Состав и свойства топлива

Топливо состоит из горючей и негорючей частей.

В твердом топливе горючая часть состоит из углерода, водорода, серы, кислорода и азота. К негорючей части (внешнему топливному балласту) относятся неорганичес­кие вещества, переходящие после сжигания топлива в золу, а также влага.

Зола, образующаяся при сгорании твердого топлива, состоит из окислов магния, кальция, натрия, калия, же­леза и других металлов. Различают тугоплавкую (тем­пература плавления выше 1425°C) и легкоплавкую золу, представляющую собой соответственно легко удаляемую сыпучую массу или твердый остаток (шлак) в виде сплошного слипшегося слоя или отдельных кусков.

Влага подразделяется на внешнюю и внутреннюю. Внешняя влага попадает в топливо из окружающей среды. Ее содержание может достигать нескольких десятков процентов. Внешняя влага может быть удалена посред­ством сушки топлива. Внутренняя влага подразделяется на гигроскопическую (поглощенную поверхностью час­тичек топлива) и гидратную (входящую в состав моле­кул некоторых соединений, т. е. химически связанную влагу).

Жидкое топливо состоит из углеводородов и других органических соединений, а газообразное является смесью горючих и негорючих газов — метана (иногда до 96— 98 %), этана, пропана, бутана, азота, окиси углерода, уг­лекислого газа, небольшого количества водяных и других паров.

Состав топлива, рассматриваемый с точки зрения со­держащихся отдельных, не связанных друг с другом химических элементов называется элементарным. Его при­нято записывать соответствующими буквами, отмечаю­щими содержание в топливе отдельных элементов: С — углерод; H — водород; О — кислород; N — азот; S — сера. Содержание золы и влаги обозначают соответствен­но буквами A и W.

Элементы, входящие в состав топлива, образуют слож­ные соединения, которые по своему составу могут быть летучими горючими (углерод, водород, угарный газ), летучими негорючими (кислород, азот, углекислый газ, водяные пары) и нелетучими (кокс).

Знание элементарного состава необходимо для опре­деления массы топлива (рабочей, аналитической, сухой, органической и горючей).

Топливо, добытое из недр и доставленное потребите­лю, характеризуется рабочей массой. Если топливо со­держит только внутреннюю влагу, то оно характеризует­ся аналитической (воздушно-сухой) массой. Масса топ­лива, из которой удалена вся влага, называется сухой, если удалена зола и влага — горючей, а если сера, зола и влага — органической.

Основным свойством топлива и его важнейшей харак­теристикой является теплота сгорания Q, измеряемая в джоулях (Дж) или калориях (кал). 1 кал=4,1868 Дж.

Теплота, выделившаяся при полном сгорании 1 кг или 1 м³ топлива, называется удельной теплотой сгорания (теплотворной способностью).

Различают низшую (без учета теплоты, израсхо­дованной на испарение влаги, содержащейся в топливе или образующейся при сгорании) — Q_н и высшую теп­лоту сгорания — Q_в.

Теплота сгорания отдельных видов топлива определя­ется по данным их элементарного состава (теоретически) или более точным экспериментальным методом в прибо­рах, называемых калориметрами.

Для сопоставления или взаимозамены различных ви­дов топлива введено понятие «условное топливо». Услов­ным называется топливо, теплотворная способность ко­торого равна 29307 кДж/кг (7000 ккал/кг).

Относительная тепловая ценность различных видов топлива рассматривается в сравнении с условным топ­ливом с помощью калорийного топливного эквивалента

;

где — низшая теплота сгорания рабочей массы твер­дого топлива; Q_у — теплота сгорания условного топлива. Для пересчета расхода конкретного топлива Р_к в условное P_y и обратно используют соотношение

и