Лекция № 1 Основные понятия и сведения о топливе

План

1. Характеристика топлива.

2. Химический состав топлива.

3. Теплота сгорания топлива.

4. Условное топливо.

1. Характеристика топлива

Топливом называется горючее вещество, используемое в качестве источника получения теплоты в энергетических, промышленных и отопительных установках.

При использовании горючих веществ в качестве промышлен­ного топлива должны быть обеспечены следующие требования: достаточно большие их природные запасы; легкость горения и регулирования горения; невысокое содержание в них вредных примесей, низкая стоимость добычи этих веществ.

Классификация топлива

Различные виды топлив классифицируют по нескольким важ­нейшим признакам, а именно: по агрегатному состоянию, проис­хождению и отношению к нагреву.

По агрегатному состоянию виды топлив разделяют на твердое, жидкое и газообразное.

По происхождению — на естественные и искусственные. Топ­ливо, используемое в том виде, в котором оно находится в природе, называется естественным. Естественное топливо широко приме­няют в качестве сырья для химической промышленности. Непо­средственное горение естественного топлива по ряду причин не всегда удобно, поэтому в технике широко применяют методы переработки естественного топлива. Продукт переработки есте­ственного топлива носит название искусственного топлива.

По отношению к нагреву все виды топлив подразделяют на теплоустойчивые и теплонеустойчивые. Теплоустойчивыми назы­вают виды топлив, химический состав которых не изменяется при нагреве (кокс, газы СО, Н₂ и т. д.). Теплонеустойчивыми назы­вают виды топлив, подвергающиеся разложению при нагреве (дерево, торф, каменный уголь и т. д.).

Топливо характеризуется химическим составом, теплотой сго­рания, температурой горения и поведением при нагреве.

Таблица 1.1

Общая классификация топлива

Агрегатное состояние топлива	Вид топлива по происхождению
	Естественному	Искусственному
Твердое Жидкое Газообразное	Дрова, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, горючие сланцы Нефть Природный газ	Древесный уголь, кокс, угольная пыль, термоантрацит, полукокс Бензин, керосин, мазут, спирт, каменноугольная смола и др. Коксовый, доменный, светильный, генераторный, водяной газы

Газообразное топливо

Газообразное топливо по сравнению с жидким и твердым имеет ряд преимуществ, главные из которых: более простое смешение горю­чего и воздуха, позволяющее проводить сжигание газа с меньшим из­бытком воздуха; легкость транспортировки; простота обслуживания печей, работающих на газе. Все это приводит к тому, что газообразное топливо становится преобладающим. Газообразное топливо бывает естественное и искусственное. Естественными видами газообразного то­плива являются природный газ и попутный газ, который улавливают при добыче нефти. Искусственными видами газообразного топлива яв­ляются коксовый и доменный газы, получаемые соответственно при коксовании угля и при доменной плавке. Кроме того, к искусственным относятся генераторные газы, которые в последние годы полностью вышли из употребления на предприятиях черной металлургии.

Природный газ. Природный газ — наиболее дешевое топливо. Себе­стоимость его значительно ниже себестоимости угля и нефти.

Природный газ состоит главным образом из метана и содержит небольшой процент его гомологов. В связи с ростом добычи и переработки нефти соответственно воз­растают ресурсы нефтепромысловых газов, добываемых попутно с нефтью. Нефтепромысловые газы отличаются от природных чисто га­зовых месторождений большим содержанием гомологов метана (этана, бутана и др.) и соответственно более высокой теплотой сгорания.

Искусственное газообразное топливо. Коксовый газ, получаемый при коксовании углей, играет очень важную роль в топливном балансе металлургических заводов.

Доменный (колошниковый) газ получают в больших количествах (около 3 м³ на 1 кг чугуна) в процессе доменной плавки. На метал­лургических заводах доменный газ играет существенную роль в тепло­вом балансе, на его образование расходуется свыше

40 % теплоты сгорания кокса, загруженного в доменную печь. Доменные воздухона­греватели, печи коксовых и прокатных цехов в большей или меньшей мере отапливают доменным газом в смеси с коксовым или природным газом.

Жидкое топливо

Естественное жидкое топливо. К естественным жидким топливам относят сырую нефть, которую как топливо используют очень огра­ниченно. Использование продуктов переработки нефти дает более вы­сокий эффект, чем использование нефти в сыром виде.

Искусственное жидкое топливо. Основную массу искусственного жидкого топлива составляют продукты переработки сырой нефти.

Бензин представляет собой жидкое топливо, состоящее из наибо­лее легкокипящих фракций нефти (температура кипения до 473 К). Элементарный состав бензина зависит от содержания в нем различных углеводородов.

Керосин представляет собой фракцию, в основном кипящую при температуре выше 523 К. При дальнейшем повышении температуры из 1ИП1 отгоняется соляровый дистиллят.

Мазут широко применяют для отопления металлургиче­ских печей.

Важными показателями, характеризующими качество мазута, являются температура застывания и вязкость.

Низшая теплота сгорания мазута в зависимости от его состава и содержания влаги колеблется в пределах 35615—39805 кДж/кг.

В практике металлургического производства в качестве заменителя мазута в виде добавки к газообразному топливу (для увеличения излучательной способности факела) нередко применяют смолы, получае­мые как продукт переработки твердых топлив.

Твердое топливо

Для естественного твердого топлива всех видов общим является не только одинаковое агрегатное состояние, но и общность условий происхождения. Твердое топливо естественного вида — растительного происхождения. Чем старше топливо, тем выше содержание углерода и теплота сгорания.

Твердое топливо, кроме данных элементарного анализа, характе­ризуется также данными технического анализа, при котором определяют: содержание влаги, выход летучих веществ и кокса, зольность, количество серы, теплоту сгорания топлива.

Влажность является весьма важной характеристикой твердого топлива и в большой мере определяет эффективность его использования. Летучие вещества выделяются из топлива при его термическом разложении без доступа воздуха. При этом происходит разложение неустойчивых молекул и выделение газообразных горючих веществ. Кроме летучих веществ, продуктом термического разложения являют­ся также кокс — твердый остаток продуктов разложения. Летучие ве­щества играют весьма важную роль в процессе сгорания твердого топлива, ибо воспламеняются первыми и способствуют развитию про­цесса горения.

Твердое топливо содержит в составе негорючие элементы, состав­ляющие основу золы. Чем выше количество этих негорючих элементов и выше зольность, тем ниже качество топлива.

Сера является крайне вредной примесью твердого топлива. При сжигании топлива, в состав которого входит сера, образуется оксид серы SО₂; он является очень сильным окислителем. При применении твердого топлива (кокса) в доменном производстве сера, содержащая­ся в топливе, в значительной части переходит в чугун, понижая его качество и усложняя операции по его дальнейшему переделу в сталь. Твердое топливо в металлургических печах практически не при­меняют. Исключение составляет кокс, необходимый для доменного процесса. Кокс получают в специальных печах — коксовых батареях из каменных углей, обладающих необходимыми свойствами (коксующиеся угли). Исходным материалом для производства кокса в коксовых ба­тареях служат угли, дающие спекшийся кокс.

Летучие продукты коксования направляют на химический завод для улавливания из них ценных продуктов. Газ, выходящий из коксо­вой камеры печи, называется прямым, а газ, из которого на химиче­ском заводе выделили пары смолы, сырого бензола и аммиака, — об­ратным.

По назначению кокс подразделяют на доменный (пористость 45— 55 %) и литейный для вагранок (пористость не более 45 %).