2 Элементарный состав топлива

Твердые жидкие топлива:

Твердые и жидкие топлива характеризуются весовым составом, в который включаются следующие основные элементы:

• Углерод С – является одним из главных составляющих топлива. Чем его больше в составе, тем выше теплота сгорания топлива. В чистом виде в природе встречается в виде графита и алмаза. В холодном состоянии углерод с кислородом не соединяется. Поэтому горение углерода возможно только при нагреве его примерно до 700 С. ;

• Водород Н – легкий газ, не имеющий цвета и запаха, его больше всего в жидком топливе и сланцах;

• Кислород О – поддерживает горение, но сам не горит и тепла не выделяет. Кислород относят к внутренней балластной составляющей топлива;

• Азот N – нейтральный газ, сам не горит и горение не поддерживает;

• Сера S – в природе встречается в виде соединений, при горении получается сернистый газ, который при охлаждении соединяется с влагой и образует серную кислоту.

• Горючая (летучая) – колчеданная сера S_k;

• Негорючая минеральная S_о – входит в состав золы;

• Зола А – состоит из сложный химических соединений – окиси алюминия, соединений железа, кальция, магния, серы. Зола является негорючей (минеральной) частью топлива. Большое содержание золы в топливе вызывает трудности при эксплуатации котлов: загрязняет поверхности нагрева и газоходы и истирает крыльчатку и кожух дымососов.

Зола делится на:

• легкоплавкую с температурой размягчения ниже 1000 С (вызывает шлакование топки при сжигании топлива);

• тугоплавкую с температурой размягчения выше 1300 С;

• Влага W – является балластной примесью топлива. В зимнее время вызывает смерзание топлива. Влажное топливо плохо горит в топке и требует значительного количества тепла на испарение влаги. Водяные пары в дымовых газах при охлаждении до 40 - 60С конденсируются, а выделившаяся при этом влага вызывает коррозию металла экономайзера или воздухоподогревателя.

Влага топлива подразделяется на:

• Внешнюю (механическую) – вызванную поверхностным увлажнением кусков топлива и заполнением влагой пор и капилляров;

• Внутреннюю (равновесную, или гигроскопическую) – которая устанавливается в материале при длительном соприкосновении с окружающим воздухом.

Находясь в сухом месте, топливо теряет внешнюю влагу – высыхает и называется в таком случае воздушно – сухим. При нагреве топлива до 105 С из него можно удалить всю влагу и получить совершенно сухое топливо.

Горючими элементами в топливе, составляющими его горючую массу, являются углерод, водород и горючая сера. Условно к горючей массе относят также кислород и азот. Зола и влага в горении не участвуют и являются балластом.

Состав топлива принято представлять в виде совокупности входящих в него отдельных элементов и компонентов, выраженных в массовых процентах. Топливо в том виде, в котором оно поступает для сжигания, называют рабочим, а вещество, составляющее его – рабочей массой. Входящие в состав рабочей массы элементы записываются с индексом r:

(6)

Если из топлива удалена внешняя и внутренняя влага, то оно представляет собой сухую массу (индекс d), имеющую следующий состав

(7)

Если условно удалить из сухой массы содержащуюся в ней золу, то полученный состав представляет собой сухую безззольную (горючую) массу топлива:

(8)

Если из горючей массы выделить колчеданную и сульфатную серу, то оставшуюся массу топлива называют органической.

Состав рабочей и сухой массы одного и топлива в зависимости от условий добычи и погоды может колебаться в широких пределах. Состав же горючей массы стабилен. Поэтому его используют для проведения пересчета горючей массы на сухую и рабочую.

Коэффициенты пересчета составов топлива

Заданная масса топлива	Искомая масса топлива
	Рабочая	Сухая	Горючая
Рабочая	1
Сухая		1
Горючая			1

Коэффициенты пересчета одинаковы для всех элементов пересчитываемых масс топлива.

Важными теплотехническими характеристиками твердых топлив являются величина выхода летучих и свойства коксового остатка. Если топливо нагревать без доступа воздуха, то из него в результате термического разложения нестойких углеводородистых соединений, содержащих кислород, выделяются летучие вещества и остается твердый нелетучий остаток.

Выход летучих определяется по уменьшению горючей массы топлива при его нагревании в течение 7 минут без доступа воздуха при температуре 850º С. В состав летучих обычно входят водород Н, углеводороды , оксид углерода СО, диоксид углерода СО₂. Величина выхода летучих и температура начала их выхода зависят от возраста топлива.

Чем выше выход летучих и ниже температура начала их выделения, тем легче воспламеняется топливо.

Наибольший выход летучих и наименьшую температуру начала их выхода имеют молодые топлива: торф и бурые угли.

Твердый остаток, который остается после выхода летучих из топлива, может иметь различный вид:

• Спекшийся

• Слабоспекшийся

• Порошкообразный.

Лишь некоторые каменные угли дают плотный спекшийся остаток с большим числом пор – кокс.

Газообразное топливо:

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих (водорода Н₂, углеводородов метанового ряда, тяжелых углеводородов , сероводорода и оксида углерода СО) и небольшого количества негорючих (кислорода О₂, азота N₂, диоксида углерода СО₂, и водяных паров Н₂О) газов.

Состав топлива задается в виде составляющих его соединений в процентах по объему, а все расчеты ведутся исходя из единицы объема сухого газа, взятого при нормальных условиях (давлении 0,1 МПа, и температуре 0º С):

(9)

Основной характеристикой топлива является его теплота сгорания – теплота, которая выделяется при полном сжигании 1 кг (1 м³ для газа) топлива. Так как количество выделяемой теплоты зависит от конечного состояния продуктов сгорания, в частности от того, в каком агрегатном состоянии находится влага (в виде пара или воды), различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Различие между ними состоит в том, что высшая теплота сгорания топлива учитывает теплоту, которая выделяется при конденсации водяных паров (влага в продуктах сгорания находится в виде воды), а низшая эту теплоту не учитывает.

Так как в паровом котле температура продуктов сгорания достаточна высока и конденсации водяных паров не происходит, то теплота, затраченная на испарение влаги, теряется. Поэтому в тепловых расчетах котла используется только величина низшей теплоты сгорания рабочего топлива.

При сравнении энергетической ценности и эффективности использования различных топлив используется понятие условного топлива, т.е. топлива, теплота сгорания которого равна 29,3 МДж/кг.

Понятием условного топлива пользуются при определении различных топливных ресурсов, сравнении удельных расходов топлива на единицу выработанной энергии и т.д.

При сравнительной оценке качества топлив удобны приведенные характеристики топлива, отражающие:

• Содержание влаги в топливе ;

• Содержание золы в топливе ;

• Содержание серы в топливе .

Еще одними из важных характеристик топлива являются:

Температура застывания – минимальная температура, при которой жидкое топливо теряет текучесть и застывает настолько, что при наклоне пробирки с топливом на 45 град к горизонту его уровень остается неподвижным в течение 1 минуты.

Слив и перекачка жидкости становятся невозможными. Для мазута в зависимости от марки значение температуры застывания составляет 5-25 ºС.

Температура вспышки – это та температура, при которой пары жидкого топлива в смеси с воздухом вспыхивают при соприкосновении с пламенем. Для мазута 80-140 ºС. Следовательно при открытой системе подогрева мазута температура его подогрева должна быть на 10-15 ºС ниже температуры вспышки.