Топливо.

Топливо для парогенератора – это вещества, которые целесообразно сжигать для получения большого количества тепла, при этом топливо может быть твердым, жидким и газообразным. Топливо, которое сжигается в парогенераторе, может быть естественным или искусственным. К естественным твердым топливам относится уголь, сланцы, торф. Искусственное твердое топливо, как правило, не сжигается (кокс). Естественное жидкое топливо не сжигается в парогенераторе. Искусственное жидкое – мазут; естественное газообразное топливо – природный газ; доменный газ, газонефтепереработки – искусственное газообразное топливо. В основном естественный природный газ сжигается в топках парогенератора. В парогенераторе, как правило, сжигается топливо, малопригодное для технологической переработки (в основном это касается твердого топлива). Топливо состоит из сложных органических соединений и негорючих составляющих.

Элементарный состав топлива.

Различают рабочую, горючую и сухую массу. Соответственно состав индексируется буквами Р, Г, С.

Состав рабочей массы:

С^Р+ Н^Р + О^Р + N^Р + S^Р + А^Р + W^Р =100%,

где С – углерод, Н – водород, О – кислород, N – азот, S – сера, А – зола, W - влага

Если из этого состава исключить влагу, то получится сухая масса:

С^С+ Н^С + О^С + N^С + S^С + А^С =100%.

Если из этого состава исключить золу, то получится горючая масса:

С^Г+ Н^Г + О^Г + N^Г + S^Г =100%.

Кислород и азот – внутренние балласты. Состав рабочей массы – в расчетах используется наиболее полная характеристика топлива. Но так как в различных топливах содержание золы и влаги различно, то наиболее стабильной характеристикой является горючая масса.

Имеются коэффициенты пересчета из одной массы в другую.

Коэффициенты пересчета

Заданная масса топлива	Коэффициенты пересчета на массу
	Рабочую	Горючую	Сухую
Рабочая	1	100 / [100 - (АР+ WР)]	100 / (100 - WР)
Горючая	[100 -( АР+ WР)] / 100	1	(100- АС) / 100
Сухая	(100 - WР) / 100	100 / (100 - АС)	1

Отдельные компоненты топлива

Углерод С является основным горючим элементом топлива. Он определяет теплоту сгорания топлива, при его сгорании выделяется около 8000 ккал или примерно 34 МДж/кг. 1 Ккал соответствует 4,19 кДж. В твердом топливе углерода содержится примерно от 50 до 90% (то топливо, которое сжигается в парогенераторе). Чем больше углерода в твердом топливе, тем больше тепла выделяется при его сгорании, но тем труднее он воспламеняется. В жидком топливе, в мазуте, углерода содержится приблизительно 80-85%.

Водород Н имеет очень высокую теплоту сгорания, примерно 29-30 тысяч ккал/кг. Но в топливе это количество невелико. В антраците его количество порядка 1%, в мазуте – приблизительно 10-13%. Чем больше водорода в топливе, тем легче воспламеняется.

Кислород О не горит, но поддерживает горение, внутренний балласт топлива. В антраците кислорода примерно 1%, а в мазуте – менее 1%.

Азот N не горит, горение не поддерживает, однако, выделяясь при сгорании, он забирает часть тепла на свой подогрев. В топливе его достаточно мало: в мазуте и антраците меньше 1 %, очень незначительное количество и в других видах топлива.

Сера S – вредное составляющее топлива. Из-за присутствия серы в топливе приходится увеличивать температуру продуктов сгорания на выходе из парогенератора. Чтобы сера не оседала на трубах воздухонагревателях. Чтобы не образовывалась коррозия, часть серы сгорает.

Теплота сгорания 2-3 тысячи ккал/кг. В бурых углях серы содержится порядка 7%, в мазуте – в пределах от 0,5 до 2% и более. Если серы в мазуте содержится менее 0,5%, то такой мазут называется малосернистым, а более 2% - высокосернистым.

Зола А представляет собой твердый остаток после полного сгорания топлива. Расплавленную золу называют шлаком. Зола также вредное составляющее, является балластом топлива. Она затрудняет процесс горения, усложняет схему тепловой электростанции, так как требуется дополнительное оборудование для улавливания летучей золы и удаления шлака и золы с территории станции на золоотвалы. Кроме того, зола может оседать на трубках парогенератора, летучая зола истирает трубки парогенератора. Все это усложняет и удорожает эксплуатацию парогенератора. В углях золы может содержаться от 7% и более, в горючих сланцах очень много золы, до 70%, в жидком топливе золы практически нет.

Влага W содержится в топливе в двух видах: поверхностная влага (зависит от атмосферных условий) и внутренняя влага (капиллярная, гигроскопическая). Количество внутренней влаги зависит от возраста топлива. Влаги много в торфе и очень мало в антраците. Наличие влаги в топливе затрудняет эксплуатацию данного вида топлива, особенно зимой, так как зимой может быть смерзание топлива. Кроме того, при горении водорода, который входит в состав топлива, образуется влага:

2Н₂+О₂=2H₂O

4кг + 32кг=36кг

1кг + 8кг=9кг

Идет затрата тепла на нагрев и испарение не только той влаги, что присутствует в топливе, но и при сгорании водорода (9H^Р+W^Р – должны испарить). На испарение одного килограмма воды требуется примерно 2500 кДж/кг, то общее количество тепла, которое требуется для испарения влаги:

Q=2500 · (9H^Р / 100+W^Р / 100) =25(9H^Р+W^Р) =225H^Р+25W^Р [кДж/кг]

Технические характеристики топлива

Главной технической характеристикой топлива является теплота сгорания. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания называется количество теплоты, которое выделяется при сгорании 1-ого кг твердого или жидкого топлива, либо 1-ого м³ газообразного топлива при конденсации водяных паров при 0º С. Однако в расчетах используется низшая теплота сгорания, которая отличается от внешней теплоты сгорания рабочей массы топлива 225H^Р+25W^Р.

Q^p_н= Q^p_в - (225H^Р+25W^Р) [кДж/кг]

Чем больше влаги в топливе, тем меньше Q^p_н. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива можно определить, пользуясь формулой Менделеева:

Q^p_н =338 С^Р+ 1025 Н^Р + 109 (О^Р - S^Р) - W^Р,

где содержание углерода, водорода и других элементов в рабочей массе топлива выражено в процентах.

Для газообразного:

Q^p_н =108 H₂ + 126 CO + 234 Н₂S +358 CH₄+591 C₂H₄+… [кДж/м³]

Элементы выражены в процентах.

Теплота сгорания различных топлив различна и меняется в широких пределах. Поэтому часто для сравнения различных топлив употребляют расчеты, выполненные в так называемом условном топливе. Условное топливо – топливо, имеющее теплотворную способность, т.е. Q^p_н = 7000 ккал/кг, что составляет примерно 29,33 МДж/кг.

Формула пересчета:

В_усл.т. · Q^p_{н усл.т.}= В_нат · Q^p_нат.,

где В – расход топлива (масса в единицу времени).

В_усл.т= (В_нат · Q^p_нат.)/Q^p_{н усл.т.}

Э_т – топливный эквивалент, отношение к Q^p_н..

Лекция 5.

Выход летучих.

Название	Марка	Vг, %	Кокс
Длиннопламенный	Д	>36	Порошкообразный
Газовый	Г	>37	Порошкообразный
Жирный	Ж	24-36	Порошкообразный
Коксовый	К	17-33	Спекающийся
Отощенный спекающийся	ОС	14-27	Спекающийся
Слабоспекающийся	СС	17-37	Слабоспекающийся
Тощий	Т	9-17	Слабоспекающийся

V^г – уменьшение массы твердого топлива после выдержки его в течение семи минут без доступа воздуха, при температуре, равной 850º С, это уменьшение, отнесенное к горючей массе топлива. В состав летучих входит в частности окись углерода, водород, метан и др. У антрацитов выход летучих менее 9%, у торфа – приблизительно 70%, у бурого угля выход летучих может достигать может 50%, у каменных углей – от 10 до 40%. После выхода летучих остается твердый остаток, который называется коксом. Кокс может быть порошкообразным, слабоспекающимся или просто спекающимся. По выходу летучих и по коксу классифицируются каменные угли.

Твердое топливо.

Антрацит – более древнее топливо, U_н=25-27 МДж/кг, влажность менее 5%. Антрацит классифицируется по размеру кусков:

АП – антрацитовая плита, размер кусков более 100 мм;

АК – антрацит круглый, 50 - 100 мм;

АО – антрацит орех, 25-50 мм;

АМ – антрацит мелкий 13-25 мм;

АС – антрацит семечко 6-3 мм;

АШ – антрацитовый штыб, менее 6 мм;

АРШ – антрацит рядовой со штыбом, размер любой.

Кокс у антрацитов не спекается и зола легкоплавкая. Горючие сланцы, торф, бурый уголь относятся к местным топливам. У них достаточно большая зольность и переводить такой уголь не выгодно. Теплотворная способность этих топлив до 10 МДж/кг, влажность колеблется от 13 до 40%. Выход летучих у бурых углей более 40%. Бурый уголь непрочен и склонен к самовозгоранию, теплотворная способность до 12 МДж/кг. Торф: влажность до 50%, зольность от 3 до 10%, выход летучих до 80%, теплотворная способность до 12 МДж/кг.

Жидкое топливо.

Мазут – резервное топливо, как правило, дорогое. Влажность менее 3%, зольность весьма мала от 0,1%, теплотворная способность 40 МДж/кг. Однако мазут обладает вязкостью и поэтому его необходимо всегда держать подогретым 50-70º С. Вязкость является характеристикой мазута.

Газообразное топливо.

Сжигается природный газ, где 90% с лишним метан, имеются также тяжелые углеводороды этан, бутан, пропан и т.д. Для газообразного топлива теплотворная способность в пределах до 40 МДж/м³. Плотность немного меньше, чем плотность воздуха 0,7-0,8 кг/ м³, взрывоопасен в связи с воздухом, и токсичен.