2. Основная часть
топливо бензин сжигание горючий
2.1 Состав топлива
Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет. Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь. Под давлением наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра. В результатах движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счет эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.
Бурые угли. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое количество летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.
Каменные угли. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.
Антрациты. Почти целиком (96 %) состоят из углерода. Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров. Торф−горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Содержит 50—60 % углерода. Теплота сгорания (максимальная) 24 МДж/кг. Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал . Мировые запасы торфа около 500 млрд. тонн.
Рисунок 1 – Месторождения торфа
Кокс-искусственное твёрдое топливо, получаемое при нагревании до высоких температур (950—11500C) без доступа воздуха природных топлив или продуктов их переработки. В зависимости от вида сырья различают каменноугольный, электродный пековый и нефтяной кокс; основное количество кокса получают из каменного угля. Процесс коксования каменного угля был разработан отцом и сыном Абрахамом I и Абрахамом II. Дерби в начале 18 века в Англии. Первая доменная плавка чугуна на коксе была осуществлена Абрахамом II Дерби в 1735 году в Коулбрукдейле. Данное событие имеет важное значение в истории металлургии железа, с него берёт начало вся современная технологическая структура чёрной металлургии.
Древесина−дрова-пиленые и обычно расколотые деревья, дрова принято учитывать по объёму, для чего их выкладывают в поленницу, полноценность (полнодревесность) которой зависит от выкладки и считается нормальной, когда древесная масса составляет 70 % объёма. Приблизительно масса 1 м3 (древесина занимает 100 % объёма) при относительной влажности 20 % составляет (кг): дубовых дров 730, берёзовых 670, сосновых 525, еловых 470, осиновых 500. Древесина всех пород деревьев имеет сходный химический состав и содержит около 50 % углерода.
Пылеугольное топливо- сжигания угля, предварительно измельченного в тончайший порошок (пыль), путем вдувания его через форсунку в топочное пространство паровых котлов, металлургических печей или других тепловых агрегатов. Для получения угольного порошка применимо любое твердое топливо (бурые и каменные угли, торф, отбросы углемоек и коксовых ), поддающееся тонкому размолу. Для измельчения применяются дробилки и специальные мельницы, в том числе паровые, в которых куски угля раздробляются и постепенно превращаются в пыль под влиянием струй пара. Средняя тонкость помола определяется условием, чтобы при просеивании остаток на сите № 30 но превосходил 3 %, а на сите № 70 (с 4900 отверстий на 1 см2) — около 10 %, что соответствует размеру пылинок в массе до 0,086 мм. Происхождение и состав твердого топлива
Все виды твердого топлива которыми располагает наша страна - биологического происхождения – растения с помощью хлорофилла преобразуют солнечную энергию, в дальнейшем превращаются в топливо. В своих преобразованиях растительная масса проходит стадии образования – торф-бурый уголь-каменный уголь-антрацит.
Добытое твердое топливо включает в себя органическую массу и балласт.
Органической массой топлива принято считать ту часть, которая происходит из органических веществ: углерода, водорода, кислорода и азота.
Балласт включает серу и минеральные примеси - золу и влагу.
Углерод и водород – самые энергетические и ценные части топлива.
Углерод - содержится в большом количестве во всех видах твердого топлива без исключения - в древесине и торфе 50-58 %, в буром угле и каменном 65-80 %, в тощих углях и антраците – 90-95 %, сланцы содержат 61-73 % углерода, мазут – 84-87 %.Чем больше содержится углерода в топливе, тем больше выход тепла при его сжигании.
Качественный состав твердого топлива зависит от величины балласта поэтому в практике принято приводить данные по составу горючей массы топлива.
Водород – является следующей из основных энергетических составляющих. В твердом топливе водород частично находится в связанном с кислородом виде, составляя внутреннюю влагу топлива, вследствие чего понижается тепловая ценность топлива. Водород очень важен для образования летучих веществ, выделяющихся при нагревании топлива без доступа воздуха. В состав летучих водород входит в чистом виде и в виде углеводородных и других органических соединений. Содержание водорода в процентах от горючей массы топлива составляет: в дровах и торфе до 6, бурых каменных углях 3,8-5,8; сланцы – до 9,5; в антраците 2 и мазуте 10,6-11.
Кислород – является балластом. Не будучи теплообразующим элементом и связывая водород топлива, кислород снижает теплоту его сгорания.
Содержание кислорода в органической массе топлива с возрастом снижается с 41 % для древесины до 2,2 % для антрацита.
Азот - также является балластной инертной составляющей топлива, снижающей процентное содержание в нем горючих элементов. При сгорании топлива азот в продуктах сгорания содержится как в свободном состоянии, так и виде окислов NOх. Они относятся к вредным составляющим продуктов сгорания, количество которых должно лимитироваться.
Сера - содержится в твердом топливе в виде органических соединений SО и колчедана Sk – их объединяют в летучую серу Sл. Еще сера входит в состав топлива в виде сернистых солей – сульфатов – не способных гореть. Сульфатную серу принято относить к золе топлива. Присутствие серы значительно значительно снижает качество твердого топлива, так как сернистые газы SO2 и SO3 соединяясь с водой образуют серную кислоту - которая в свою очередь разрушает метал котла, и попадая в атмосферу вредит окружающей среде. Именно по этой причине содержание серы в в топливе – не только в твердом – крайне нежелательно.
Зола – топлива представляет собой балластную смесь различных минеральных веществ, остающихся после полного сгорания всей горючей части города. Зола непосредственно влияет на качество сгорания топлива – уменьшает эффективность горения.