2.3.2 Общая характеристика состава твердого топлива

Вещественный состав твердого топлива разнообразен и при анализе находят массовую долю топлива влаги, золы и летучих веществ.

Влага – нежелательная составляющая топлива, т.к. снижает содержание других компонентов и вызывает значительные затраты тепла на испарение и нагрев воды. Влага способствует смерзанию, потере сыпучести и т.д., то есть делает топливо нетехнологичным.

Зола – нежелательная составляющая, которая представлена оксидами кремния, алюминия, кальция, лития, магния, железа, снижает долю горючей части, требует затрат на нагрев, порождает проблему зашлаковывания колосников топливосжигающих устройств. Выход золы иногда достигает половины массы топлива, что создает проблему ее складирования и утилизации.

Летучие – вещества, выделяющиеся из топлива при нагревании без доступа воздуха (сухая перегонка). В их состав входят CO₂, CO, CH₄, C_mH_n, H₂, N₂, пары смолы).

Среди элементов твердого топлива (C, H, S, N, и P) особо нежелательна сера, т.к. выделяющийся при сгорании сернистый газ (SO₂) вызывает коррозию оборудования, дымоходов, аппаратуры. Выбросы его в атмосферу загрязняют окружающую среду, вызывают «кислотные» дожди. В коксохимическом производстве сера из углей не удаляется и из кокса попадает в чугун и сталь, снижая их качество.

Уголь – осадочная порода, сформировавшаяся из остатков отмерших растений в результате их биологических, физико-химических и физических изменений, которая характеризуется большим разнообразием вещественного состава и физических свойств. Угли классифицируются на антрациты, каменные и бурые.

Антрациты – уголь с наибольшим содержанием (более 90%) углерода и малым (менее 8%) количеством летучих. Теплота сгорания его превышает теплоту сгорания условного топлива (примерно 33000 кДж/кг). Большая теплота и высокая температура горения позволяют широко применять его в промышленности, а повышенная прочность обеспечивает перевозку на большие расстояния. Недостаток антрацита – растрескивание и рассыпание при горении – устраняется термической обработкой при t = 1150ºC в шахтных печах с ограниченным количеством воздуха, где получается термоантрацит, широко используемый в металлургии. Доля антрацита в мировых запасах угля составляет около 3%.

Каменный уголь имеет меньшее содержание углерода (до 80%) и большее в сравнении с антрацитом (примерно 40%) количество летучих в горючей массе. Содержание золы составляет 5–30% при теплоте сгорания примерно 30000 кДж/кг.

Каменный уголь широко применяется как технологическое топливо в энергетике и для производства кокса. Все коксующиеся и большинство энергетических углей подвергаются обработке для удаления негорючих веществ (пустой породы) обогащением.

Бурые угли – наиболее низкокачественный тип углей, отличающийся высоким содержанием летучих (40–80%) и золы (до 35% и более) малым количеством углерода (65–75%), меньшей теплотой сгорания (26000–28000 кДж/кг). Однако его запасы весьма значительны.

Горючие сланцы – углистые породы, содержащие более 50% минеральных веществ карбонатного типа. Их теплотворная способность составляет 5800–8700 кДж/кг, однако в ряде районов (Прибалтика, Ленинградская, Саратовская обл.) они используются очень широко.