20. Топливо, смазки, рабочие жидкости

20.1 Общие свойства топлив

20.1.1 Классификация

К топливу относятся многие органические вещества, широко распространенные в природе, добываемые дешевыми и простыми способами, при сгорании выделяющие большое количество тепла и не образующие при этом вредных ядовитых веществ. По происхождению топливо делится на два больших класса: естественное, обычно используемое в том виде, в каком добывается из недр земли, и искусственное, которое после добычи подвергается переработке. По физическому состоянию топливо делится на твердое, жидкое и газообразное.

Органическая часть топлива состоит из нескольких химических элементов. Основные из них – углерод (С), водород (Н) и кислород (О); в небольшом количестве топливо может содержать серу (S) и азот (N). В состав топлив могут входить все основные элементы или только часть их.

Происхождение топлива	Химический состав	Физическое состояние топлива
		Твердое	Жидкое	Газообразное
Естественное	С	Антрацит	–	–
	С, Н	–	Нефть	Природный газ, нефтяной газ
	С, Н, О	Каменный уголь, бурый уголь, сланцы, торф, древесина	–	–
Искуственное	С	Кокс, полукокс, древесный уголь, нефтяная сажа	–	–
	С, Н	–	Бензин, керосин, бензол, дизельное топливо, мазут и др.	Газообразные углеводороды, получаемые при переработке нефти, продукты сухой перегонки топлив
	С, Н, О	Брикеты, пылевидное топливо	Спирты	Смешанный газ, водяной газ

Естественное топливо может быть возобновляемым (древесина, торф, отходы сельского хозяйства), если ежегодно наблюдается прирост запасов, и не возобновляемым (ископаемые угли, сланцы, нефть).

20.1.2 Состав топлива

Основной элемент, выделяющий основную массу тепла – углерод, содержание которого в органической части топлива колеблется от 50% (древесина) до 90 – 94% (антрацит). Большое количество тепла выделяется также при сгорании водорода, но содержание его в топливе невелико: в твердом – от 2 до 5%, в жидком – от 12 до 15%. В некоторых топливах (торф, древесина) содержится значительное количество кислорода – до 40%. Он не горит и не выделяет тепла, поэтому, чем больше кислорода, тем ниже тепловая ценность топлива. В небольших количествах содержится азот. Азот – инертное вещество, не горит, тепла не выделяет и в продуктах сгорания находится в виде элементарного азота (N). В качестве вредной примеси в небольшом количестве (1–3%) входит сера. Несмотря на то, что при сгорании серы выделяется тепло, она крайне нежелательна в любом топливе, так как образует активные сернистые газы, вызывающие сильную коррозию металла. Сера может находиться как в горючей, так и в негорючей частях топлива.

Негорючая часть топлива, его балласт, – это вода (W) и минеральные примеси (M). В твердом топливе влага содержится в виде внешней ( ), находящейся на поверхности топлива, и внутренней, или гигроскопической ( ). Для удаления внешней влаги топливо в течение нескольких дней выдерживают при температуре 20 – 30°С, а для удаления внутренней влаги топливо высушивают при температуре 102 – 105°С. Сумма внешней и внутренней воды дает общую, или рабочую, влагу ( ) твердого топлива:

После сгорания топлива остается зола (А), количество ее несколько меньше, чем содержание минеральных примесей, так как часть минеральных веществ разлагается с выделением сернистого и углекислого газов. Количество минеральных примесей . Зола называется тугоплавкой, если плавится при температуре выше 1400°С, среднеплавкой – от 1200 до 1400°С и легкоплавкой – ниже 1200°С.

Горючая часть газообразного топлива состоит из таких газов, как окись углерода ( ), водород ( ), метан ( ) и др., с числом углеродных атомов больше единицы, но меньше пяти. К балласту газообразного топлива относятся негорючие газы: пары воды ( ), азот ( ), углекислый газ ( ), сернистый газ ( ), кислород ( ) и др.