Рабочие характеристики твердого топлива

Твердое топливо состоит из углерода С, водорода H, органической Sо и колчеданной серы Sк, кислорода О и азота N, находящихся в виде сложных соединений. Кроме указанных элементов, составляющих горючую массу топлива, в состав топлива входит еще балласт — зола, А и влага W.

Углерод содержится в значительном количестве в топливе всех видов: древесине и торфе 50−58%, в бурых и каменных углях 65−80%, в тощих углях и антрацитах 90−95%, в сланцах 61−73%, в мазуте 84−87% (цифры даны в процентах на горючую массу топлива). Чем больше углерода в топливе, тем больше оно выделяет тепла при сгорании. Состав рабочей массы топлива значительно зависит от величины балласта, поэтому чаще всего приводятся данные по составу горючей массы топлива, которая более стабильна для топлива каждого вида и месторождения.

Водород является второй важнейшей частью каждого топлива. в топливе водород частично находится в связанном с кислородом выше, составляя внутреннюю влагу топлива, вследствие чего понижается тепловая ценность топлива. Водород играет большую роль в образовании летучих веществ, выделяющихся при нагревании топлива без доступа воздуха. В состав летучих водород входит в чистом виде и в виде углеводородных и других органических соединении. Содержание водорода в процентах от горючей массы топлива составляет: в дровах и торфе до 6, бурых каменных углях 3,8 — 5,8, горючих сланцах до 9,5, в антраците 2 и в мазуте 10,6 — 11,1.

Кислород, содержащийся в топливе, является балластом. Не будучи теплообразующим элементом и связывая водород топлива, кислород снижает теплоту его сгорания. Содержание кислорода в органической массе топлива с его возрастом снижается с 41% для древесины до 2,2% для антрацита.

Азот также является балластной инертной составляющей топлива, снижающей процентное содержание в нем горючих элементов. При сгорании топлива азот в продуктах сгорания содержится как в свободном виде, так и в виде окислов азота NОх. Последние относятся к вредным составляющим продуктов сгорания, количество которых должно быть лимитировано.

Сера содержится в топливе в виде органических соединений So и колчедана Sк, объединяемых в летучую серу Sл. Кроме того, сера входит в состав топлива в виде сернистых солей — сульфатов (например, гипса СаSО 2), не способных гореть. Сульфатную серу Sa принято относить к золе топлива. Присутствие серы значительно снижает качество топлива, так как сернистые газы SО 2 и SО 3 (соединяясь с Н 2О, образуют NaSO4) разрушают металл котельного оборудования, попадая в атмосферу, вредно действуют на живые организмы и растительность. Поэтому сера — крайне нежелательный элемент для топлива. Сернистые газы, проникая в рабочие помещения, могут вызвать отравление обслуживающего персонала.

Зола топлива представляет собой балластную смесь различных минеральных веществ, остающихся после полного сгорания всей горючей части топлива. Зола влияет на качество сгорания топлива отрицательно.

Различают три разновидности золы по ее происхождению: первичная — внутренняя, вторичная и третичная.

Первичная зола образуется из минеральных веществ, содержащихся в растениях. Содержание ее в топливе незначительно и распределение равномерно. углерод топливо водород Вторичная зола получается вследствие заноса растительных остатков землей и песком в период пластообразования.

Третичная зола попадает в топливо во время его добычи, хранения или транспортировки.

Зола является нежелательным балластом топлива, снижающим содержание в нем других горючих элементов. Кроме того, зола, образуя отложения на поверхностях нагрева котлоагрегата, уменьшает теплопередачу от газов к воде, пару и воздуху в его элементах. Наличие большого количества золы затрудняет эксплуатацию котлоагрегата. Если зола легкоплавкая, она налипает на поверхности нагрева котла, нарушая нормальный режим его работы (шлакование). Содержание золы в процентах от рабочей массы топлива составляет: в дровах 0,6, торфе 5—7, в бурых и каменных углях от 4 до 25, в мазуте 0,3. При сжигании твердого топлива важное значение имеют характеристика золы, степень ее легкоплавкости.

Зола бывает легкоплавкой с температурой размягчения ниже 1050 °C, вызывающая шлакование топки при сжигании топлива, и тугоплавкой с температурой размягчения выше 1050 °C. Учитывая большое влияние зольности на качественные характеристики топлива, для сравнительных подсчетов используют понятие приведенной зольности.

Влажность, как и зольность топлива, относится к его балласту и снижает теплоту сгорания. Причем влагосодержание более существенно воздействует на тепловую ценность топлива, так как дополнительно требует затраты энергии при горении топлива на превращение влаги в пар.

Влага в твердом топливе разделяется на внешнюю Wвнш и внутреннюю Wвнт. Внешняя влага механически удерживается на поверхности топлива за счет смачивания, и ее количество в натуральном топливе зависит от его фракционного состава: влаги тем больше, чем мельче топливо, а значит, сильнее развита его поверхность. Существенное влияние оказывают на наличие внешней влаги атмосферные условия, при которых хранится (перевозится) топливо. Внутренняя влага входит в органическое вещество топлива. Принято внутреннюю влагу называть гигроскопической WГИ количество которой в бурых углях WГИ = 10…13%, в каменных углях 3…8%, в антрацитах и полуантрацитах 1,5…2,5%.

Выход летучих веществ. Если твердое топливо постепенно нагревать в инертной среде без доступа воздуха, то при высоких температурах сначала выделяются водяные пары, а затем происходит разложение кислородсодержащих молекул топлива с образованием газообразных веществ, получивших название летучие вещества (СО, Н 2, СО 2, СmHn, H2S, CN, HCN и др.). Выход летучих веществ, прежде всего, определяется содержанием кислорода в топливе, поэтому молодые по возрасту топлива (торф, бурые угли) имеют наибольший выход летучих веществ.