Минеральные примеси твердого топлива

В твердом топливе присутствуют минеральные примеси. Они возникают по трем причинами:

1. В исходном органическом материале присутствуют соли. Количество их невелико – до 0,5% сухой массы топлива. Их называют первичными примесями.

2. Минеральных веществ заносятся в залежи топлива водой, ветром и в результате деятельности бактерий. Их называют вторичными примесями, они вместе с первичными примесями образуют внутренние примеси.

3. Минералы попадают из окружающих горных пород при разработке месторождения. Вместе с примесями транспортировки и хранения эти примеси добычи образую третичные примеси.

Минеральные примеси твердого топлива образованы большим числом различных минеральных веществ, главными из которых являются:

- алюмосиликаты (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O) - глина,

- кремнезем (SiO₂) - песок,

- карбонаты (CaCO₃, MgCO₃, FeCO₃),

- сульфиды (FeS₂, CaS),

- сульфаты (CaSO₄, MgSO₄),

- соли щелочных металлов (NaCl, KCl).

Кроме этого присутствуют и соединения редких элементов: платины, палладия, кобальта, германия, урана, никеля и др.

При сжигании топлива его минеральные компоненты подвергаются химическим преобразованиям, при этом масса и состав золы всегда отличаются от массы и состава исходных минеральных примесей.

Среди химических реакций преобладают реакции разложения, поэтому зольность угля меньше минеральной массы топлива, все реакции протекают в определенном интервале температур, поэтому масса и состав золы из одного угля при разных температурах будутотличаться друг от друга.

Следовательно, зольность угля – понятие условное, так как состав золы зависит от условий сжигания топлива и прежде всего от конечной температуры прокаливания золы.

Зольность угля – это масса образовавшейся золы, отнесенная к массе угля и выраженная в процентах.

Стандартный метод определения зольности углей заключается в полном сжигании навески топлива (озолении), прокаливании зольного остатка до постоянной массы при температуре (815±15) °С и определении массы золы.

Несгоревшая часть топлива образует очаговые остатки в форме шлака или золы.

Шлак – это минеральная масса, которая за счет оплавления и спекания приобрела значительную прочность.

Зола – это порошкообразный остаток топлива.

Летучая зола – пылевидные фракции, уносимые уходящими газами, а провал – более крупные фракции золы.

Поведение очаговых остатков при нагреве - их размягчение, плавление, текучесть являются важнейшими характеристиками топлива.

При определении плавкости золы и шлака наибольшее распространение получил метод конусов. Из золы прессуют конус высотой 13 мм с основанием 6 мм (рис. 1.3), который помещают в муфельную печь, и постепенно повышают температуру. В ходе нагревания образца фиксируют следующие температуры:

- температуру начала деформации t_A, которую определяют по появлению первых признаков оплавления конуса;

- температуру полусферы t_B, при которой образец превращается в полусферу с высотой, равной половине основания (~ 3 мм);

- температуру перехода в жидкоплавкое состояние t_C, при котором образец растекается по подставке.

1 – конус до нагрева; 2 – начало деформации, 3 – размягчение;

4 – жидкоплавкое состояние

Рисунок 1.3 - Характерные конфигурации образца при

определении плавкости золы методом конусов

Шлакование котла - это накопление отложений. Накопление шлаковых отложений начинается с появления первичного слоя, за счет оксидов и хлоридов щелочных металлов (K₂O, Na₂O, NaCl, KCl). На поверхности первичного слоя происходит рост рыхлого вторичного слоя, температура которого быстро увеличивается до появления жидкой фазы, что ускоряет рост толщины слоя.

При сжигании твердого топлива в топке целесообразен перевод минеральной части топлива в расплавленное состояние и непрерывный вывод шлака через лётку в нижней части топки. Такой метод удаления очаговых остатков получил название жидкое шлакоудаление.