3.2.1.3. Характеристики органических топлив

Все топлива характеризуются определенными показателями качества, например по ГОСТ 4.19, ГОСТ 13674, ГОСТ 26098, ГОСТ 10585, ГОСТ 5542. Основные из показателей рассмотрены ниже.

Влажность топлива. Различают два вида влаги в топливе: внешнюю и внутреннюю (или гигроскопическую), называемую также аналитической. Внешняя влага состоит из влаги, осаждающейся на поверхности, и капиллярной, содержащейся в капиллярах топлива. Гигроскопическая (аналитическая) влага находится частью в коллоидально-связанном состоянии и равномерно распределена в горючей массе топлива, а частью в виде гидратной влаги, входящей в состав молекул минеральных примесей.

Большое содержание внешней влаги приводит к смерзанию твердого топлива в зимнее время, ухудшению его размола, уменьшению сыпучести.

В зависимости от содержания влаги и ее вида твердые топлива подразделяются на три категории:

1) рабочее топливо (в том виде, как оно поступает в топку) с рабочей влажностью W^p;

2) воздушно-сухое топливо, влажность которого W^а = W^ги приведена в равновесие с влажностью окружающего воздуха;

З) абсолютно сухое топливо, которое совершенно не содержит влаги.

Абсолютная влажность определяется отношением массы влаги к абсолютно сухой массе топлива, относительная — отношением массы влаги к общей массе топлива.

Для топочных мазутов, транспортируемых водным путем или слитых при подогреве свежим паром, устанавливается норма содержания воды — не более 5 %. Влагосодержание газообразного топлива при теплотехнических расчетах принимается 10 г/м³ при температуре 10 °С.

Содержание влаги не является достаточной характеристикой энергетической ценности топлива. Для сравнительной оценки топлив по содержанию влаги введено понятие приведенной влажности, кг∙ % / МДж

W^пр = W^р/Q_н^р.

Зольность топлива. Зола представляет собой твердый минеральный остаток после сжигания топлива и состоит из топочных шлаков и летучей золы. Состав шлаков и золы, определяющий их свойства: SiО₂, Al₂О₃, FeO, Fe₂О₃, известь СаО, Na₂O, K₂O‚ V₂О₅, сульфаты СаSО₄, MgSO₄. Содержание минеральных примесей в твердом топливе изменяется от 1 % у древесины до 75 % в горючих сланцах. В международной геологической статистике запасы углей подсчитываются только до значения зольности 50 %.

Зольность мазутов колеблется от 0,04 до 0,12 %, а у мазута, вырабатываемого из бикинских нефтей, зольность может достигать 0,5 %. Для сравнительной оценки количества золы используется приведенная зольность топлива, кг· %/МДж

А^пр=А^р/Q_г^р.

Важное практическое значение имеет плавкость золы, характеризующаяся следующими температурами: t₁ − начало деформации, t₂ − начало размягчения и t₃ − начало жидкоплавкого состояния. Зола разделяется на тугоплавкую (t₃ >1425 °С), среднеплавкую (1200 °С < t₃ <1425 °С) и легкоплавкую (t₃<1200 °С).

Выход летучих из топлива и коксовый остаток. После подачи в топку твердое топливо проходит следующие стадии перед воспламенением: нагрев и испарение поверхностной и капиллярной влаги; нагрев воздушно-сухого топлива и разложение его на газовую и твердую фазы. Газовая фаза называется выходом летучих и состоит из горючих соединений − углеводородов, окиси углерода и водорода и негорючих − углекислого газа, кислорода, азота и водяных паров. Твердая фаза, называемая также коксовым остатком, состоит из углерода, органической серы и минеральной части топлива.

Коксовый остаток в зависимости от типа топлива может быть спекшийся, слабоспекшийся и порошкообразный. Характер коксового остатка играет решающую роль при определении наиболее рационального пути использования топлива. Каменные жирные угли с большим содержанием битума дают спекшийся крупнопористый остаток, используемый в металлургических печах; в котлах и отопительных установках такие угли не сжигаются. Энергетические топлива имеют порошкообразный коксовый остаток.

Сернистость топлива. Сера, содержащаяся в твердом топливе, подразделяется на органическую, сульфидную, элементарную и сульфатную. Обычно в расчетах принято элементарную серу относить к органической. Таким образом, общее содержание серы в топливе

S_общ =S_о +S_сд +S_ст. (5)

Сульфатная сера S_ст в горении не участвует.

При сжигании топлива S_общ переходит в продукты сгорания. Так, при сжигании антрацита около 97 % S_общ переходит в дымовые газы в виде SО₂ и небольшого количества SO₃(2...3) % S_общ , содержится в летучей золе, которая уносится дымовыми газами, а шлак связывает менее 0,5 % S_общ. При сжигании сланцев летучая зола может связывать больше половины общего количества серы в топливе. В рабочей массе твердого топлива содержится от 0,1 до 8,4 % серы.

Сера в жидком топливе содержится в виде сероорганических соединений (меркаптанов, сульфидов, дисульфидов в др.), элементарной серы и сероводорода. Все они участвуют в горении. Содержание серы в малосернистом мазуте — 0,5 %, в сернистом — 2,0 % , в высокосернистом — 3,5 %.

Сера в газовом топливе содержится в основном в виде сероводорода Н₂S. В природных и промышленных газах сера практически отсутствует, в попутных газах содержание серы незначительно.

Важной характеристикой топлива является его теплота сгорания. Различают высшую Q_в^р и низшую Q_н^р рабочую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания называют то количество теплоты, которое будет отдано продуктами сгорания, полученными от сжигания одного килограмма топлива, если продукты сгорания будут охлаждены до 0 °С, включая и теплоту конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания.

Низшая теплота сгорания Q_н^р отличается от высшей на теплоту испарения влаги топлива и влаги, образующейся при горении водорода. В энергетических установках влага в продуктах сгорания остается в парообразном состоянии и теплота, затраченная на ее испарение, не используется. Поэтому экономические показатели работы котлов и промышленных печей определяются, как правило, по низшей теплоте сгорания.