13.6.5.Выход летучих и свойства кокса

Одними из наиболее важных теплотехнических характеристик топлив являются величина выхода летучих и свойства коксового остатка.

При нагревании твердых топлив происходит распад термически нестойких сложных, содержащих кислород углеводородистых соединений горючей массы с выделением горючих газов: водорода, углеводородов, окиси углерода и негорючих газов — углекислоты и водяных паров. Выход летучих веществ определяют нагреванием пробы воздушно-сухого топлива в количестве 1 г без доступа воздуха при температуре 850°С в течение 7 мин. Выход летучих, определенный как уменьшение массы пробы испытываемого топлива за вычетом содержащейся в нем влаги, относят к горючей массе топлива.

У разных топлив состав и теплота сгорания летучих веществ различны. По мере увеличения химического возраста топлива содержание летучих веществ уменьшается, а температура их выхода увеличивается. При этом вследствие уменьшения количества инертных газов теплота сгорания летучих веществ увеличивается. Для сланцев выход летучих составляет 80—90% от горючей массы; торфа — 70%. Для бурых углей — 30—60%, каменных углей марок Г и Д — 30—50%. У тощих углей и антрацитов выход летучих мал и соответственно равняется 11—13 и 2—9%. Поэтому содержание летучих веществ и их состав могут быть приняты в качестве признаков степени углефикации топлива, его химического возраста.

Для торфа выход летучих начинается при температуре примерно 100°, бурых и жирных каменных углей — 150—170°, горючих сланцев — 230°С, тощих углей и антрацитов ~400°С и завершается при высоких температурах — 1100—1200°С.

После отгонки летучих веществ из топлива образуется так называемый коксовый остаток. При содержании в угле битуминозных веществ, которые при нагревании переходят в пластическое состояние или расплавляются, порошкообразная проба угля, испытываемого на содержание летучих, может спекаться и вспучиваться. Способность топлива при термическом разложении образовывать более или менее прочный кокс называется спекаемостью. Торф, бурые угли и антрацит дают порошкообразный кокс. Каменные угли с выходом летучих 42—45% и тощие угли с выходом летучих менее 17% дают порошкообразный или слипшийся коксовый остаток.

Угли, образующие спекшийся коксовый остаток, являются ценным технологическим топливом и используются в первую очередь для производства металлургического кокса. Кокс в виде спекшегося или сплавленного остатка получается нагреванием измельченного до размеров 3—3,5 мм угля при температуре 1000°С без доступа воздуха. Свойства кокса зависят от состава органических соединений горючей массы топлива и содержания летучих веществ в нем.

13.7.Коэффициент использования тепла топлива

В общем случае не все тепло, выделяющееся при сгорании топлива, используется по назначению. Так, при работе парогенератора часть тепла Q₁ расходуется на производство пара, а другая - теряется с уходящими газами, шлаком, передается в окружающую среду процессами теплообмена или вовсе не используется из-за химического и механического недожога топлива^[5]. Поэтому отношение Q₁ к низшей теплоте сгорания топлива Q_н^рназывается коэффициентом полезного действия парогенератора, который по своей физической сущности является коэффициент использования тепла топлива.

Будем называть отношение количества теплоты, использованного по назначению, к выделившейся при этом низшей теплоты сгорания топливакоэффициентом использования тепла топлива.

^[1]Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³газового топлива, при условии, что образующиеся водяные пары в продуктах сгорания конденсируются, называется высшей теплотой сгорания топлива.

^[2]Индекс “p” здесь и далее обозначает величины, характеризующие рабочее топливо.

^[3]Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или 1 м³газового топлива, за вычетом тепла парообразования водяных паров, образующихся при горении, называется низшей теплотой сгорания топлива.

^[4]Здесь индекс «_оp+к» обозначает то, что ведется учет как органической, так и колчеданной серы. Колчеданная сера содержится в пирите (FeS₂), именуемом железным колчеданом.

^[5]При химическом недожоге имеем горючие компоненты топлива, не прореагировавшие из-за плохо организованного процесса горения (например, при недостатке окислителя). Механический недожог возникает при быстром удалении не прореагировавших остатков топлива из зоны горения.