4.1.2. Твердые и искусственные топлива

К твердым топливам относятся уголь, торф, сланцы, битуминозные пески. Важными характеристиками твердых топлив наряду с теплотой сгорания явля-ются выход летучих веществ и свойства кокса.

Если твердое топливо нагреть без доступа воздуха, то оно разлагается на две составляющих: кокс и летучие вещества. Содержание летучих веществ в топливе оказывает большое влияние на полноту сгорания топлива и учитывается при конструировании топочных устройств. По мере увеличения геологического возраста топлива содержание летучих веществ в нем уменьшается.

В состав коксового остатка входит часть топлива, остальное - зола. По своему химическому составу кокс представляет почти чистый углерод (97%). Выход летучих веществ и характеристика коксового остатка положены в основу классификации каменных углей.

Уголь – топливо с плотностью ρ = 1150…1500 кг/м³, теплота сгорания МДж/кг (каменные угли) и МДж/кг (бурые угли), отношение С/Н = 11,0…23,5 (каменные угли) и 9,6…19,0 (бурые угли). Содер-жание серы может достигать 7%.

Торф – ископаемое топливо с большим выходом летучих веществ (до 70%), высокой влажностью (W^р = 40…50%) и низкой теплотой сгорания ( МДж/кг).

Сланцы – топливо с большой зольностью (50…60%), повышенной влаж-ностью (W^p=15…20%), низкой теплотой сгорания ( МДж/кг). Слан-цы относятся к легковоспламеняемым топливам вследствие высокого содержания водорода (до 5…9,5%) и летучих веществ (до 80…90%). В основном их исполь-зуют как местные топлива.

Кислородсодержащие соединения. К числу кислородсодержащих соедине-ний относятся низшие и высшие спирты – метанол, этанол, пропанол и др.; эфиры – метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), диметилэфир (ДМЕ) и др. К настоящему времени наибольшее применение нашли низшие спирты, в частности метанол, который можно производить из угля, сланцев, древесины, биомассы и др. Спирты имеют высокие ОЧ и целесообразны для применения в ДВС с искровым зажи-ганием. Таких недостатков спиртов, как низкая теплота сгорания, коррози-онность, высокая теплота испарения, гигроскопичность и др., можно избежать, используя их производные – эфиры. Наибольшее применение как компонент автомобильных бензинов находит МТБЭ и как перспективное дизельное топливо - диметилэфир (ДМЕ), имеющий высокое ЦЧ и практически не образующий при сгорании сажи.

Водотопливные эмульсии (ВТЭ). Водотопливные эмульсии позволяют сущес-твенно снизить содержание сажи и оксидов азота в отходящих газах и повысить эффективности использования утяжеленных дизельных топлив. ВТЭ можно разделить на два типа: «вода в топливе» и «топливо в воде». На практике обычно используют эмульсии типа «вода в топливе», когда вода составляет 10…40% по объему. Капли воды в эмульсиях – это сферы диаметром 2…5 мкм.

Отличительные особенностями сгорания водотопливных эмульсий: низкая температура пламени и повышение полноты сгорания. В результате в улучшается образование смеси топлива с воздухом. Недостатками ВТЭ являются невозмож-ность их использования при низких температурах и склонность к расслоению.

Синтетические топлива. Такие топлива применяют как в чистом виде, так и в качестве добавок к углеродным топливам. Дешевым источником их получения является каменный уголь, из которого производят синтетические бензины и ди-зельные топлива, метанол и др. Эти топлива отличают меньшее (по отношению к дизельному) содержание водорода (9…12%), большее содержание серы и соеди-нений азота, повышенные температуры застывания, меньшая теплота сгорания.