11(1). Основы теории горения топлива

Топливо – это вещество (твердое, жидкое, газообразное), при горении которого выделяется необходимое количество теплоты и использование которого является экономически целесообразным.

Топливо бывает естественным и искусственным. Естественное топливо встречается в природе – древесный уголь, жидкое топливо (электрический ток не является топливом!). Искусственное топливо – полученное из сырья с помощью технологий. Это топливо получается из естественного с помощью коксования твердого топлива, крекинга, пиролиза.

В топливе имеется горючая и негорючая составляющие и влага.

Горючая составляющая участвует в процессе окисления, в результате чего образуются продукты р-ии, нагретые до определенной температуры (температура горения топлива).

Негорючая составляющая образует золу – твердый остаток, полученный после сгорания топлива.

Влага, входящая в состав топлива, испаряется при нагреве его до температуры горения.

На процесс горения топлива оказывает влияние не только вид используемого топлива, но и форма существования частиц топлива и условия его сжигания.

Процесс горения протекает в несколько стадий:

1. Подогрев топлива. При этом из топлива выделяется влага и летучие соединения.

2. Воспламенение, образование пламени, факела.

3. Процесс устойчивого горения; формирование факела (образуется зона устойчивого пламени).

4. Затухание процесса горения.

Процесс горения твердого углерода.

1. С + О₂ = СО₂

2. 2С + О₂ = 2СО

3. С + СО₂ = 2СО

4. 2СО + О₂ = 2СО₂

Процесс окисления или горения твердого углерода описывается комбинацией указанных реакций, которые протекают в зависимости от конкретных условий сжигания углерода. При избытке кислорода процесс протекает по р. №1. При недостатке – 1, 2 и 4. При определенной температуре и давлении возможно протекание процесса горения по р. 1, 3 и 4. В реальных рудно-термических процессах углерод является не только топливом, но и восстановителем, с помощью которого создают при высоких температурах такие восстановительные условия, которые позволяют получить металл из его окислов при плавке.

Виды топлива:

• Уголь (коксующийся, некоксующийся)

• Нефть

• Мазут (производится из нефти)

• Газовый конденсат (добывается попутно с нефтью)

В перспективе – использование газоконденсатных источников энергии.

Горючее, употребляемое для доменной плавки, служит не только для нагрева шихты и её расплавления, но также и как основной химический реагент для восстановительных процессов в печи и науглероживания железа.

Для доменного процесса требуется прочное и неспекающееся твердое топливо. Следует учитывать, что твердое топливо занимает значительный объем доменной печи и большая его часть должна сохраниться твердой, кусковой и прочной до нижней части печи. Такое топливо можно лишь частично заменить другим (жидким, газообразным и пылевидным).

К твердому топливу предъявляют следующие основные требования:

1. Высокая теплота сгорания и пирометаллургическая способность

2. Достаточная прочность и термостойкость, чтобы не образовывалось много мелочи при нагреве топлива и прохождении его через печь

3. Неспекаемость в условиях доменного процесса

4. Достаточная чистота по содержанию вредных примесей – серы и фосфора

Топлива естественных видов не удовлетворяют этим требованиям главным образом вследствие низкой термостойкости и спекаемости. Поэтому для доменной плавки приходится специально изготовлять твердое топливо: в последнее время в основном это кокс. Кокс получают сухой перегонкой каменных углей в коксовых печах или камерах коксования. Предварительно уголь дробят, обогащают для снижения зольности и усредняют. Качество кокса в значительной степени определяется качеством углей. Чем больше в углях золы, серы и фосфора, тем лучше коксующиеся свойства углей, тем прочнее получается кокс. Удельный расход кокса при производстве 1т чугуна составляет 450кг/т. Основные направления рационализации коксохимического производства связывают:

1. с экономией кокса при производстве чугуна и замене его на энергетические угли

2. использование угольной пыли и других поливидных видов топлива при выплавке чугуна

3. создание условий эксплуатации существующих коксовых батарей, которые обеспечили срок службы 35-40 лет.

Минимальный теоретический расход энергии при получении стали из лома равен 1,5ГДж/т. При пересчете получения электроэнергии, полученной от сжигания первичного топлива, этот расход составляет 3,5ГДж/т. Таким образом, при использовании электроэнергии в качестве источников нагрева при производстве металлопродукции имеется более чем 100% резерв экономии энергоресурсов.