Топливо, основы горения и организация сжигания топлива

Характеристики топлива

Основным источником энергии в настоящее время является органическое топливо — твердое, жидкое и газовое.

Топливом называют горючие вещества, которые сжигают для получения в промышленных целях необходимого количества теплоты. Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю, называется рабочим топливом. Элементарный состав рабочей массы (индекс «р») твердого топлива дается на 1 кг массы топлива, %:

К горючим элементам топлива относятся углерод С, водород Н и сера S. Сера содержится в топливе в трех видах: органическая Sр, колчеданная S_К и сульфатная S_С. Органическая входит в состав сложных органических соединений топлива, колчеданная входит в виде соединений с металлами типа железного колчедана FeS₂. Сульфатная сера входит в состав топлива в виде сульфатов СаSО₄ и FeSО₄, поэтому в процессе горения дальнейшему окислению не подвергается, а переходит в золу.

Зола топлива А^р представляет собой смесь негорючих минеральных соединений, которые остаются после сгорания топлива. В состав золы входят SiO₂, А1₂О₃, Fe₃O₄, Fe₂O₃, СаО, МgО, К₂О и Nа₂О, сульфаты и др. Эти соединения могут образовывать в топках эвтектические смеси, способные плавиться при более низких температурах, чем температуры плавления отдельных компонентов смеси.

Зола вместе с влагой составляет негорючую часть топлива и называется внешним балластом. Внешний балласт снижает ценность топлива, к тому же часть теплоты расходуется на испарение влаги и уносится с дымовыми газами через трубу в атмосферу.

Кислород О^р и не участвующий в горении N^р называют внутренним балластом топлива.

Теплота сгорания топлива (МДж/кг) может быть рассчитана по эмпирическим формулам, наиболее точная из которых принадлежит Д. И. Менделееву. Для жидких и твердых топлив она имеет вид:

В формуле коэффициенты подобраны экспериментально и несколько отличаются от теплот сгорания отдельных элементов.

В состав твердой части — коксового остатка — входят часть углерода топлива и зола. Угли со сплавленным нелетучим остатком являются ценнейшим технологическим топливом и идут в первую очередь для производства кокса. По своему химическому составу кокс представляет собой почти чистый углерод (~ 97%). Значение выхода летучих и характеристика коксового остатка положены в основу классификации | каменных углей (табл. 3.2).

В табл. 3.4 приведены характеристики некоторых месторождений твердых и жидких топлив. Угли с высокой степенью углефикации (С^Г = 90…93%) и с малым выходом летучих (V^Г = 2…9%) относят к антрацитам (марка А). К бурым углям (марка Б) относят угли с неспекающимся коксом, выходом летучих V^Г>40% и =10.5…15,9 МДж/кг.

Большое значение в топливном балансе России имеют природные газы. Основной горючей составляющей их является метан СН₄ (80—98%). Теплота сгорания сухого природного газа Q^С_Н = 33,52… 35,61 МДж/м³. Состав газообразного топлива задается в процентах по объему горючих составляющих СН₄, СО, Н₂₎ углеводородов С_пН_2п+2 и негорючих газов СО₂, О₂, N₂, Н₂О.

Природный газ — дешевое и высококачественное топливо.

Теплоту сгорания газового топлива определяют в газовом калориметре и относят к м³ сухого газа. При отсутствии опытных данных ее определяют как сумму теплот сгорания горючих газов, входящих в состав газового топлива, по формуле:

.

где … — теплота сгорания соответствующих газов, МДж/м³; СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈… — содержание горючих газов в сухом газовом топливе, %.