ЛЕКЦИЯ 3

Топливо-смазочные материалы

1. Твердое топливо

Топливо — это вещество природного или искусственного происхождения, которое при сжигании выделяет значительное количество теплоты и используется как источник получения энергии.

Общая классификация топлива приведена на рис. 1.

Рис. 1. Общая классификация топлива

Основным свойством топлива является его теплота сгорания, которая измеряется в джоулях, килоджоулях (в системе СИ) или в калориях (1 кал = 4,1867 Дж). Теплота сгорания обозначается Q или q.

Удельная теплота сгорания (кДж/кг; кал/г; ккал/кг; кДж/м³; ккал/м³) —теплота, выделившаяся при полном сгорании 1 кг твердого и жидкого или 1 м³ газообразного топлива при t = 20 °С и давлении 101,3 кПа.

Для сопоставления или взаимозаменяемости различных видов топлива введены понятия условного топлива.

Условным называется топливо, имеющее теплоту сгорания 7000 ккал/кг (29307 кДж/кг, или 29307 кДж/м³).

Основными видами твердого топлива являются:

– ископаемые угли (бурые, каменные и антрациты);

– древесина;

– торф;

– горючие сланцы.

Основные характеристики твердого топлива:

• теплота сгорания (теплотворная способность);

• влажность — содержание внешней (из окружающей среды),

• гигроскопическая (поглощенной топливом) и гидратная (входя­щей в состав молекул) влага;

• зольность — содержание золы (сыпучей массы или твердого остатка);

• сернистость — содержание серы (которая является вредной примесью);

• выход летучих веществ — свойство топлива при нагревании свыше 800 С без доступа воздуха выделять горючие и негорю­чие газы (это снижает его теплотворную способность);

• коксуемость—способность топлива при нагревании свыше 900 С образовывать кокс;

• плотность — масса единицы объема топлива;

• гранулометрический состав (по размеру кусков);

• механическая прочность;

• термическая прочность (стойкость);

• горючесть — степень активности при взаимодействии с кислородом в процессах горения;

• окисляемость — способность взаимодействия с кислородом.

Классификация и маркировка ископаемых углей других видов твердого топлива

Ископаемые угли представляют собой продукт разложения растений, произрастающих на земле 55–300 млн. лет тому назад. Конечным продуктом разложения является углерод, содержание которого в углях колеблется от 55 до 97 % в зависимости от возраста и происхождения месторождения.

Классификация ископаемых углей:

1. в зависимости от исходных растительных материалов:

– гумусовые угли (образовались из остатков высших растений, в том числе деревьев и гигантских папоротников);

– сапропелевые угли (образовались из простейших водорослей и мельчайших животных организмов).

2. в зависимости от степени углефикации (глубины изменения органического вещества):

– бурые — самые молодые, содержащие 55–78 % углерода;

– каменные — со­держащие 78–92 % С;

– антрациты — содержащие 92–97 % С.

Бурые угли — рыхлая масса бурого или коричневого цвета от крошек до крупных кусков. Теплота сгорания Q=8400–21000 кДж/кг, или 2000–5000 ккал/кг.

Бурые угли легко загораются и поэтому склонны к самовозгоранию. Хранить их рекомендуется в небольших штабелях (до 2,5 м) сроком 1 месяц, чтобы избежать возможного самовоспламенения. Используют бурые угли как топливо.

Маркировка. В основу маркировки бурых углей положено содержание в них влаги и размер кусков.

По содержанию влаги они делятся на группы:

1. Б₁ — содержание влаги более 40 %;

2. Б₂ — 30–40 %;

3. Б₃ — до 30 %.

По размеру кусков (ГОСТ 19242-73) бурые угли делятся на 6 классов:

К — крупный (50–100мм);

О — орех (25–50 мм);

М — мелкий (13–25 мм);

С — семечко (менее 13 мм);

Ш — штыб (0–6 мм).

Р — рядовой (не ограничен).

При поставке бурых углей в сопроводительной документации указываются его группа и класс с размерами кусков (в мм). Например, группа Б₂, класс БК с размером кусков 50–100 мм.

Каменные угли — это основной вид ископаемых углей. Q — 20730–31400кДж/кг (5000–7000 ккал/кг). Каменный уголь применяют в основном для получения кокса.

Каменные угли по выходу летучих веществ и продуктов коксования подразделяются на марки (ГОСТ 25543-88): длиннопламенный (Д), газовый (Г), жирный (Ж), коксовый (К), отощенный спекающийся (ОС), тощий (Т).

Каменные угли классифицируются на:

– спекающиеся (в результате спекания измельченного угля получают один кусок) — марки Ж, Г, К, ОС;

– неспекающиеся (при нагревании угля образующийся остаток имеет порошкообразный вид) – марки Д и Т.

Антрациты — это черные с металлическим блеском угли. Теплота сгорания 25 000–30 000 кДж/кг: чем крупнее куски, тем выше теплота сгорания (обозначают буквой А).

Каменные угли и антрациты по размеру кусков (ГОСТ 19242– 73) делятся на 7 марок:

П — плитный (100–200 мм);

К — крупный (50–100мм);

О — орех (25–50 мм);

М — мелкий (13–25 мм);

С — семечко (менее 13 мм);

Ш — штыб (0–6 мм).

Р — рядовой (не ограничен).

К другим видам твердого топлива относятся древесное топливо, (ГОСТ 7657-84 – древесный уголь); торф (ГОСТ 11804-76, 4.105-83, 13674-78) и горючие сланцы.