Значения коэффициентов в уравнении (1.16)

Топливо			
Древесина	388	1160	145
Торф	372	1120	139
Бурый уголь	364	1090	137
Каменный уголь	358	1070	134
Антрацит	352	1050	132
Мазут	372	1120	139

Низшая теплота сгорания твердого и жидкого топлива может быть рассчитана по различным эмпирическим формулам, наиболее точная из которых была предложена Д. И. Менделеевым. Она имеет вид

кДж/кг, (1.17)

где 340, 1035, 109 – опытные коэффициенты, приближенно равные теплотам сгорания соответствующих элементов, деленные на 100;  содержание элементов в топливе, % мас.

Низшая теплота сгорания сухого газообразного топлива (Q_н или ) определяется как сумма теплот сгорания его горючих составляющих и рассчитывается по универсальной формуле

(1.18)

В формуле (1.18) коэффициенты перед химическими формулами газов характеризуют соответственно величину теплот сгорания их, деленные на 100. Для расчета Q_н на места химических формул составляющих компонентов газообразного топлива подставляется их содержание в % об. Низшая и высшая теплоты сгорания природного газа могут быть определены также по углеродному числу n с помощью уравнений, предложенных Г. Ф. Кнорре:

, (1.19)

. (1.20)

Число n определяется по формуле

. (1.21)

Для определения теплоты сгорания влажного газообразного топлива проводится либо пересчет его на влажный состав с последующим использованием формулы (1.18), либо более простым путем по зависимости

кДж/м³ при н. у., (1.22)

где Н₂О – содержание водяных паров в топливе, % об.

Для сравнения энергетической ценности различных видов топлива, учета потребности, эффективности использования энергетических ресурсов, определения удельного расхода на тепловую обработку материалов в СНГ введено понятие условного топлива, теплота сгорания которого (Q_усл) принята равной 29 300 кДж/кг. Эта величина соответствует теплоте сгорания 1 кг каменного угля.

Перевод натурального топлива в единицы условного топлива проводится с помощью теплового эквивалента (переводного коэффициента), величина которого равна отношению

. (1.23)

Тогда для перерасчета расхода натурального топлива (В_н) в условное (В_усл) достаточно величину В_н умножить на эквивалент (Э_т).

Значения теплового эквивалента для некоторых видов топлива следующие: каменный уголь – 1; бурый уголь – 0,6; мазут – 1,4; природный газ – 1,21; коксовый газ – 0,57; доменный газ – 0,13.

Для характеристики энергоемкости тепловой обработки материалов используется 1 т условного топлива (т у. т.):

. (1.24)

В Западной Европе и других зарубежных странах используется условное топливо с теплотой сгорания 41 900 кДж/кг. Тепловой эквивалент с использованием этой величины называется нефтяным эквивалентом в отличие от применяемого в СНГ, называемым угольным эквивалентом.

Из твердого топлива при нагревании выделяются газообразные вещества, которые называются летучими. Содержание летучих определяют по отношению к горючей массе топлива (V^r).

Летучие вещества представляют собой продукты разложения сложных органических соединений, содержащихся в органической массе топлива. В их состав входят N₂, O₂, CO, CH₄, C₂H₄ и др. Определение выхода летучих проводят прокаливанием воздушно-сухого топлива массой 1 г при температуре 850 + 10°С в течение 7 мин без доступа воздуха. Содержание летучих в топливе оказывает большое влияние на процесс его воспламенения и полноту сгорания, а также длину факела и является важной характеристикой при выборе его для тепловых установок.

Твердый остаток, который получается после выхода летучих, называется коксом. В состав кокосового остатка входят часть углерода и зола. По своим механическим свойствам кокс может быть порошкообразным, слабоспекающимся, спекающимся.

По выходу летучих и характеристике кокосового остатка проводят классификацию каменных углей.

Переход золы в расплавленное состояние характеризуется тремя температурными точками: температурой начала деформации (t_А), температурой плавления (t_В) и температурой жидкоплавкого состояния (t_С).

Температура плавления золы обусловливает агрегатное состояние золы при температуре горения топлива и физическую структуру зольного остатка после удаления его из топочного пространства. Это свойство золы определяет принцип сжигания топлива. Различают 4 группы зол по температуре плавления: легкоплавкую (1160−1350); тугоплавкую (1350−1500) и огнеупорную (более 1500С). После сжигания топлива с легкоплавкой золой получается омоноличенный конгломерат в виде пористого шлака, с среднеплавкой и тугоплавкой золой – остаток, состоящий из тонкодисперсного порошка.

Вязкость жидкого топлива имеет большое значение для осуществления процессов его слива, транспортирования, хранения и сжигания. Показателем вязкости является градус условной вязкости (градус Энглера) при температуре 50°С. Градус Энглера (°ВУ)  это отношение продолжительности истечения 200 см³ жидкого топлива в вискозиметре Энглера при температуре испытания (50°С) к времени истечения того же объема дистиллированной воды при 20°С. В соответствии с ГОСТ 10585−75 с изменениями от 01.02.77 и 01.04.82г. определяется также кинематическая вязкость в м²/с.

Температура вспышки − эта такая температура, при которой смесь паров, отделившихся от поверхности жидкого топлива, с воздухом при нагревании его в стандартных условиях вспыхивает при поднесении к ней пламени, однако скорость образования паров недостаточна для продолжения горения.

Температура воспламенения − это температура, при которой нагреваемое в стандартных условиях топливо загорается без участия очага горения и горит не менее пяти секунд.

Для более наглядного представления о составе твердого и жидкого топлива, в частности таких его компонентов, как влажность, зольность, содержание серы, определяют их приведенные характеристики. Под приведенной характеристикой понимают содержание данного компонента в граммах, отнесенное к одному МДж теплоты, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива. Для расчета используются зависимости

, (1.24)

, (1.25)

, (1.26)

где , , − приведенные характеристики топлива соответственно по влажности, содержанию золы и серы, г/МДж; , , − содержание соответственно влаги, золы и горючей серы в рабочем топливе, мас. %; − низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Приведенные характеристики позволяют получить оценку качества топлива. По приведенной влажности судят о дополнительных затратах на его транспортирование, сушку, помол. Влажное топливо понижает температуру горения, а продукты его сгорания с большим содержанием водяных паров вызывают коррозию металлических частей оборудования. Большая зольность топлива, о которой судят по А^п, также увеличивает транспортные затраты на его перевозку, затрудняет шлакоудаление. Откладываясь в дымоходах, она нарушает аэродинамический режим и снижает производительность тепловых установок. Зола быстро изнашивает металлические поверхности, эродируя и корродируя их. Высокое значение S^п свидетельствует о сернистости топлива, требующей определенных условий сжигания, обеспечивающих охрану труда и окружающей среды. Продукты сгорания серы с водяными парами образуют серную кислоту, которая выпадает с осадками на поверхность почвы в виде кислотных дождей.

1.1.3. Виды топлива, их классификация и свойства. Древесное топливо. К нему относят дрова, отходы деревообрабатывающих производств: опилки, стружку, щепу и др.; отходы сельского хозяйства: солому, подсолнечную лузгу, льняную костру и др.; отход гидролизного производства − лигнин. Древесное топливо считают топливом местного значения.

Элементный состав древесины в среднем отвечает химической формуле клетчатки (С₆Н₁₀О₅)_х, т.е. состоит из 51% С^г, 6% Н^г, 0,7% N^г и 42,3% О^г.

Древесина является веществом, из которого образовались другие виды естественного твердого топлива при ее разложении в недрах земли без доступа воздуха в условиях высокой влажности. Разлагаясь, древесина постепенно беднела кислородом и обогащалась углеродом.

Дрова благодаря наименьшей степени разложении содержат до 85% летучих веществ. Будучи в сухом виде, они легко загораются и горят длинным пламенем, поэтому древесину используют при розжиге печей и топок, работающих на других труднозагорающихся топливах, например антрацитах. В составе древесины нет серы; зольность невелика, всего 1,5−2%. Зола не шлакуется. Влажность дров большая; в свежесрубленном дереве она достигает 50−100%, а в воздушно-сухом состоянии − 20−25%. Высокая влажность и небольшое содержание углерода в древесине обусловливают невысокую теплоту сгорания дров. Для воздушно-сухой древесины удельная теплота сгорания составляет 10 000−12 600 кДж/кг.

Торф. Он также относится к местным видам топлива. Является продуктом разложения растительности во влажных условиях без доступа воздуха. По своему составу и многим техническим свойствам торф мало отличается от древесины: так, в его горючей массе содержится немного больше углерода и меньше кислорода, что объясняется большей степенью его разложения − обуглероживания. Торф также почти не содержит серы, имеет высокую влажность и небольшую теплоту сгорания. Низшая теплота сгорания фрезерного торфа с влажностью 45−55% составляет 8400−10 500 кДж/кг. Зольность торфа ввиду засорения массы механическими примесями болотных вод выше зольности дров и составляет 5−30%. Зола торфа относится к легкошлакующейся. Содержание летучих веществ в торфе меньше, чем в древесине (70−75%), вследствие большей степени разложения растительного вещества.

Торф в сухом состоянии быстро загорается и горит длинным пламенем.

В зависимости от способов добычи торф получают в виде кусков при машинно-формовочном и гидравлическом способах или в виде крошки  при фрезерном. Более экономичным и распространенным способом является фрезерный способ добычи торфа. При хранении на складах торф, особенно фрезерный, подвержен самовозгоранию.

В настоящее время широкое распространение получили торфяные брикеты, имеющие небольшую влажность (около 20%) и более высокую теплоту сгорания. Кроме того, они не самовозгораются. Природные запасы торфа в Беларуси достигают 4 000 млн. т.

Ископаемые угли. Следующей за торфом стадией разложения растительного вещества является образование углей. Так как процесс обуглероживания растительного вещества протекал не скачкообразно, а постепенно, то ископаемые угли характеризуются разной степенью разложения и в зависимости от этого бывают: бурые и каменные угли, а также антрациты.

Бурые угли относятся к самым молодым углям. Их цвет меняется от бурого до черного, они лишены блеска, имеют пористую структуру, небольшую механическую прочность. При длительном пребывании на воздухе выветриваются и рассыпаются на мелкие куски; при хранении в штабелях на складах подвержены самоокислению, в результате чего может произойти их самовозгорание. Бурые угли содержат 40−55% летучих горючих веществ, горят длинным пламенем. Ввиду пористой структуры имеют большую влажность и зольность, обусловливающие их высокий балласт, достигающий 50% и выше.

Марки бурых углей обозначают буквой Б, и в зависимости от влажности их делят на группы: Б1 – с влажностью свыше 40%, Б2 − с влажностью от 30 до 40% и Б3 − с влажностью менее 30%. Бурые угли некоторых месторождений имеют повышенную сернистость, достигающую 8%. В зависимости от содержания балласта низшая теплота их сгорания колеблется от 10 000 до 17 700 кДж/кг.

Бурые угли относятся к местным видам топлива, так как содержат много балласта, не выдерживают дальних перевозок и длительного хранения.

Природные запасы бурого угля в Беларуси составляют 151 млн. т. и пока добыча его не ведется.

Каменные угли характеризуются выходом летучих веществ более 12%, с низшей теплотой сгорания 20 300−30 700 кДж/кг. Большинство их них относится к спекающимся углям. Содержание балласта у них достигает 20% и более.

Содержание летучих веществ, характеристика коксового остатка положены в основу маркировки каменных углей (табл. 1.4).

Таблица 1.4