2.2. Техническая и энергетическая характеристика топлива

Топливом называют естественные и искусственные вещества, которые технически целесообразно и экономически выгодно сжигать для получения тепловой энергии. По происхождению различают природные и искусственные топлива, по агрегатному состоянию - твердые, жидкие и газообразные. К твердым топливам относят торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, дрова и сланцы. В качестве жидкого топлива используют бензин, керосин, дизельное топливо, мазут - т. е. продукты переработки нефти. Природный газ может находиться в залежах трех типов: газовых, газонефтяных и газоконденсатных. К искусственным газам относят газы, которые образуются при переработке других видов топлива или при их сжигании, например, генераторный, коксовый, подземной газификации, доменный и другие.

Органическая часть топлив состоит из большого количества сложных химических соединений, в состав которых входят: углерод (С), водород (H), сера (S), кислород (O) и азот (N). Кроме того, топливо содержит минеральные примеси - золу (A) и влагу (W). Для характеристики топлива пользуются элементарным его составом, который отражает процентное содержание отдельных элементов в 1 кг твердого и жидкого топлива или в 1 м. куб. газообразного топлива.

Различают три основные, так называемые, массы топлива:

• рабочую, характеризующую состав топлива в том виде, в каком оно сжигается

С^P + Н^P + S^P + O^P + N^P + A^P + W^P = 100%; (2.1)

• сухую, освобожденную от влаги

С^C + Н^C + S^C + O^C + N^C + A^C = 100%; (2.2)

• горючую, освобожденную от золы и влаги

C^Г + H^Г + S^Г + O^Г + N^Г = 100%. (2.3)

Горючая масса дает наиболее правильное суждение о топливе как о горючем. Однако все тепловые расчеты ведутся по рабочей массе топлива. Поэтому для пересчета элементарного состава топлива служат соотношения:

• из горючей в рабочую массу

Э^Р = Э^Г [100 - (А^Р + W^Р)]/100; (2.4)

• из сухой в рабочую массу

Э^Р = Э^С [100 - W^Р]/100. (2.5)

Таким образом, влажность и зольность топлива являются балластом, снижающим его качество. Кислород, находящийся в топливе, вступает в соединение с горючими компонентами, окисляет их и снижает тепловую ценность топлива. Азот - элемент инертный, но при определенных условиях может образовывать окислы. Эта реакция протекает с поглощением теплоты, что снижает эффективность использования топлива. Кроме того, эти окислы оказывают вредное воздействие на окружающую среду и здоровье людей.

Основной характеристикой топлива, определяющей его энергетическую ценность, является теплота сгорания. Различают теплоту сгорания высшую и низшую, удельную и объемную. Высшей теплотой сгорания Q называется количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы топлива при условии охлаждения продуктов горения до температуры конденсации образовавшихся паров воды. Низшей теплотой сгорания Q называется количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива, но без учета теплоты конденсации водяных паров.

Тогда

Q = Q + G r, (2.6)

где G - удельная масса воды в продуктах горения;

r - скрытая теплота парообразования, r = 600 ккал/кг влаги.

G = (9H^Р + W^Р)/100, кг/кг топлива. (2.7)

Следовательно:

Q = Q - 6(9H^Р + W^Р). (2.8)

Высшую теплоту сгорания определяют в результате лабораторных испытаний топлива. Низшую теплоту сгорания топлива можно определить расчетным путем по его элементарному составу. Для твердого и жидкого топлива используют формулу Д.И.Менделеева:

Q = 81С^P+246Н^P+26(S^P-O^P)-6W, ккал/кг топлива, (2.9)

Q = 4,1868Q , кДж / кг топлива. (2.10)

Теплота сгорания сухого газового топлива определяется следующим образом:

Q = 30,2СО+25,7Н₂+85,5СН₄+141С₂Н₄+152С₂Н₆+

+56Н₂S+218C₃H₈+283C₄H_10, ккал/м³ сухого газа, (2.11)

Q = 4,1868Q, кДж/м³ сухого газа, (2.12)

где C^Р, H^Р, S^Р, O^Р, W^Р - составляющие рабочей массы твердого и жидкого топлива, %;

CO, H₂, CH₄, C₂H₄ и т. д. - составляющие сухого газообразного топлива, %.

Коэффициенты при этих составляющих представляют собой количество теплоты, выделяющееся при сжигании 1 кг углерода или других компонентов топлива.

Для учета расхода топлива разных марок или видов в РФ введено понятие условного топлива, теплота сгорания которого равна 29330 кДж/кг у.т. или 7000 ккал/кг у.т. При пересчете расхода натурального топлива В_н в условное В_у пользуются калорийным эквивалентом К_э= Q /7000 (29330), на который умножают расход натурального топлива, т. е.

В_у = В_н К_э. (2.13)

Если использовалось несколько видов топлива В_Hi с различной теплотой сгорания Q , тогда расход условно топлива составит:

В_у = /7000, кг у. т. (2.14)