Топливо

Органическое топливо – это вещество, способное активно вступать в реакцию с кислородом воздуха, обладающее значительным удельным тепловыделением, происходящим при высокой температуре продуктов горения.

В энергетике используются твердое, жидкое и газообразное топлива.

Твердое топливо имеет растительное происхождение (за исключением веществ животного происхождения). Превращение исходного органического вещества в топливо происходит в течение долгого времени под воздействием большого количества факторов (температура, давление, влияние микроорганизмов и т.д.). Так как условия превращения различны, то различна и степень превращения вещества в топливо, степень углефикации. (углефикация – процесс насыщения вещества углеродом за счет освобождения кислорода и азота). Зрелость топлива не всегда соответствует его геологическому возрасту.

Важнейшими характеристиками твердого топлива являются: влажность W, величина которой может изменяться (5÷60%), зольность (содержание негорючей минеральной части А=5÷50%), выход летучих на горючую массу V (4÷80%).

Естественным жидким топливом является сырая нефть – это смесь органических соединений (главным образом углеводороды). В состав нефти входят соединения O , N , S, различные смолы. Энергетическим топливом является продукт переработки нефти – мазут (W=1÷3%, А=0,1÷0,3%). Поэтому удельная теплота сгорания в два раза выше, чем у твердого топлива. Мазута из нефти получается 40÷60%.

В энергетике используется мазут М40, М100, М200, где 40, 100, 200 показатель величины условной вязкости при температуре 50⁰С.

Преимущества мазута перед твердым топливом:

1. высокая теплота сгорания;

2. легко транспортируется по трубопроводу;

3. легко воспламеняется и имеет устойчивое горение;

4. не требует устройств для удаления золы и шлака.

Недостатки:

1. коррозия и загрязнение поверхностей нагрева, особенно при сжигании мазута с высоким содержанием серы;

2. наличие вредных выбросов в атмосферу в виде: SO , SO , и окислов азота.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащих небольшое количество примесей в виде водяных паров и пыли. Естественные природные газы имеют биологическое происхождение и являются продуктами разложения. Основной составляющей (80÷95%) природного газа является метан CH . Искусственные и попутные газы в большей степени засорены негорючими примесями и обладают меньшей теплотой сгорания по сравнению с естественными.

Газовое топливо обладает теми же преимуществами что и мазут, но выраженными в большей степени. Его применение дает минимальную коррозию поверхностей нагрева и минимальное загрязнение окружающей среды.

Состав топлива

Твердое и жидкое органическое топливо состоит из сложных химических соединений, содержащих углерод, водород, серу, кислород, азот, влагу и минеральную часть.

• C, H, S_л – горючая часть;

• O, N – внутренний балласт;

• W, A – внешний балласт.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов с небольшой примесью пыли. Его состав:

• CH = 80÷95%, , H , CO, Н₂S – горючая часть;

• - негорючая часть.

Один килограмм водорода выделяет при сгорании тепла в несколько раз больше, чем углерод. Один килограмм серы выделяет при сгорании тепла в 3,5 раза меньше, чем углерод.

Сера, содержащаяся в твердом топливе делится на:

• S -органическую (входит в состав органических соединений);

• Sк –колчеданная (входит в состав колчедана или пирита FeS₂); Sс -сульфатную (входит в состав сульфатов, не горит и переходит в золу и шлаки );

• Sл = S + Sк –летучая сера горит (окисляется кислородом воздуха).

По содержанию серы различают следующие виды мазута:

• S ≤0,5 мазут малосернистый;

• S ≥1,7 мазут высокосернистый;

• 0,5<S<1,7 мазут сернистый.

Жидкое и твердое топливо имеет сложный молекулярный состав, поэтому их состав выражается в процентах веса элементов. Топливо, на складе станции, называется рабочим. Состав топлива на рабочую массу записывается в следующем виде:

C +H +S +N +O +A +W =100%

А налитическая масса – топливо, доведенное до воздушно-сухого состояния.

W^а =W^р - W^вн

Рис. 14 Схема элементарного состава топлива

W W^a O N H C S Sк Sс A

C +H +N +S + O =100% W=A=Sк=0

Органическая масса

C +H +S +N +O =100%

Горючая масса W=A=0

C +H +S +N +O +A =100% Сухая масса W=0

C +H +S +N +O +A +W =100% Аналитическая масса

C +H +S +N +O +A +W =100% Рабочая масса

Пересчет состояния топлива с одной массы на другую ведется с помощью коэффициента пересчета .

Таблица 1. Коэффициенты пересчета на различные массы топлива

Искомая масса Задан- ная масса	рабочая	сухая	горючая	органическая
рабочая	1
с ухая		1
горючая			1
Органическая				1

При хранении и транспортировке топлива его зольность и влагосодержание могут изменяться.

→ коэффициент пересчета при этом: .

Теплота сгорания

Теплотой сгорания называется количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема топлива , . Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы топлива с учетом теплоты конденсации, образующейся при горении водяных паров. Низшая теплота сгорания – это количество тепла без учета теплоты конденсации.

, где

r = 600 - скрытая теплота парообразования.

Количество водяных паров получающихся при сжигании 1кг топлива

, где:

W^p/100-влага топлива (делим на 100, чтобы перейти от % к кг);

(запишем стехиометрическую реакцию окисления атомарного водорода)

с учётом молекулярных весов (закон сохранения масс)

4кг+32кг=36кг

1кг+ 8кг = 9кг

9Н^р./100-водяные пары, образующиеся при окислении водорода топлива.

При изменении внешнего балласта топлива пересчет у низшей теплоты сгорания

проводится следующим образом:

При изменении балласта топлива → высшая теплота сгорания ( ) пересчитывается, как и состав топлива - ₂= ₁*

Пересчет низшей теплоты сгорания ( ) при изменении внешнего балласта топлива

1. при изменении зольности ( ) пересчет ведется аналогично составу топлива:

2. при изменении влажности топлива пересчет низшей теплоты ведется через высшую теплоту сгорания, которая пересчитывается аналогично составу топлива:

Для твердого и жидкого топлив теплота сгорания может быть примерно рассчитана по полуэмпирической формуле Менделеева.

, Мдж/кг.

Теплота сгорания природного газа может быть рассчитана следующим образом:

Теплота сгорания топлива определяется на калориметре.

Вид топлива	WP	AP	VГ	QНР (Мкал/кг)
	%
антрацит	8..10	20..30	4..6	5,2..5,5
каменный уголь	5..25	10..50	8..45	3..6
бурый уголь	20..50	6..30	40..70	2,2..4,5
сланцы	10..20	55..60	80..90	2..2,7
торф	40..50	6..8	70	1,8..2
мазут	1..3	0,1..0,3		9..9,1
газ				8..11

лекция №4