Зольность топлива. Содержание и состав минеральных примесей.
Свойства золы топлива.
Зола – это твёрдый негорючий остаток, получившийся после завершения преобразований в минеральной части топлива в процессе его горения.
Зольность, как техническая характеристика, представляет собой массу золы, отнесённую, как правило, к сухой массе топлива и выраженную в процентах Аd.
Минеральные примеси в зависимости от их происхождения подразделяют на первичные, вторичные и третичные.
Состав и содержание первичных примесей, содержащихся в исходном углеобразующем материале, и вторичных, которые попадают в топливо в процессе углеобразования, для данного конкретного месторождения довольно стабильны. Они равномерно распределены в топливе и их механическое отделение практически неосуществимо. Третичные (внешние) минеральные примеси попадают в топливо в процессе его добычи, транспортировки и хранения (порода, земля, песок). Третичные примеси обычно неравномерно распределены в топливе и могут сравнительно легко отделяться от топлива (например, в процессе его обогащения). Минеральные примеси уменьшают содержание горючих веществ в единице массы топлива и снижают удельную теплоту его сгорания.
Основными минеральными примесями твёрдых топлив являются:
кремнезём SiO2 (до 50 %);
глинозём Al2O3 (до 25 %);
оксиды Na2O, K2O, CaO, MgO, Fe2O3, TiO2 (до 25 %);
сульфиды (преимущественно FeS2);
карбонаты CaCO3, MgCO3, FeCO3;
сульфаты CaSO4, MgSO4;
фосфаты, хлориды, соли щелочных металлов.
При сжигании твёрдого многозольного топлива возникают затруднения, обусловленные плавлением золы и образованием шлака, обладающего определённой плавкостью и вязкостью в зависимости от состава золы и температурных условий. В состав минеральных примесей твёрдых топлив входят вещества, имеющие как сравнительно низкую температуру плавления 800÷1000°С (оксиды натрия и калия), так и очень высокую – 1600÷2500°С (оксиды магния и алюминия). При горении топлива в условиях высоких температур образуются расплавы из различных компонентов минеральных примесей (шлак) , при этом плавкость золы зависит от температуры плавления отдельных компонентов.
При горении топлив с содержанием карбонатов более 2% (горючие сланцы) последние (в основном CaCO3, MgCO3, FeCO3) разлагаются на оксид металла и CO2. Оксиды металлов остаются в золе и в результате частичного присоединения оксидов серы образуют сульфаты. За сухую беззольную (горючую) массу в этом случае принимают
,
где
– содержание диоксида углерода
карбонатов, %;
– зольность без учёта сульфатов,
образовавшихся при разложении карбонатов,
и с поправкой на сгорание серы пиритной,
%.
Для рабочей массы
где
– содержание серы в лабораторной золе
в процентах к массе топлива;
– содержание сульфатной серы в топливе,
%;
– содержание пиритной серы в топливе,
%.
При отсутствии лабораторных данных о
содержании сульфатов величину
принимают равной: для эстонских и
ленинградских сланцев 2,0, для каширских
– 4,1.
Зола характеризуется тугоплавкостью, под которой понимается:
температура начала деформации tA;
температура начала размягчения tB;
температура начала жидкоплавкого состояния tС.
Температуры плавкости золы приводятся в таблицах технических характеристик топлив в справочной литературе.
В зависимости от температуры начала жидкоплавкого состояния все твёрдые топлива разделяются на три группы:
с легкоплавкой золой (tC<1350˚C);
с золой средней плавкости (tC=1350÷1450˚С);
с тугоплавкой золой (tC>1450˚C).
Расплавленный шлак осложняет эксплуатацию слоевых и факельных топок, загрязняет конвективный поверхности нагрева котла, разрушает огнеупорную обмуровку.