Общие сведения

Минеральные примеси твердого топлива образованы большим количеством веществ, главными из которых являются силикаты (глинозем Аl₂O₃, кремнезем SiO₂), карбонаты (СаСО₃, MgCO₃, FeCO₃), сульфиды (FeS₂, CaS), сульфаты (CaSO₄, MgSO₄), закиси и окиси металлов, фосфаты, хлориды, соли щелочных металлов. Некоторые из этих веществ объединены в минералы сложного состава, например: каолинит А1₂O₃·2SiO₂·2H₂O, доломит CaMg(CO₃)₂, ортоклаз К[АlSi₃O₈], Na[АlSi₃O₈], Са[Аl₂Si₂O₈] и др. Соотношение между отдельными компонентами минеральных примесей и общее их количество по отношению к массе топлива существенно зависят от месторождения топлива и могут сильно различаться.

Порошкообразный негорючий остаток, образующийся после термического разложения и обжига минеральных примесей топлива в процессе его горения, называется золой.

Важное практическое значение имеет плавкость золы, которая характеризуется температурами: t₁ – начало деформации, t₂ – начало размягчения и t₃ – начало жидкоплавкого состояния. В зависимости от величины температуры плавления различают легкоплавкую золу (с температурой жидкоплавного состояния t₃ < 1250 °С), среднеплавкую (1250 < t₃ < 1450 °C), тугоплавкую (t₃ > 1450 °С).

Отдельные фракции золы имеют различные температуры плавления (от 800 до 2800 °С). При относительно низких температурах плавятся щелочи и окислы железа. Высокую температуру плавления имеют кремнезем и глинозем, окислы кальция и магния, различные минеральные составляющие золы. Расплавляясь, они образуют смеси, имеющие более низкие температуры плавления.

Зола, прошедшая стадию разложения и плавления, преобразовавшаяся в спекшую или сплавленную массу, называется шлаком. В отличие от золы, которая в основном состоит из свободных окислов различных элементов, в шлаке эти окислы образуют сложные многокомпонентные системы.

Золы и шлаки по способу улавливания и удаления подразделяются на:

• золу-унос – тонкодисперсный материал, образующийся из минеральной части твердого топлива, сжигаемого в пылевидном состоянии, и улавливаемый золоулавливающими устройствами из дымовых газов тепловых электростанций;

• шлак – часть золы топлива, агрегирующаяся в топочном пространстве и удаляемая снизу топки;

• золошлаковые материалы – смесь золы и шлака, образующаяся при совместном удалении золы и шлака.

Характеристики золы необходимо знать при проектировании и эксплуатации топочных устройств. В топочной камере можно организовать сжигание топлив с твердым или жидким шлакоудалением.

Твердое шлакоудаление неизбежно при сжигании топлив с тугоплавкой золой (при температуре начала жидкоплавкого состояния t₃ > 1400 °С). Оно целесообразно также и для топлив с умеренными значениями температуры t₃, но при относительно небольшой зольности этих топлив и высоком выходе летучих веществ (V ^daf > 25 %).

Жидкое шлакоудаление применяют для сжигания малореакционных углей (антрацитов, полуантрацитов, тощих и слабоспекающихся каменных углей при выходе летучих веществ V ^daf < 25 %), шлакующих каменных и бурых углей, отличающихся повышенным количеством относительно легкоплавкой золы t₃ = 1150–1300 °С. Организация жидкого шлакоудаления с высоким уровнем температуры горения топлива обеспечивает при малом выходе летучих веществ заметное уменьшение потерь топлива с недожогом, а в случае сжигания высокозольных топлив позволяет облегчить борьбу с шлакованием и износом конвективных поверхностей.

Большая зольность снижает теплоту сгорания топлива. Так, при изменении зольности топлива от A₁^r до A₂^r теплота сгорания рабочей массы составит, кДж/кг:

,

где 24,42 – теплота парообразования 0,01 кг водяного пара, кДж.

Снижение теплотворной способности топлива приводит к ухудшению экономических и экологических показателей котельных установок.

Содержание золы в топливе не является достаточным показателем его энергетической ценности, т. к. топлива с одинаковым содержанием золы часто имеют различную теплоту сгорания. Для характеристики топлива большое значение имеет приведенная зольность A^пр, т. е. содержание золы, отнесенное к 1000 ккал низшей теплоты сгорания Q_i^r, % кг·10³/ккал:

,

где A^r – рабочая зольность топлива, поступающего в топку, %.

Зольность топлива на сухую массу (%) пересчитывают по формуле

,

где A^a – аналитическая зольность топлива, %.

Зольность топлива на рабочую массу пересчитывают по формуле, %

.

Существует ряд стандартных методик определения содержания золы в топливе. Наиболее распространенный и точный из них метод медленного озоления.

Сущность его заключается в определении содержания золы в топливе при медленном озолении пробы и прокаливании зольного остатка в условиях свободного доступа воздуха при температуре 815 ± 10 °С до постоянной массы.