko uqe za loèwe, na primer, treba predgrevati da bi bilo u te~nom stawu. Temperaturu na koju treba zagrejati odre|uje preporu~eno podru~je od strane proizvo|a~a - pumpa za dovod uqa za loèwe do gorionika (prva temperatura predgrevawa). Uqe za loèwe treba dodatno zagrejati do viskoznosti koja je optimalna za dobro raspr{ivawe (druga temperatura predgrevawa). Ovu viskoznost odre|uje gorionik (Slika 5.58).

5.6.2 SADR@AJ VODE Prisustvo vode je, kao {to je poznato, iz vi{e razloga {tetno. Ne ponavqaju}i ve} iznesene stavove o tome, prisustvo vode u uqima za loèwe namewenih kotlovskim postrojewima dovodi do pulzacije i ga{ewa plamena, o{te}ewa brizgaqki, pa ~ak i do eksplozija. Pri me{awu vode i uqa za loèwe do kojih dolazi najve}im delom prilikom transporta i manipulacije sa wime, obrazuju se emulzije tipa "voda u uqu": disperziona sredina je uqe za loèwe u kome se voda nalazi u obliku finih kapqica. Mogu}nost odstrawivawa vode jednostavnim taloèwem zavisi od razlike gustina uqa za loèwe i vode - {to je uqe za loèwe lak{e, voda se lak{e odvaja. Uqa za loèwe sa ve}im sadràjem sumpora obrazuju veoma stabilne emulzije.

5 Te~na goriva

a z a q u g o k { e t u m e r p i r p a z a j i c a l a t s n I

253 , i - - r ~ a 9 o { j a u t j i , p e m d a ~ a g r o s a r l m j i u e o r 2 g u t n e e g 1 e v m r - r i l , 5 a o t i p t a 1 n p t z d a a , o m n z n e e ~ v a v j a s i d i s n a e n r P n o k g z u t o a z r a a i a z r l u r - l t d t 7 t e { u k 1 z i a o e m a s , a v - l e o z r 1 e n 1 w n e a 8 z , , e m i a i ` i e n o ~ r ~ i ~ a a a u j t j T e e r l v t r a a r g r s i z l a g i - z t e ~ s t r e - a i 4 e 7 , q p r u m a d 1 p 1 o ~ o g 2 a j m , o , i e e v r n ~ n r i e g a a e w j e t e n e j z e j o a r r e v r l g g d ` z o a a p z l z u i l d u a a o 0 d 9 n v 1 e o 1 z e , r v , a s i u q m n a i a s e p k u n g i s i a w o s i n k a j k u e s - e n t o i e 6 r e o i r l , g t p s e d o - g i o p m o v 6 r p 1 i m p , u n e , a i p z k r - ~ n o i a w a 5 e e t r , l r d u - ` w t 3 t o e a l o k s 1 u l ` g e v j l o a o i e , z l e r n a s n s a s t a a 0 i i 2 q s a s z ~ u , u u a z - j n e a m a 4 e o r n , e d r r u q 3 g n u ~ , i o t t a m e z n k a t r a m s o e o m t e p l i g z m r ~ a w m i e a - r e r r t a e 8 p f s t t 1 t : 9 5 . 5 a k i l S

254

Goriva

Slika 5.60: [ema greja~a uqa za loèwe

Voda se odstrawuje obi~no zagrevawem uqa za loèwe do 40-70°C, kojom prilikom tokom vremena dolazi do odvajawa dela vode. Odstrawivawe dela vode koji je u obliku emulzije, vr{i se dodavawem specijalnih dodataka - deemulgatora.

5.6.3 SADR@AJ MINERALNIH PRIMESA Sadràj mineralnih primesa u uqu za loèwe obrazuje pri sagorevawu koli~inu pepela od svega 0,1 do 0,4%. Ipak i pored relativno malog sadràja pepeo bitno uti~e na karakteristike uqa za loèwe, odnosno postrojewa gde se koristi. Pepeo se taloì na grejnim povr{inama, smawuje prenos toplote, ~ime se smawuje stepen korisnosti, a istovremeno neophodnost udaqivawa nataloènog pepela usloàva i poskupquje eksploataciju. Zanatan deo mineralnih primesa uqa za loèwe otpada na vanadijum, naj~e{}e vezanog sa sumorom u okviru sloènih jediwewa. Tokom sagorevawa obrazuje se vanadijum pentoksid. Prisustvo vanadijuma kataliti~ki deluje na proces oksidacije SO2 i SO3 , koji veoma korodivno deluju na metalne povr{ine sa kojima dolaze u dodir.

5 Te~na goriva

255

5.6.4 SADR@AJ SUMPORA Sagorevawem sumpora nastaje SO2 a pri vi{ku vazduha i SO3 , koji reaguju}i sa vodom daje sumpornu kiselinu. Zbog toga treba voditi ra~una da temperatura dimnih gasova (produkata sagorevawa) bude vi{a od temperature kondenzacije takozvane 'ta~ke rose" (da nastali kondenzati ne bi korodivno delovali). Kada se u uqu za loèwe nalazi ve}i sadràj sumpora, tada temperaturu rose odre|uje temperatura kondenzacije sumpornih oksida (reda veli~ine 140-150°C). Prisustvo sumpora je s druge strane krajwe nepoèqno zbog zaga|ivawa okoline.

5.6.5 UQA ZA LO@EWE SR JUGOSLAVIJE Prema na{im propisima (JUS B.H2. 430) proizvodi se sedam vrsta uqa za loèwe: - uqe za loèwe ekstra lako - oznaka EL, - uqe za loèwe lako - ozanaka L, - uqe za loèwe sredwe - oznaka SR, - uqe za loèwe te{ko - oznaka T, - uqe za loèwe lako specijalno - oznaka LS, - te{ko metalur{ko uqe za loèwe - oznaka TM1, i - te{ko metalur{ko uqe za loèwe - oznaka TM2. Uqe za loèwe ekstra lako EL koristi se uglavnom kao gorivo za zagrevawe stambenih prostorija u pe}ima kod kojih se proces pripreme sme{e odvija slobodnim ili prinudnim isparavawem sa povr{ine goriva (Slika 5.61). Uqe za loèwe L koristi se i u industriji i poqoprivredi za centralna grejawa i za sve vrste industrijske namene. Uqe za loèwe sredwe upotrebava se kao gorivo u industriji za postrojewa maweg i sredweg kapaciteta. Te{ko uqe za loèwe koristi se kao gorivo u industrijskim pe}ima i velikim energetskim jedinicama. Uqe za loèwe LS upotrebqava se za pogon jedinica Jugoslovenske ratne mornarice i u priobalnom pomorskom saobra}aju, kao i za sve one namene gde se traì kvalitetnije gorivo. Te{ka metalur{ka uqa TM1 i TM2 namewena su, kao {to im i samo ime kaè, metalurgiji i svuda gde se zahteva mawi sadràj sumpora. Osnovne karakteristike ovih goriva, bez metalur{kih, date su u Tabeli 5.15.

256

Slika 5.61:

Goriva

Pe} za zagrevawe sa pri nudnim isparavawem goriva sa slobodne povr{ine

Tabela 5.12

Karakteristika Gustina na 15°C

(kg/m3 )

Uqa za loèwe EL

L

SR

T

LS

65

50

100

55

najvi{e 860

Temperatura paqewa (°C)

55

Viskozitet - na 20°C (mm2 /s) - na 50°C (mm2 /s) - na 100°C (mm2 /s)

3,7

Temperatura stiwavawa (°C), ispod

-10

Koks, % najvi{e

0,05

8,8

10,0

15,0

2,0

Sumpor, % najvi{e

1,0

2,0

3,0

4,0

1,5

Sadràj vode i meh. primesa, % najvi{e

0,15

1,0

1,5

2,0

0,3

Destilacija, ispari 95% do najvi{e (°C)

370

Dowa toplotna mo} (MJ/kg), najmawe

41,86

41,02

39,77

39,7

41,02

Sadràj pepela, % najvi{e

0,02

0,15

0,20

0,20

0,10

6-21 30

21

53 u zimskom perodu -5, u letwem +10

5 Te~na goriva

257

Literatura 1. 2.

7.

B. Prohaska i grupa autora: 'Tehnologija nafte - INA" , Zagreb, 1968. *** : Das Buch von Erdol. BP, Hamburg, 1967. R. Proti}: H svetska konferencija za energetiku, Nafta, Vol.28, Zagreb, 1977. B. Prohaska, J. [irola i dr. : 'Tehnologija nafte",Nafta, Zagreb, 1968. D. Veli~kovi}: 'Pogonske materije - I deo - Termogene materije", Ma{inski fakultet , Beograd, 1972. F. Jantsch: 'Kratfstofhandbuch, Franckh'sche Verlagshandlung", [tutgart, 1960. D. D. Rus~ev: 'Himi tverdogo topliva", Himi, Lewingrad, 1976.

8.

W. Peters:" Kohle als Rohstoff und Energiesträger", Erdöl und Kohle Vol.27, 1974.

9.

S. Veinovi}: 'Motori sa unutra{wim sagorevawem - oto, dizel, dvotaktni, ~etvorotaktni", CV[VJ, Beograd, 1993. A. A. Gurejev: 'Primeneni avtomobilnih benzinov", Himi, Moskva, 1972. F. Jantsch: "Kratfstofhandbuch, Franckh'sche Verlagshandlung", [tutgart, 1960.

3.

4. 5. 6.

10. 11.

12. C. G. Williams: "in Kraftsofthandbuch", F. Jantsch ( L.11 ) Engineering, 1953. 13. C. J. Brady, D. R. Johnson: "SAE Journal", Vol. 18, 1959. 14. J. Weissman: "Carburants et combustibles pour moteurs a combustion interne", Editions Technic, Pariz, 1970. A. A. Gurejev, R. J. Ivanova, I.V. [~egoqev: 'Avtomobilnie eksploata15.

16.

cione materili", Transport, Moskva, 1974. *** : "Gasoline Volatility - Its Relation to your Car's Performance", Lubrication,

Taxaco, 1939. 17. M. Mandl: 'Cestovna metoda odre|ivawa maksimalno dozvoqene ispar-

qivosti goriva", Tehnika podmazivawa i primena goriva, Vol.13, 1974. M. Radovanovi}, S. Veinovi}: 'Stepen uskla|enosti goriva i motora motornih vozila", Saop{tewa Instituta Ma{inskog fakulteta - Motorna vozila, 1/1971. 19. M. Radovanovi}: 'Za i protiv olovnih alkilata", Tehnika podmazivawa i primena goriva, Vol.11, 1972. 20. N. Apostolescu, D. Sfinteanu: "Automobilul cu combustibili neconventionali", 18.

Editura Tehnica, Buchurest, 1989. 21. M. E. Goodger: " Liquid Fuels for Transport", Prog. Energy Combust. Sci, Vol.8, pp 233 - 260, P ergamon Press, 1992. 22. M. Radovanovi}, M. Axi}, D. Simi}: "A new criteria for the

automotive fuels", Mobility & Vehicle Mechanics, Vol. 19, No. 3, 1993. 23. 24. 25.

*** : 'Por{nevie i gazoturbine dvigateli", Vsesozni institut nau~no i tehni~esko informacii, Moskva, 1991. B. @ivkovi}, M. Vasi}: Interni izve{taj Laboratorije za goriva i sagorevawe, Beograd, 1982. Y. Durier : "Caracteristiques des carburarants et combustibles et leur influence sur le fonctionnment des moteurs", Societe des edition Techic, Pariz, 1967.

258

Goriva

26. *** : "Octtel Group Gasoline Survey, letta - zima, 1974, 1975, 1976, 1977", The Associated Octtel Company Limittad, London. 27. R. Pischinger : "Zur Frage der unvollstandigen Verbrennung in Motoren", Osterreichische Ingenieur Zeitschrift, Vol. 3, 1970. 28. G. A. Morozov : 'Primenenie topliv i masel v dizelah", Nedra, Lewingrad,

1964 M. Radovanovi} : 'Goriva za vi{egorive motore", Magistarska disertacija, Beograd, 1968. 30. E. I. Zabrnski, A. P. Zarubin: 'Detonacionna stokost i vosplamenemost motornih topliv", Himi, Moskva, 1974. T. J. Russell: 'Mawkavosti metoda za ispitivawe dizelskog goriva", 31. Simpozijum JUGOMA ´85, Pore~, 1985. 32. B. V. Lesikov : 'Neftoprodukti - svostva, ka~estvo, primenenie", sprevo~nik, Hini, Moskva, 1966 T. R. Coley: "Low temperature operability of diesel", 33. SAE No. 830596, 1983. 34. F. Tama{i: 'Pona{awe dizel goriva na sniènim temperaturama", Interni izve{taj, Ma{inski fa kultet, Beograd, 1990. 35. Z. Posavec i dr.: 'Poboq{awe niskotemperaturnih svojstava dizelskog goriva", Goriva i maziva (25), 4, 1986. J. D. Morris, P. B. Mabley: 'Uloga aditiva u postoje}im i 36. gorivima budu}nosti", Simpozijum JUGOMA ´85, Pore~, 1985. K. Steiner: "Oil Burners", McGraw-Hill Book Company , 37. Wujork - London, 1937. 38. B.V. Losikov, A.D.Fatjanov, J.V.Mikulin, L.A.Aleksandrova: 'Topliva dl stacionarnh i sudovh gazovh turbin", Himi, Moskva, 1970. 39. M. Popovich, C. Hering: "Fuels and Lubricants", Chapman & Hall, London, 1959. 40. M. Radovanovi}, M. Axi}, S. Memetovi}, @. Milutinovi}: "Obrazovawe taloga i zahtevani oktanski broj pri radu sa bezolovnim motornim benzinom", Savetovawe JUMV ´88, Kragujevac, 1988. 41. ***: 'Jugoslovensi standardi za te~na goriva", Savezni zavod za standardizaciju, Beograd 42. ***: 'Tehni~ke preporuke za goriva za motorna vozila - JUS TP2 i JUS TP3", Savezni zavod za standardizaciju, Beograd, 1992. 43. D. E. Foringer, H. F. G. Richards: "Die Bedeutung des 29.

44.

Siedeverlaufsx von Autobenzin für den Fahrbetrieb", Schweizer Archiv für angewandte, 27, 1961. ***: "Ray Taschenbuch für Öl und Gasbrenner", Ray International, Hamburg, 1990.

6 GASOVITA GORIVA Gasovita goriva se danas sve vi{e koriste, u prvom redu zbog svojih povoqnih osobina u odnosu na ~vrsta i te~na goriva, jer poseduju niz prednosti: - potpunije sagorevaju, - poseduju mawi sadràj balasta, - sagorevaju sa veoma malim koeficijentom vi{ka vazduha, bliskim stehiometrijskom, - proces sagorevawa se moè lako regulisati, - produkti sagorevawa su ~istiji, - lako se transportuju, - proizvode se u centralizovanim postrojewima velikog kapaciteta, ako se radi o proizvedenim gorivima. Kao i te~na goriva gasovita goriva odlikuju se lakom upaqivo{}u i eksplozivno{}u, pa prilikom rukovawa i transporta treba o tome voditi posebno ra~una. Ne ulaze}i u podele po sastavu, po kojoj se gasovita goriva dele na elementarna (vodonik), homogena jediwewa (metan, butan, ugqenmonoksid, na primer i dr.), me{avine elemenata i jediwewa ili me{avine jediwewa, u daqem }e se razmatrati prirodna i proizvedena (primarna, sekundarna i sinteti~ka) gasovita goriva.

6.1 PRIRODNA GASOVITA GORIVA I pored toga {to se prirodnim gasovitim gorivima mogu smatrati jamski ili rudni~ki gas, koji se javqaju u rudnicima ugqa, kao i barski i truli gas, po{to se industrijski ne koriste, prirodnim gasovitim gorivom smatra se samo zemni gas. Prirodni zemni gas se javqa ili na mestima gde ima nafte ili samostalno (bez nafte). Nastao je istim procesom transformisawa od iste pramaterije kao i nafta. Zemni gas se nalazi kao slobodan, u takozvanoj 'gasnoj kapi" iznad nafte (Slika 5.1), i kao vezan, rastvoren u nafti. U sastavu prirodnog gasa nalaze se gasoviti ugqovodonici, od kojih najvi{e metana, uz primese vodonika i negorivih gasova (CO2, N 2 i CO). U prirodnom gasu koji se nalazi tamo gde ima i nafte nalazi se ve}i sadràj etana (do 10%), propana (do 7%) i butana (do 7%). Prirodni gas koji se nalazi u bu{otinama bez nafte prvenstveno se sastoji od metana (do 98%), a u pojedinim slu~ajevima se wegov sadràj pribliàva 100%. Sadràj ostalih parafinskih ugqovodonika u ovom slu~aju dostiè 1,5 do 2%. Gasovi koji sadrè ve}u koli~inu propana i butana nazivaju se vla`ni ili bogati, za razliku od prirodnih gasova sa daleko mawim wihovim sadràjem,

Goriva

koji se nazivaju suvi ili siroma{ni. Postupkom 'degazolinaè" iz vla`nih prirodnih gasova izdvajaju se te~ni gasovi (propan i butan) ugqovodonici vi{eg reda (od 5 atoma ugqenika u molekulu i navi{e) iz kojih se dobija laki benzin (gazolin) i ostaje suvi prirodni gas. Toplotna mo} prirodnih zemnih gasova koji se dobijaju iz ~isto gasnih bu{otina je ne{to nià od odgovaraju}ih dobijenih iz bu{otina gde se gas nalazi zajedno sa naftom: toplotna mo} prvih iznosi u proseku oko 36-36,5 MJ/m3, drugih - oko 37,7 MJ/m3, dostiù}i ponekad 41 MJ/m3. Sa ve}im sadràjem etana, propana i butana raste i toplotna mo} gasovitih goriva. Pored navedenih komponenata, u nekim prirodnim gasovima nalaze se i jediwewa sumpora, prvenstveno sumporvodonika (H2S) - do 2% najvi{e. Sumporvodonik je veoma toksi~an, dobro se rastvara u vodi i korodivno deluje na metale, naro~ito u prisustvu vode i kiseonika. Sve ovo ~ini prisustvo sumporvodonika krajwe nepoèqnim pa se on odstrawuje pre transporta i kori{}ewa. Najve}a nalazi{ta prirodnog zemnog gasa nalaze se u Rusiji, SAD, Iranu, Holandiji, Alìru i zemqama Bliskog istoka. U na{oj zemqi najva`nija nalazi{ta prirodnog zemnog gasa su Elemir, Kikinda i Plandi{te. Sastav nekih doma}ih prirodnih gasova dat je u Tabeli 6.1 /1/. Za efikasno kori{}ewe prirodnog gasa u industrijskim centrima u na{oj zemqi je izgra|en gasovod koji pored doma}eg omogu}avaju dovod gasa iz Rusije (Slika 6.1). Prirodni zemni gas, kao i druga gasovita goriva, ima {iroku primenu: pored kori{}ewa kao goriva, on se upotrebqava i kao sirovina u hemijskoj industriji. Kao energetsko gorivo prirodni gas se koristi za zagrevawe vode, zagrevawe vazduha, proizvodwu vodene pare i proizvodwu elektri~ne energije. Primenom prirodnog zemnog gasa kod kotlova ostvaruje se boqe iskori{}ewe u odnosu na ugaq. U pogledu konstrukcije i eksploatacije kotlovi loèni gasom poseduju, pored op{tih prednosti gasa kao goriva, niz preimu}stava: - jednostavnije i mawe loì{te, - odsustvo znatnog broja pomo}nih ure|aja, pa je mawa potro{wa energije za wihov pogon, - mawe je prqawe grejnih povr{ina, - nema lete}eg pepela i {qake, dok u nedostatke treba ubrojiti: - mawu efikasnost ozra~enih povr{ina usled maweg koeficijenta zra~ewa ({to ima za posledicu pove}awe grejnih povr{ina), i - opasnost od eksplozije usled lo{eg zaptivawa, odnosno propu{tawa gasa. Na Slici 6.2 dati su gubici i stepen korisnosti kotla za razli~ita goriva.

6 Gasovita goriva

Slika 6.1: Postoje}a i perspektivna gasovodna mreà u Srbiji /2/

Goriva o p i t s o n d e r v e w d e r s , ) o v e ~ n a P e t { i r o v ~ ( u d o v o s a g m o k s n e v o l s o g u / J 1 u / u a s n i a d g o g g . o 1 n d 9 o 9 r 1 i a r z p a v m a i c t s e a s e S m

: 1 . 6 a l e b a T

6 Gasovita goriva

Slika 6.2::

Stepen korisnosti i gubici kotla za razli~ita goriva: : 5-mrki ugaq, 6-loì{te sa suvim udaqavawem {qake, 7-loì{te sa te~nim udaqavawem {qake, 8-te{ki mazut, 9-prirodni zemni gas /121 iz stare/ Kao tehnolo{ko gorivo prirodni gas se upotrebqava u nizu procesa topqewa rude (proizvodwa gvo`|a, ~elika, bakra i dr.), pe~ewa materijala, zagrevawa materijala, termohemijske obrade metala i materijala, su{ewa materijala i delova i isparavawa rastvora. Pored ovog, prirodni gas se koristi za grejawe i ostale komunalne potrebe.

Kao sirovina u hemijskoj industriji prirodni gas se koristi bilo za dobijawe kona~nih proizvoda, bilo za dobijawe poluproizvoda koji se daqe koriste za proizvodwu niza dragocenih supstanci. Od prirodnog gasa dobijaju se vodonik, amonijak, metanol, acetilen, olefinski ugqovodonici i dr. Iz niza od navedenih proizvoda dobija se plasti~na masa, sinteti~ki kau~uk, ve{ta~ka vlakna, visokooktanske komponente i dr.

Goriva

Sa uo~avawem pojave 'efekta staklene ba{te" i, kao posledice, zagrevawa Zemqe, posledwih godina se za ocenu kvaliteta i primenqivosti goriva, uvodi dopunski kriterijum koli~ina CO2 nastala sagorevawem po jedinici energije koeficijent emisije CO2 - KECO2 (Poglavqe 7 - Perspektivna goriva) /4/. Po ovom kriterijumu metan, kao osnovni sastojak prirodnog gasa, ima najpovoqniju vrednost - KECO2 55kgCO2/GJ, {to ga po zna~aju svrstava u perspektivna goriva (Slika 7.6, Tabela 7.1 ). -

To je osnovni razlo {to se prirodni gas name}e kao gorivo za pogon motora sa unutra{wim sagorevawem - i oto i dizel motora. Instalacija za napajawe motora gorivom (gasom) u osnovi sastoji se iz rezervoara pod pritiskom, regulatora pritiska i me{a~a gasa i vazduha (pored sigurnosnih ure|aja). Prirodni gas moè biti uskladi{ten u sudovima pod pritiskom u sabijenom (CNG - Compressed Natural Gas) ili te~nom stawu (LNG Liquified Natural Gas ). Sme{tawe rezervoara na vozilu i teìna rezervoara predstavqaju osnovne probleme {irem prodoru prirodnog gasa kao goriva i pored povoqnijeg sastava i toksi~nih komponenti u produktima sagorevawa. Na Slikama 6.3 i 6.4 su data re{ewa za putni~ka vozila i autobuse.

Slika 6.3: Instalacija za napajawe motora gasom na putni~kom motornom vozilu /5/: 1-sve}ica, 2-leptir (klapna), 3-me{na komora za gas, 4gasni pretvara~, 5-pre~ista~ za vazduh, 6-preklopni ventil za gas/pre~ista~, 7-gasni Oto motor, 8-razvodnik paqewa, 9-rezervoar za gas

6 Gasovita goriva

Slika 6.4: Sme{taj rezervoara na autobusu

Oko 300.000 motornih vozila (1% ukupnog voznog parka) na 238 pumpnih stanica u Italiji koristi prirodni gas kao gorivo, a oko 200.000 vozila u Rusiji /7/.

6.2 PROIZVEDENA GASOVITA GORIVA Proizvedena gasovita goriva mogu se na osnovu polazne materije, zavisno od procesa kojim se dobijaju, podeliti u tri osnovne grupe: gasove dobijene preradom nafte ili proizvoda prerade nafte; gasove dobijene iz gasovitih prirodnih goriva i gasove dobijene iz ~vrstih goriva.

6.2.1 PRERA\ENA GASOVITA GORIVA IZ NAFTE ILI PRERADE PRODUKATA NAFTE 6.2.1.1 Rafinerijski gasovi U nizu postupaka prerade nafte ili produkata prerade nafte (frakcionisawe, krekovawe, reformisawe i dr.) dobija se odre|ena koli~ina gasovitih produkata, koji se uglavnom sastoje iz ugqovodonika. Dok se frakcionisawem

Goriva

dobijaju uglavnom zasi}eni ugqovodonici, krekovawem i drugim postupcima dobijaju se i nezasi}eni, olefinski ugqovodonici. Tako se pored propana, butana, izobutana i ne{to etana, nalaze i propilen, butilen i u primesama etilen. Posle izdvajawa ugqovodonika sa tri i ~etiri atoma ugqenika u molekulu ugqovodonika, rafinerijski gasovi se obi~no koriste za zagrevawe cevnih pe}i. Ovi gasovi nazivaju se rafinerijski gasovi.

6.2.1.2 Te~ni gasovi Te~ne gasove ~ine ugqovodonici sa tri ili ~etiri ugqenikova atoma u ugqovodoni~nom molekulu: propan (C3H8), propilen (C3H6), butan (C4H10), butilen (C4H8), izobutan i izobutilen. S obzirom na osobinu da na normalnim temperaturama i relativno niskom pritisku od 0,2-0,8 MPa (re|e do 1,6 MPa) prelaze u te~no stawe, nazivaju se te~ni gasovi. Dobijaju se izdvajawem iz prirodnih ili rafinerijskih gasova, a prodaju pod nazivom 'butan". Te~ni gasovi predstavqaju, kako sirovinu za hemijsku industriju, tako i ceweno gorivo u doma}instvima, industriji, kao i za pogon motora motornih vozila (Slika 6.5).

Slika 6.5:

1-akumulator, 2-preklopnik vrste goriva, 3-filter za te~nu fazu TG, 4-filter za vazduh, 5-adaptirani karburator, 6solenoidni ventil za benzin, 7-ulazni kolektor goriva, 8isapriva~ regulator, I, II -te~na odnosno gasovita faza TG, III benzin (rezervno gorivo), IV, V -voda u hladwak i iz hladwaka

6 Gasovita goriva

Te~ni gasovi poseduju visoku toplotnu mo}, sagorevaju potpuno, bez dima i mirisa. Kao goriva za oto motore poseduju izvanrednu otpornost prema detonativnom sagorevawu (Tabela 6.2). Izrazito su povoqni sa gledi{ta zaga|ewa atmosfere, jer su produkti sagorevawa ~isti - sadrè osetno mawe toksi~nih komponenata u odnosu na benzine. Tabela 6.2 /10/

IOB

MOB

Propan

111,5

100

n-Butan

95

92

Izo-butan

100,4

99

Propilen

100,2

85

100

82

najmawe 98

najmawe 87

Gorivo

Butilen MB 98

Kao goriva za oto motore te~ni gasovi imaju niz prednosti: - kako se te~ni gas me{a~u, odnosno karburatoru dovodi u gasnoj fazi, priprema gorive sme{e i raspodela sme{e po cilindrima je boqa u pore|ewu sa obrazovawem sme{e sa motornim benzinom, a sagorevawe je potpunije. Boqa homogenost sme{e omogu}ava i pri delimi~nim optere}ewima rad sa siroma{nijom sme{om, - sadràj ugqenmonoksida u izduvnim gasovima je kod dobro pode{enog, optimiranog ure|aja za primenu te~nog gasa mnogo mawi u pore|ewu sa sadràjem CO kod benzinskih motora: u proseku iznosi oko 10% od sadràja CO u izduvnim gasovima nastalim pri sagorevawu motornog benzina /8/, - sadràj nesagorelih ugqovodonika pri sagorevawu te~nih gasova je u proseku za oko 40% mawi u pore|ewu sa koli~inom koja nastaje pri sagorevawu motornog benzina, - i pored toga {to je pri stehiometrijskom odnosu sadràj azotovih oksida ve}i, sa te~nim gasom mogu se ostvariti i do 40% niè vrednosti /9/. Ove vrednosti su, me|utim, jako zavisne od vrste karburatora i optere}ewa motora (Slika 6.6)., - visoka vrednost oktanskog broja te~nog gasa omogu}ava i smawewe olovnih jediwewa u okolini, jer ih te~nim gasovima nije potrebno dodavati. Istovremeno, primenom te~nih gasova sve}ice i izduvni sistem ostaju ~istiji i imaju duì vek trajawa u pore|ewu sa istim pri benzinskom pogonu, - kako su i propan i butan gasovi, tokom rada motora ne dolazi do kondenzacije goriva u usisnoj grani i zidovima cilindra, pa ni do razre|ewa motornog uqa ~ime se ostvaruje boqe podmazivawe i duì vek trajawa ne samo motornog uqa, ve} i motora uop{te.

Goriva

Kao {to je poznato, danas se potro{wa kod putni~kih vozila izraàva u dm3 na 100 km pre|enog puta. Kori{}ewem te~nog gasa dobija se potro{wa izraèna na pomenut na~in ne{to ve}a u odnosu na motorni benzin, zavisno od vrste goriva (pod vrstom goriva podrazumeva se ~ist propan, tehni~ki propan, propan-butan ili ~ist butan), vrste vozila i vrste ure|aja za kori{}ewe te~nog gasa. Razlike u potro{wi izme|u te~nih gasova i benzina su posledica razlike zapreminskih toplotnih mo}i (Tabela 6.3). Uporedne vrednosti produkata sagorevawa, odnosno toksi~nih komponenata (ugqenmonoksida CO, nesagorelog goriva CH i azotnih oksida NOx) motornog benzina i te~nog gasa prikazane su u Tabeli 6.4. Slika 6.6: Uporedne vrednosti produkata sagorevawa, odnosno toksi~nih komponenata (ugqenmonoksida CO , nesago relih ugqovodonika HC i a z o t o v i h o k s i d a NO x , motornog benzina i te~nog gasa (TG) Tabela 6.3 Toplotne mo}i te~nih gasova /10/

Gorivo

Gustina na 15oC

Dowa toplotna mo}

kg/dm3

MJ/kg

MJ/dm3

Propan

0,509

46,33

23,58

Tehni~ki propan

0,512

46,27

23,69

Propan-butan me{avina

oko 0,55

45,82

25,20

Butan

0,585

45,66

26,71

MB 98

0,76

42,96

32,65

6 Gasovita goriva Tabela 6.4

Toksi~ne komponente

Motorni benzin

Te~ni gas

Maksimalno dozvoqena vrednost

CO

14,2

2,6

26,4

CH

1,2

0,9

2,0

NOx

1,5

1,3

3

6.2.2 PROIZVEDENA GASOVITA GORIVA IZ ^VRSTIH GORIVA Proizvedena gasovita goriva iz ~vrstih dobijaju se procesom gasifikacije ugqeva, gorivih {kriqaca i dr. i procesima suve destilacije. Analogno postupku dobijaju se generatorski i destilacioni gasovi.

6.2.2.1 Generatorski gasovi Postupak gazifikacije predstavqa su{tinski proces nepotpunog sagorevawa kojim se iz ~vrstih goriva dobijaju gasovita, tako da se u dobijenim gasovima nalaze produkti nepotpunog sagorevawa, ali i termi~kog razlagawa materije ~vrstog goriva. Proces gazifikacije se izvodi industrijski u posebnim ure|ajima - gasnim generatorima, pa se dobijeni gasovi nazivaju skra}eno generatorski gasovi. Primena ovog postupka konverzije ~vrstih goriva u gasovita zna~ajan je kako sa gledi{ta postoje}ih rezervi primarnih nosilaca energije (relativno velike rezerve ugqa), tako i sa gledi{ta re{avawa aktuelnih problema: - gazifikacijom ~vrstih goriva sa ve}im sadràjem sumpora dobija se gas sa mawe sumpora, pa se smawuje zaga|ewe okoline, - gazifikacijom velikih koli~ina ~vrstih goriva proizvode se gasovita, koja mogu da zamene prirodna gasovita goriva i - ovim postupkom moè se dobiti takozvani sintezni ili vodeni gas, koji se sastoji od ugqenmonoksida i vodonika, va`nih sirovina za hemijsku industriju. U dosada{wim istraìva~kim radovima kao i u praksi osvojen je niz metoda u ciqu dobijawa ili gasova, kod kojih je odlu~uju}i uticaj imao wihov sastav, ili gasovitih goriva, kod kojih je dominantan uticaj imala odgovaraju}a toplotna mo}.

Goriva

Bez obzira na ciq - dobijawa gasovitih goriva odre|ene toplotne mo}i ili dobijawa gasova odre|enog sastava, postupak gazifikacije se vr{i sa koli~inom vazduha koja je mawa od minimalno potrebne za potpuno sagorevawe - sa koeficijentom vi{ka vazduha mawim od jedan. Zavisno od vrste fluida kori{}enog u procesu , dobija se i odgovaraju}i sastav, pa time i odgovaraju}a toplotna mo}. U op{tem slu~aju, u ovim postupcima koriste se vazduh, me{avina vodene pare i vazduha ili kiseonika i vodena para, pa se tako dobijaju vazdu{ni, me{ani i vodeni generatorski gas. Zavisno od pritiska pod kojim se postupak gazifikacije izvodi razlikuju se procesi sa normalnim i povi{enim pritiscima. Ne ulaze}i u niz postoje}ih postupaka za izvo|ewe gazifikacije koji danas ve} postoje, pa i ~itave monografije napisane o wima /11, 12/ daju se u okviru ovog izlagawa samo weni osnovi. Proces prevo|ewa ~vrstog u gasovito gorivo odvija se, prema upro{}enoj {emi (Slika 6.7) u nekoliko zona: - u prvoj zoni - zoni sagorevawa dolazi do sagorevawa ugqenika iz polukoksa ili koksa prema poznatoj jedna~ini

-

-

uz izdvajawe odgovaraju}e koli~ine toplote, koja se koristi za zagrevawe gorwih slojeva., u drugoj zoni - zoni redukcije, nastali ugqendioksid iz prve zone, kre}u}i se navi{e nailazi na sloj usijanog polukoksa ili koksa i redukuje se u ugqenmonoksid

u tre}oj zoni dolazi do termi~kog razlagawa kori{}enog ugqa uz izdvajawe gorivih isparqivih materija i istovremeno nastajawe polukoksa ili koksa (zavisno od vrste kori{}enog ugqa i temperature), i u ~etvrtoj zoni, usled zagrevawa dolazi do su{ewa ugqa, odnosno odstrawivawa vlage.

Za slu~aj kada se umesto vazduha (gorwi slu~aj) u proces uvodi vodena para ili me{avina vodene pare i vazduha, dolazi do obrazovawa takozvanog vodenog ili sinteznog gasa: pored ugqenmonoksida, dobija se i druga goriva komponenta vodonik

6 Gasovita goriva

Slika 6.7 [ema gasogeneratora sa zonama sagorevawa, redukcije, suve destilacije i su{ewa, promenom temperature u gasogeneratoru i vremena odvijawa pojedinih faza u zonama /13/ U jednostavnim generatorima koristi se vazduh, pri ~emu se dobija gasovito gorivo koje se u osnovi sastoji od ugqenmonoksida i azota. Toplotna mo} vazdu{nog gasa, dobijenog na ovaj na~in, kre}e se u granicama 3,7-4,7 MJ/m3. Dobijawe gasa ve}e toplotne mo}i ostvaruje se uduvavawem vodene pare: toplotna mo} ovako dobijenog gasa iznosi do 7,5 MJ/m3. Daqe pove}awe toplotne mo}i generatorskog gasa postiè se zamenom vazduha kiseonikom, ~ime se odstrawuje azot iz gasa i dobija toplotna mo} do 11,2 MJ/m3. Za dobijawe gasova ve}e toplotne mo}i, proces gazifikacije se izvodi i pod pritiskom od 3,5 do 10 MPa. Tom prilikom, pored ugqenmonoksida i vodonika nastaje metan, a toplotna mo} se pove}ava do 18,6 MJ/m3. Daqim usloàvawem procesa moè se dobiti gas, koji ne zaostaje za prirodnim i koji se sastoji prete`no iz metana, toplotne mo}i od 37,3 MJ/m3.

Na Slikama 6.8 i 6.9 date su {eme postupaka za gazifikaciju firme Lurgi (Lurgi) i Koppers-Totzek (Kopers-Tocek) /14/. Sastav generatorskog gasa, dobijenog postupkom Lurgi na Kosovu, posle pre~i{}avawa, dat je u Tabeli 6.5.

Goriva

Slika 6.8:

Postupak gasifikacije po sistemu Lurgi: 1-dovod ugqa, 2-ustava za ugaq, 3-ter, 4-pogon, 5-vodena para, 6-razdeqiva~, 7-re{etka, 8-pogon re{etke, 9-vodeni omota~, 10-vodena para+kiseonik, 11-ustava za pepeo, 12-pre~i{}avawe i hla|ewe gasa, 13-generatorski gas /14/

6 Gasovita goriva

Slika 6.9:

Postupak za gasifikaciju Kopers-Tocek: 1-uvo|ewe ugqa u spra{enom stawu, kiseonika i vodene pare, 2 reaktor za gasifikaciju ugqa, 3-nepre~i{}eni generatorski gas, 4- pepeo /14/

Tabela 6.5

Ugqenmonoksid (%Vol)

35,5

Vodonik (%Vol )

26,5

Metan (%Vol )

26,9

Azot (%Vol)

11,3

Kiseonik (%Vol)

0,5

Primer malog generatora sa otpacima drveta kao gorivom dat je {ematski na Slici 6.10 i u izvedenoj verziji na Slici 6.11. Otpaci prerade drveta (strugotina, piqevina i dr.) dovode se odozgo u gasni generator (1). Zagrejani vazduh (2) neophodan za procese gazifikacije uvodi se u centralni deo reaktora. U reaktoru (3) vr{i se transformacija mase drvnih otpadaka u koksni ostatak, ter, CO2 i vodenu paru. Visoke temperature omogu}avaju krekovawe, paqewe i sagorevawe tera. Generatorski gas, koji se sastoji od vodonika i CO, nastaje reakcijom koksnog ostatka sa CO2 i H2O (vodenom parom) (4). Proizvedeni gas

Goriva

(5), temperature oko 500oC, izvodi se iz reaktora i u razmewiva~u toplote hladi, predaju}i toplotu vazduhu za gazifikaciju (2). Generatorski gas se daqe hladi do 300oC i pre~i{}ava od ~estica (6) i vodi (7) ka kotlu (8a) ili motoru (8b). Na Slici 6.11 je prikazana proizvodwa elektri~ne energije pomo}u motora i elektromotora. U posledwe vreme vr{e se intenzivna istraìvawa u ciqu ostvarewa takozvane podzemne gazifikacije ugqa, a u Rusiji su rezultati ovih ispitivawa na{li i industrijsku primenu. Podzemni gazogenerator sastoji se od sistema bu{otina me|usobno povezanih reakcionim kanalima u leì{tu ugqa. U procesu gazifikacije ne u~estvuje samo vazduh, oboga}en kiseonikom ili uz dodatak vodene pare, ve} i isparene podzemne vode, i vlaga ugqa. Tako|e u zoni povi{enih temperatura dolazi do razlagawa ugqa i stvarawa gorivih isparqivih materija (Slika 6.12). Zbog visokog sadràja balastnih gasova (azota i ugqendioksida) i male toplotne mo}i (od 2,9 do 5 MJ/m3), gas dobijen podzemnom gazifikacijom nije ekonomski opravdano transportovati na ve}a rastojawa - on se koristi na mestu proizvodwe: u industrijskim kotlovskim postrojewima i termoelektranama.

6.2.2.2 Slika 6.10

Destilacioni gasovi

Destilacione gasove ~ine produkti suve destilacije drveta, treseta, mrkih i kamenih ugqeva dobijeni primarnom ili visokotemperturskom suvom destilacijom. Kvalitet dobijenog gasa zavisi u osnovi od vrste goriva podvrgnutog termi~kom razlagawu. Toplotne mo}i se, zavisno od goriva, kre}u u granicama: - za destilacione gasove mrkog ugqa primarne: = 5,8 - 8,8 MJ/m 3 H d = 10,5 - 15,5 MJ/m 3 visokotemperaturske: H d - za destilacione gasove kamenog ugqa: primarne: = 12,5 - 30,5 MJ/m 3 H d = 16,7 - 23,8 MJ/m 3. visokotemperaturske: H d

6 Gasovita goriva

/ 5 1 / a k a d a p t o h i n v r d u j i c a k i f i z a g a z e w e j o r t s o p o n e d e v z I : 1 1 . 6 a k i l S

Goriva

Slika 6.12:

6.2.3

[ema podzemne gazifikacije ugqa: 1-dovod vazduha, 2-bu{otine za uvo|ewe vazduha, 3-zona sagorevawa, 4-nalazi{te ugqa, 5-bu{otina za izlaz gasa, 6-pre~i{}avawe gasa, 7-gas podzemne gazifikacije /16/

BIOGAS

Su{tina nastajawa biogasa svodi se na transformaciju organske materije (organskih otpadaka) u procesu koji se odvija bez prisustva vazduha delovawem anaeorobnih bakterija, u vi{estepenom biohemijskom i biolo{kom procesu kojim nastaje gas bogat metanom.

6 Gasovita goriva

U nedostatku kiseonika organska materija se razlaè pod dejstvom anaeorobnih bakterija. Proces se odvija u tri faze delovawem dve razli~ite grupe bakterija. U prvoj fazi kompleksna organska jediwewa kao {to su masti, proteini i ugqeni hidrati se enzimskom hidrolizom pretvaraju u jednostavnija organska jediwewa. Druga faza ~ini fermentirawe ovih jednostavnijih komponenata u isparqive masne kiseline grupom anaeorobnih bakterija, zvanih 'graditeqi kiselina". U tre}oj fazi se organske kiseline transformi{u u ugqendioksid i metan grupom anaeorobnih bakterija, zvanih 'graditeqi metana". Na taj na~in u zadwoj fazi nastaje gas (biogas) bogat metanom toplotne mo}i 22-26 MJ/m3. Koli~ina i kvalitet biogasa zavise od: - vrste organske materije i wene usitwenosti, - temperature procesa, - vremena trajawa procesa i - na~ina odvijawa procesa. Sastavni delovi postrojewa za proizvodwu biogasa, u op{tem slu~aju su: - prijemni rezervoar sa, po mogu}stvu, dodatnim ure|ajem za me{awe i sitwewe, - digestor (reaktor) u kome se obavqa fermentacija (po mogu}stvu izolovan) i sa ure|ajima za zagrevawe i me{awe, - rezervoar za gas, po mogu}stvu sa prethodnim pre~i{}avawem biogasa, - rezervoara za ostatak iz procesa fermentacije i - kontrolno-merni instrumenti. Danas postoji ~itav niz razli~itih re{ewa. Na Slici 6.13 dato je jedno od postoje}ih, predvi|eno za kori{}ewe stajwaka kao sirovine za proizvodwu biogasa. Sve` stajwak me{a se sa istom koli~inom tople vode u prijemnom rezervoaru. Prijemni rezervoar treba da se nalazi u neposrednoj blizini mlekare iz dva razloga: - stajwak se moè lako skupiti i dopremiti u prijemni rezervoar. S obzirom da prose~na krava provede jednu tre}inu svog ìvota u neposrednoj blizini {tale, relativno velika koli~ina stajwaka moè se skupiti na maloj povr{ini, - otpadna topla voda od prawa poda {tale moè se dopremiti u pripremni rezervoar. Kori{}ewe ove otpadne tople vode smawuje potrebu za kori{}ewem toplotnog izmewiva~a i smawuje tro{kove zagrevawa me{avine stajwaka i vode na optimalnu temperaturu. Kao sirovina za proizvodwu biogasa moè se koristiti u principu bilo koja organska materija, ta~nije, svaka vla`na organska materija - stajwak i otpaci, svi zeleni ostaci posle ètve, kao i ostaci hrane. Tokom anaeorobne fermentacije minimalni sadràj vlage u organskoj materiji je esencijalan za ìvot (odràwe) bakterija. To zna~i da bi bilo krajwe nepoèqno vlaìti organsku masu koja je ve} suva i onda je izlagati aneorobnom tretmanu. Slama se, na primer, moè boqe iskoristiti direktnim sagorevawem, uz mawa ulagawa i sa boqim u~inkom.

Goriva

3 1 . 6 a k i l S

6 Gasovita goriva

Proizvodwa biogasa uslovqena je prisustvom rezervoara za gas, koji treba da ujedna~i: varijacije u potro{wi (dnevne, nedeqne, sezonske), razlike u kvalitetu gasa i fluktuacije u koli~ini proizvedenog gasa. Karakteristike biogasa su ne{to lo{ije nego prirodnog gasa. Biogas se moè koristiti u dizel motorima u obliku dvogorivog pogona - 75% dizel goriva moè se zameniti biogasom, dok se 25% dizel goriva koristi za obezbe|ivawe nesmetanog rada (paqewe). Kori{}ewem biogasa u stacionarnim dizel motorima moè se posti}i i 80%-tno iskori{}ewe kombinovanom proizvodwom elektri~ne energije i toplote. Biogas se moè koristiti i za zagrevawe stanova, {tala, proizvodwu tople vode i sl.

Literatura 1. ***: Dnevne analize sastava prirodnog gasa, Energogas, Beograd, 1991. 2. Ministarstvo za industriju, energetiku i gra|evinarstvo Republike Srbije: 'Informacija o dosada{wem razvoju gasifikacije u Republici Srbiji i perspektive razvoja do 2000. godine", Beograd, 1990. 3. H. Puher-Westerheide: "Kraftwerke mit Kohleduckvergasung", VGB Karftwerkstechnik, Vol. 54, 1974.

4. M. Radovanovi}, M. Axi}, D. Simi}: "A new criteria for the automotive fuels", Mobility & Vehicle Mechanics, Vol. 19, No. 3, 1993. 5. F. Mariano: "Il metano nella panoramica dei transporti ecologici", CH 4-energia metano, No. 2, 1992. 6. F. Mariano: "An overall perspective of Italian NGV", CH4-energia metano, ..???

7. F. G. Ga6nullin, A. I. Gricenko, _. N. Vasil\ev, L. S. Zolotarevski6: 'PrirodnZ6 gaz kak motornoe toplivo na transporte", Nedra, Moskva, 1986. 8. ***: "Wissenwerfes über Autogas", British Petrol, SQV-MCG. 1981. 9. ***: "Der Krafstoff mit Zukunft", British Petrol, 1981. 10. G. Leggewie: "Flüssiggas als Krafstoff für Verbrennungs Motoren", Flüssiggas, 1981.

11. G. Jankes, M. Mitrovi}, S. Bratuqevi}: 'Gasifikacija ugqa", Institut Ma{inskog fakulteta, Beograd, 1976. 12. V. S. Saqt{uler: 'Novie procesi gasifikacii tverdogo topliva", Nedra, Moskva, 1976. 13. R. C. Patterson: "The Combustion Engineering Coal Gasification Program", Combustion, Vol. 47, 1976. 14. J. Faucounau: "Le charbon de l an 2000", La recherche, Vol. 5, 1974. 15. ***: Wood waste gasification, Prospektni materijal firme Energy Equipment Engineering, *

Holandija, 1990. 16. D. Veli~kovi}: 'Pogonske materije - I deo - Termogene materije", Ma{inski fakultet, Beograd, 1972. 17. R. M. Brule: "Design of Small-Scale Biogas Plants in Biomass Conversion Processes for Energy and Fuels", Plenum Press, New York, London, 1981. 18. E. Dohne: "Biogas Production from Organic Agricultural Wastes", ECE, United Nations, New York, 1982.

7 PERSPEKTIVNA GORIVA Kao {to je poznato, nafta sa svojim mnogobrojnim derivatima predstavqa danas najzna~ajniji energetski izvor. Sagledavaju}i, sa ve}om ili mawom ta~no{}u, kraj wenog iscrpqewa postavqa se pitawe perspektivnih ili alternativnih goriva, posebno u saobra}aju. U tom ciqu vr{e se u celom svetu, pa i u nas, intezivna istraìvawa, kako iznalaèwa 'novih" vrsta goriva, tako i usavr{avawa i prilago|avawa postoje}ih potro{a~a (motora odnosno vozila) novim gorivima. Doma}a proizvodwa nafte obezbe|uje pribli`no jednu ~etvrtinu potro{we u na{oj zemqi. S obzirom na stalan porast broja motornih vozila, pa time i odgovaraju}e potro{we, kao i na nestabilnost cena i mogu}nost nabavke nafte, poseban zna~aj za na{u zemqu ima svaka mogu}nost obezbe|ivawa doma}eg izvora energije za pogon motora sa unutra{wim sagorevawem. Izbor koji ~ove~anstvu stoji na raspolagawu nije veliki. Predmet istraìvawa su goriva od kojih su neka nova (vodonik), a neka ve} relativno poznata i kori{}ena, ali su u uslovima dovoqnih i jeftinih koli~ina goriva iz nafte bila odba~ena (alkoholi, sinteti~ki benzin i dizel gorivo dobijeni iz ugqa). Izbor ovih novih goriva zasniva se na uskla|ivawu i optimirawu niza kriterijuma: - koli~ine i raspoloìvosti potencijalnih primarnih nosilaca, - obnovqivosti, - potrebne tehnologije za proizvodwu i primenu, - stepena iskori{}ewa primarnog nosioca energije, - tro{kova eksploatacije, - uticaja na zaga|ewe okoline i dr. Dosada{wa istraìvawa ukazuju da relativno brza, kratkoro~na re{ewa treba traìti u uvo|ewu nekonvencionalnih goriva na bazi alkohola i biqnih uqa, a dugoro~na na bazi vodonika (21. vek). Posledwih godina problem zagrevawa Zemqe uvodi i nove kriterijume za perspektivna goriva. Zagrevawe usled efekta staklene ba{te nastaje kada odre|eni gasovi omogu}ava ju sun~evoj svetlosti da prodre do zemqine povr{ine ali delimi~no spre~avaju infracrveno izra~ivawe planete u atmosferu. Izvesno zagrevawe je prirodno i neophodno. Ukoliko ne bi bilo vodene pare, ugqendioksida i drugih gasova da apsorbuju infracrveno zra~ewe, na{a planeta bila bi hladnija za oko 33o C, a ìvot na woj, kakav postoji, ne bi bio mogu}. Tokom ovog veka, u atmosferu je ispu{tena ogromna koli~ina {tetnih materija {to sada predstavqa opasnost po qude, prirodni sistem i klimu na zemqinoj

282

Goriva

kugli. Sagorevawe fosilnih goriva, masovno uni{tavawe {uma, ispu{tawe industrijskih hemikalija i poqoprivrednih aditiva poja~alo je prirodni efekat staklene ba{te, pove}avaju}i opasnost od globalnog zagrevawa planete. Pored toga, ispu{tawe industrijskih hemikalija koje sadrè hlor i fluor doprinelo je uni{tavawu ozonskog omota~a u atmosferi. U kojoj meri razli~ite qudske aktivnosti doprinose promeni klime? Kao {to pokazuju najnovije procene World Recources Institute (WRI) /1/ daleko najve}i udeo ima potro{wa energije (oko 50%), od ~ega najve}i deo ~ini sagorevawe fosilnih goriva (Slika 7.1). Ostale qudske aktivnosti koje doprinose promeni klime su: - industrija (oko 22%), - uni{tavawe {uma (oko 14%), i

Slika 7.1: Aktivnosti koje doprinose globalnom zagrevawu (1980-1990) /1/

-

poqoprivredne aktivnosti (oko 13%).

7 Perspektivna goriva

283

Gasovi 'staklene ba{te" koji najvi{e uti~u na globalno zagrevawe planete dati su na Slici 7.2. Energetska postrojewa imaju najve}i udeo u 'proizvodwi" CO2 , kao {to je prikazano na Slici 7.3. Ugqendioksid u~estvuje sa polovinom u ukupnom zagrevawu zemqine kugle. Koncentracija CO2 u atmosferi trenutno raste za oko 0,5% godi{we, i ve} je za oko 25% ve}a u odnosu na predindustrijsko doba. Polovina ovog porasta desila se tokom posledwe tri decenije. Veza izme|u porasta koncentracije CO2 i prose~ne godi{we temperature data je na Slici 7.4. Prema Konferenciji o svetskoj klimi, Toronto, 1988., neophodno je smawiti emisiju CO2 za 20% do 2005. godine i za 50% do 2050. godine. Uzimaju}i u obzir neprestani rast populacije na zemqi i potrebe za energijom, emisija CO2 }e i daqe biti u porastu i dosti}i }e vrednost od 33 milijarde tona u 2020. godini Svetska konferencija o energetici, Montreal 1989., (Slika 7.5) .

Slika 7.2: ôvekov doprinos efektu staklene ba{te (1980-1990) /1/

284

Goriva

Slika 7.3: Struktura 'proizvo|a~a CO2 /2/

Slika 7.4: Porast koncentracije CO2 i godi{we prose~ne temperature /3/

285


Slika 7.5: Svetska emisija CO2 /2/

Koli~ina emitovanog CO2 direktno zavisi od: koli~ine potro{enog goriva, sadràja ugqenika u gorivu i potpunosti sagorevawa ugqenika. Osnovna mera za ocenu goriva po ovom kriterijumu je koeficijent emisije ugqendioksida - KECO2 . Koeficijent emisije ugqendioksida (KECO2 ) je funkcija sadràja ugqenika u

gorivu i defini{e se kao: gde su: gC (kg/kg, t/t) - sadràj ugqenika u gorivu H(MJ/kg, GJ/t) - toplotna mo} goriva 3,67 - koeficijent iz stehiometrijske jedna~ine sagorevawa ugqenika.

286

Goriva

Kako se toplotna mo} moè izraziti u vidu dowe i gorwe, neophodno je uz vrednost KECO2 navesti na koju od ovih veli~ina se odnosi KECO2 . Vrednosti KECO2 za standardna i perspektivna goriva date su u Tabeli 7.1. Smawewe emisije CO2 koje se postiè primenom perspektivnih goriva u odnosu na motorni benzin prikazano je na Slici 7.6. Vrednosti za KE CO2 ra~unate su kao direktna emisija CO2 iz procesa sagorevawa, bez CO2 iz procesa proizvodwe goriva, {to ovu sliku moè znatno da promeni. Posebnu analizu zahtevaju goriva dobijena iz biomase gde bi trebalo da bilans CO2 bude jednak nuli (CO2 koje se koristi za dobijawe biomase = CO2 koje se osloba|a sagorevawem biomase). Po ovom kriterijumu prioritet dobijaju obnovqiva goriva iz biomase: etanol kao gorivo za oto motore i biqna uqa kao goriva za dizel motore. Tabela 7.1: Vrednosti KECO2 za standardna i perspektivna goriva /4/

Hemijska formula

Vrsta goriva

BENZIN

C8 H18



gC

KECO2 g

kg/k kgCOg 2 /GJ

KECO2 d

kgCO2 /GJ

ÄKECO2 g

ÄKECO2 d

%

%

0,842

67,3

71,9

0,0

0,0

METANOL

CH3 OH

0,375

60,6

69,2

-10,0

-3,8

ETANOL

C2H5 OH

0,522

63,4

70,4

-5,8

-2,1

IPA

C3H7 OH

0,600

66,5

73,2

-1,2

1,8

TBA

C4H9 OH

0,649

66,9

73,0

-0,7

1,6

MTBE

C5H11 OH

0,682

65,5

71,1

-2,7

-1,1

TAME

C6H13 OH

0,706

65,8

71,0

-2,3

-1,2

METAN

CH4

0,750

49,6

55,0

-26,4

-23,4

ETAN

C2H6

0,800

56,6

61,8

-15,9

-14,0

PROPAN

C3H8

0,818

59,6

64,8

-11,5

-9,9


287

Slika 7.6: Smawewe emisije CO2 pri primeni perspektivnih goriva /5/

7.1 VODONIK Vodonik predstavqa ~isto gorivo, kako sa gledi{ta sastava, tako i sa gledi{ta zaga|ewa, jer je, kao {to je poznato, produkat sagorevawa vodonika ~ista voda. Na ovaj na~in nastala koli~ina vode je tako mala, da ne dovodi do poreme}aja biolo{ke ravnoteè. Vodonik se moè skladi{titi u gasovitom, te~nom i ~vrstom (u vidu metalnih hidrida) stawu i moè se transportovati brodom, èleznicom, kao i cevovodima. Univerzalna primenqivost vodonika kao goriva u industriji i doma}instvima za proizvodwu elektri~ne energije, za motorna vozila, vazduhoplove i dr. otvara {iroke mogu}nosti, tako da sa ostalim svojim karakteristikama vodonik odgovara uslovima koji se postavqaju budu}em gorivu - nosiocu energije. Vodonik predstavqa izuzetno kvalitetno gorivo, kako sa gledi{ta energetskih karakteristika (najve}a koncentracija energije po masi), tako i sa gledi{ta ekolo{kih karakteristika. Dok se kod motora pri pogonu sa motornim benzinom ili dizel gorivom nalazi niz toksi~nih komponenti (ugqenmonoksid,

288

Goriva

nesagoreli ugqovodonici, oksidi azota, sumpordioksid i olovna jediwewa), pri kori{}ewu vodonika se javqaju samo oksidi azota. Vodonik je veoma upaqiv, jer poseduje {iroke koncentracione granice paqewa (vodonik se pali u granicama, koje su oko 15 puta {ire od istih kod benzina), {to omogu}ava istovremeno lak{i start hladnog motora, brè zagrevawe, 'elasti~niji" rad i postizawe ve}e snage u odnosu na klasi~na goriva. Odre|ene probleme stvara mogu}nost povratka plamena i povr{inskog paqewa. Kao ozbiqan problem javqa se uskladi{tewe vodonika u vozilu, odnosno rezervoaru. Polaze}i od kriterijuma za rezervoar jednog vozila da poseduje: - srazmerno prihvatqiv odnos teìne i zapremine, - vreme puwewa rezervoara od najvi{e 10 min, i - sigurnost pri udesima, za skladi{tewe vodonika postoje u osnovi 4 mogu}nosti: rezervoar pod pritiskom, \uarova (Duar-ova) posuda, uskladi{tewe u obliku metalnih hidrida i u okviru drugih hemijskih goriva (amonijaka, na primer). Od svih opisanih varijanti mogu}ih rezervoara najpovoqniji je svakako na bazi metalnih hidrida (Tabela 7.2) mada je sve ove kombinacije veoma te{ko porediti sa benzinom, koji je sa ove ta~ke gledi{ta idealan i nezamenqiv (Tabela 7.3). Uskladi{tewe vodonika u metalima ostvareno je tek posledwih godina. Razli~iti metali (naj~e{}e u obliku praha) reaguju egzotermi~ki sa vodonikom stvaraju}i metalne hidride. Povratna reakcija osloba|awa vodonika iz hidrida ostvaruje se uz dovo|ewe toplote ili snièwe pritiska. Kao prvi zahtev javqa se dovoqan pritisak vodonika u rezervoaru i na niìm temperaturama, da bi bio mogu} hladan start. Gvo`|e - titan hidridi nalaze se u ovom opsegu, ali se zbog velike teìne ne mogu koristiti za glavni rezervoar. Metalni hidridi na bazi lantan-nikla ili vanadijum niobijuma su veoma pogodni za glavni rezervoar, ali se kao vrlo skupi i te{ki, ne primewuju. Zato se primewuje jeftiniji i relativno lak{i hidrid magnezijuma, koji vodonik osloba|a tek na vi{im temperaturama. Zagrevawem rezervoara toplotom izduvnih gasova ili vode za hla|ewe ostvaruje se zadovoqavaju}i pritisak vodonika. Naravno, neki jo{ nere{eni problemi onemogu}avaju danas uvo|ewe vodonika u primenu. Ne postoji jo{ uvek industrijski postupak za dobijawe dovoqnih koli~ina vodonika sa cenom koja bi bila jednaka ili nià od cene odgovaraju}ih fosilnih goriva. Tako|e postoje jo{ uvek tehni~ki nere{eni problemi proizvodwe vodonika i wegovog transporta u ve}oj koli~ini. Laka upaqivost i opasnost od eksplozije sme{e vodonika i vazduha zahtevaju posebnu pa`wu sa gledi{ta bezbednosti.

289

7 Perspektivna goriva Tabela 7.2

Vrsta goriva

Zapremina sadrà- Masa sadràja re- Masa rezervoara i ja rezervoara zervoara sadràja

dm3

kg

kg

Benzin

75,7

53,1

68

Te~ni vodonik

275,0

19,5

136

Gasoviti vodonik

1820,0

19,5

2090

132,0

233,0

284

Metal hidrid

(Mg2Ni-H) Tabela 7.3

Gustina

Toplotna mo}

Ekvivalent goriva koji odgovara 75 dm3 benzina

Vrsta goriva 3

3

kg/m

MJ/kg

dm

Benzin

703

44,38

75

52,5

68

Te~ni propan

510

44,40

99

50,6

85

Metanol

797

20,10

145

116,0

141

Etanol

795

26,66

109

87,1

107

71

120,90

273

19,3

136

Te~ni vodonik

kg

masa sa rezervoarom

(kg)

7.2 ALKOHOLI Primena alkohola kao goriva nije novijeg datuma: kori{}ewe goriva ovog tipa poznato je jo{ od kraja I svetskog rata - dvadesetih godina na{eg veka kori{}en je alkohol u Nema~koj, a u [vajcarskoj za vreme i neposredno posle Drugog svetskog rata. Primena alkohola (metil i etil) kao motornog goriva interesantno je sa vi{e gledi{ta: sa jedne strane, kao goriva koje moè da smawi potro{wu benzina, koriste}i ga u me{avini sa benzinom ili potpuno ~istog, s druge strane kao ~istijeg goriva sa gledi{ta zaga|ewa okoline toksi~nim komponentama izduvnih gasova motora. Dobijawe metanola iz ugqa istovremeno omogu}ava ~istiji na~in kori{}ewa ugqa, jer je neuporedivo mawe zaga|ewe atmosfere sagorevawem metanola u pore|ewu sa sagorevawem ugqa. Problem kori{}ewa alkohola kao goriva za motore postavqa i pitawe proizvodwe dovoqne koli~ine i pitawe cene. Neke osobine alkohola date su u Tabeli 5.8.

290

Goriva

7.2.1 MOGU]NOST PRIMENE METANOLA KAO MOTORSKOG GORIVA Razmatraju}i karakteristike metanola kao goriva za oto motore pore|ewem osobina sa benzinom, moè se do}i do slede}ih postavki: 1) Toplotna mo} metanola iznosi 19,6 MJ/kg i u pore|ewu sa benzinom je pribli`no dva puta mawa, {to zna~i da bi kori{}ewem metanola za isti pre|eni put bila potrebna dva puta ve}a koli~ina nego sa benzinom, odnosno dva puta ve}a zapremina rezervoara. Po{to u svom sastavu sadrì kiseonik, koji se uprocesu sagorevawa moè iskoristiti, minimalno potrebna koli~ina kiseonika, potrebna za potpuno sagorevawe, bi}e mawa: za sagorevawe 1 kg metanola potrebno je svega 6,46 kg vazduha, dok se za benzin ista vrednost kre}e oko 15 kg vazduha po kilogramu benzina. Iz istih razloga, me|utim, toplotna mo} gorive sme{e metanola i vazduha i benzina i vazduha se malo razlikuju: toplotna mo} sme{e metanola i vazduha iznosi oko 3,05 MJ/kg, a benzina i vazduha 2,95 MJ/kg. Koncentracione granice paqewa metanola su {ire u pore|ewu sa benzinom, pa su stoga povoqnije. [to se ti~e otpornosti prema detonativnom sagorevawu metanol poseduje izvanredna svojstva. I pored toga {to je odre|ivawe oktanskog broja metanola bilo oteàno odre|enim nedostacima CFR motora niz istraìva~a je utvrdio da se oktanski broj nalazi u granicama od 104 do 114, pa ~ak i iznad. Ovim je omogu}eno pove}awe stepena kompresije, pa time i stepena korisnosti motora. Uticaj sadràja metanola na poboq{awe putnog oktanskog broja dato je na Slici 7.7 /16/, 2) Probleme pri kori{}ewu metanola stvaraju nepovoqne karakteristike isparqivosti: pritisak zasi}enih para, konstantna nepromenqiva temperatura isparavawa (metanol kao jediwewe odre|enih karakteristika ne isparava kao benzin u odre|enom temperaturskom intervalu, ve} na odre|enoj temperaturi - 64,7o C), osetno ve}a toplota isparavawa i korodivno delovawe. Tako}e, i pored niskog pritiska zasi}enih para ~istog metanola, u me{avini sa motornim benzinom on naglo raste i prevazilazi dozvoqene vrednosti {to moè da dovede do pojave parnih ~epova. Ovi nazna~eni problemi su daleko mawe izraèni pri kori{}ewu metanola u me{avini sa benzinom (videti Slike 5.36 do 5.39). Sa relativno mawim rekonstrukcijama danas se metanol moè uspe{no koristiti sa 15-20% zapreminskog u~e{}a u sme{i sa benzinom. Prilikom kori{}ewa me{avina metanola i benzina javqa se nov problem: raslojavawe na benzin i metanol. Ovoj pojavi pogoduje snièwe temperature i prisustvo vode u alkoholu (alkohol je higroskopan!), ali se moè uspe{no


291

Slika 7.7: Uticaj metanola na poboq{awe putnog oktanskog broja kod benzina bez olovnih alkilata (vozilo Zastava 101): 1-prete`no izoparafinska frakcija (69,4%mass ); 2-prete`no olefinska frakcija (49,8% mass ); 3-p rete `no aro mats ka frakci ja (37,9%mass ) /16/

spre~iti dodavawem malih koli~ina vi{ih alkohola (propil ili butil alkohola - Slike 5.40 i 5.41).

7.2.2 MOGU]NOST PRIMENE ETANOLA KAO MOTORSKOG GORIVA Karakteristike etanola su sli~ne sa odgovaraju}im kod metanola, tako da op{te pretpostavke date u prethodnom poglavqu vaè i za etanol. Ipak moè se konstatovati da etanol poseduje ne{to povoqnije karakteristike od metanola: ve}a toplotna mo} (26,78 MJ/kg), mawa toplota isparavawa, mawa toksi~nost i dr. Karakteristike etanola, kao i me{avina sa motornim benzinom date su u Tabeli 5.8 i na Slikama 5.36 do 5.39.

292

Goriva

Jedna od osnovnih prednosti etanola je, me|utim, u ~iwenici da se etanol uspe{no dobija iz niza proizvoda i otpadaka prilikom prerade biomase, ~ime je jedan od veoma va`nih kriterijuma za uvo|ewe novih goriva - kriterijum obnovqivosti (jedino kod etanola) ispuwen.

Slika 7.8

Slika 7.9

Danas se jo{ uvek etanol koristi u me{avini sa motornim benzinom (sem u Brazilu). Potro{wa goriva u razli~itim stepenima prenosa vozila Z-101, kao i karakteristike zaleta za me{avine sa 5, 10, 15 i 25% etanola date su na Slikama 7.8 i 7.9 /17, 18/.

7.3 BIQNA UQA Istorijski posmatrano obnovqiva nisu novost, jer je od prvih poku{aja wihovog kori{}ewa pro{lo skoro 100 godina. Jo{ 1900. godine trì{tu je ponu|en motor 'na {piritus" /19/. U patentnoj prijavi iz 1912, godine Diesel (Dizel) pi{e, moglo bi se re}i, istorijsku re~enicu: 'Kori{}ewe biqnog uqa kao goriva u dana{wem trenutku moè se oceniti bezna~ajnim. Me|utim, tokom vremena i ovakvi proizvodi mogu biti zna~ajni kao {to su danas proizvodi dobijeni preradom nafte."

293


Obnovqiva goriva nisu od interesa samo zbog dugoro~nog obezbe|ivawa sigurnih izvora energije, ve} i zbog neospornih ekolo{kih prednosti u odnosu na klasi~na goriva dobijena preradom nafte. Pored navedenih, za razvijene zemqe Evrope, proizvodwa te~nih bio goriva bi smawila postoje}e poqoprivredne vi{kove. Proizvodwa i kori{}ewe bioqnih uqa danas, u osnovi posmatrano ne bi trebalo da bude problem. Vode}i, ipak, ra~una o ~iwenici da je postoje}i kompleks 'gorivo-motor-vozilo" danas optimiran po sva tri kriterijuma (energetski+ekonomski+ekolo{ki), primena bio goriva zahteva ipak uskla|ivawe sa postoje}om strukturom vozila i razvoj optimiranih motora za wih. Od biqnih uqa danas se kao gorivo koriste: repi~ino, sojino, suncokretovo, palmino uqe i dr. Osnovne karakteristike biqnih uqa date su u Tabeli 7.4 /20, 21, 22, 23/. Biqna uqa se mogu koristiti kao gorivo za dizel motore i kao gorivo za kotlove i pe}i. Kako se neke karakteristike biqnih uqa osetno ralikuju od uobi~ajenog dizel goriva, wihovo kori{}ewe na dana{wem nivou saznawa je ili u me{avini sa dizel gorivom ili posle oplemewivawa (esterifikacije) kojim se dobijaju metil ili etil estri - veoma kvalitetna bio-dizel goriva. Neke osobine me{avina date su na Slikama 7.10, 7.11 i 7 .12 /20, 21/. Na Slikama 7.13 i 7.14 dati su rezultati esterifikacije biqnih uqa: kao {to se uo~ava isuvi{e velika viskoznost biqnih uqa se svodi u granice predvi|ene standardom, a cetanski broj osetno raste /24/.

Slika 7.10

294

Goriva

4 . 7 a l e b a T

295


Slika 7.11

Slika 7.12

296

Goriva

Slika 7.13

Slika 7.14


297

Literatura 1. World Resources, 1990-1991: "Climate Change: A Global Concern", Chapter 2, Oxford

University Press, New York, 1990. 2. A. King, B. Schneider: "die Globale Revolution, ein Bericht des Rates des Club of Rome", Spiegel Spezial 2/91, Hamburg, 1991. 3. A. A. Regutzky, J. Fabri: "Chancen Alternativer Kraftstoffe unter dem Besonderen Aspekt der Umweltvertraguchkeit", Deutsche Shell AG, 1989. 4. M. Radovanovi}, M. Axi}, D. Simi}: "A new criteria for the automotive fuels", Mobility & Vehicle Mechanics, Vol. 19, No. 3, 1993. 5. T. Akiba: "Technologically Feasible Options For Consumption And Emission Abatement", Nissan Europena Technology Center, Brisel, 1992. 6. E. Tschegg, W. Wachter: "Wassersteff als Energieträger", Österreichische Ingenieur Zeitschrift, Vol. 10, 11, 1977. 7. J. A. Casazza: "What can Hydrogen de for an Energy Compani", Combustion, Vol. 11, 1976. 8. Grupa autora: "Waterstof als energiedrager", Teekomstige moge lijkheden in Nederland, TNO, Hag, 1975. 9. ***: "Wassersteff als Alternativ-Kraftsteff", Daimler Benz, Erdöl und Kohle, Vol. 28, 1975 10. H. May, U. Hattingen, W. Jordan: "Thermodinamische Untersuchung des Ottomotoren Processen mit Wasserstof als Zusatzkraftsteff", Motortechnische Zeitschrift, Vol. 4, 1976. 11. H. Buchner, Sauferer: "Wassersteff als Alternativkraftsteff für Motoren", Automo biltechnische Zeitschrift, Vol. 4, 1976. 12. ***: "Waterstoff als motorbrandstof", Auto Service, Vol. 2, 1976. 13. R. M. Dell, N. J. Bridger: "Hydrogen-the ultimate fuel", Applied Energy, Vol. 1, 1975. 14. J. F. Baxter, R.R. Husted, L. O. Wiliams: "Future Hydrogen Production Methods", Applied Energy, Vol. 1, 1975. 15. W. E. Winsche, T. V. Sheehan, K. C. Hoffman: "Hydrogen a clean Fuel for Urban Area", Intersoc. Energy Conf., Boston, 1971. 16. M. Mandq: "Metanol - gorivo za motore sa unutra{wim izgarawem, Goriva i maziva, Vol. 15, 1976. 17. M. Radovanovi} i dr.: 'Primena perspektivnih goriva za motorna vozila ZCZ", Ma{inski fakultet, Beograd, 1978. 18. M. Radovanovi} i dr.: 'Primena perspektivnih goriva za motorna vozila ZCZ - II faza", Ma{inski fakultet, Beograd, 1 980. 19. O. Syassen: "Chancen und Problematik nachwachender Kraftstoffe", Teil 1, MTZ

Motortechnische 53, 1992. 20. M. Radovanovi}, D. Stojiqkovi}: "Biomass as an energy and environment friendly

resource", UNESCO International Seminar Energy - environment policies "Central and East Europian approach", Bukure{t, 1993.

Goriva - Knjiga

Recommend Documents