Состав и основные характеристики твердого топлива

Топливомназывается горючее вещество, используемое в качестве источника получения теплоты в энергетических, промышленных и отопительных установках.

В зависимости от типа реакций, в результате которых выделяется теплота из топлива, различают органическое и ядерное топливо.

Ископаемые твердые топлива (за исключением сланцев) являются продук­тами разложения органической массы растений. Твердые топлива можно разделить:

Торф - самое молодое. Представляет собой плотную массу, об­разовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Выход летучих до 70 %. Высокая влажность 40 – 50 %. Низкая теплота сгорания 8,38 – 10,48 МДж/кг.

Бурые угли. Плотность 500 – 1300 кг/м³. Низшая теплота сгорания на рабочую массу 10,0 – 17,0 МДж/кг. Выход летучих 40 – 50 %. Влажность 30 – 58 %.

Каменные угли. Плотность 1150 – 1500 кг/м³. Обладают повышенной прочностью и меньшей пористостью, чем бурые. Высшая теплота сгорания во влажном беззольном состоянии более 24,0 МДж/кг. Выход летучих более 9 %.

Антра­цит. Плотность 1400 – 1700 кг/м³. Наиболее старый из всех. Выход летучих на менее 9 %. Низшая теплота сгорания на рабочую массу 23,0 – 27,0 МДж/кг.

Древесина. Является возобновляемым твердым топливом. Доля ее в энергоба­лансе мира сейчас чрезвычайно невели­ка.

Твердые и жидкие топлива состоят из горючих (углерода - С, водорода - Н, серы - S) и негорючих (азота - N и кислорода - О) элементов и балласта (золы - А, влаги - W).

Свойства топлива как горючего мате­риала определяются составом его в су­хом беззольном состоянии (обозначается индексом «daf»). В него включаются элементы, составляю­щие органическую массу топлива, и кол­чеданная сера, сгорающая вместе с орга­нической массой.

C^daf + H^daf + O^daf + N^daf + S_с ^daf =100%,

где S_c - суммарное содер­жание горючей серы, %.

Горючими в органиче­ском топливе являются: углерод, водород и сера.

С увеличением возраста топлива:

- содержание углерода увеличивается (от 40 у древесины до 93 % у антраци­та);

- содержание водорода - слегка уменьшается (от 6 до 2 %);

- содержание кислорода уменьшается (от 42 до 2 %).

При полном сгорании углерода обра­зуется относительно безвредный диоксид углерода СО_2.

При сгорании серы образуется ток­сичный сернистый ангидрид SO₂ и (в небольших количествах) еще более токсич­ный серный ангидрид SO₃. Выброс их с продуктами сгорания вызывает загряз­нение воздушного бассейна.

При сгорании азотсодержащих соединений в высокотемпературных топ­ках образуются сильнотоксичные оксид NO и диоксид NO₂ (при температуре свыше 1200 °С они образуются также и из атмосферного азота).

Топливо в том виде, в котором оно сжигается в технических устройствах, характеризуется его рабочим состоянием (индекс r). В его состав входят зола А и влага W, составляющие балласт топлива:

C^r + H^r+ O^r + N^r+ S ^r+A^r+W^r=100%.

Влажность топлива определяет­ся по ГОСТ высушиванием навески при 105—110 °С. Максимальная влажность в рабочем состоянии доходит до 50 % и более и определяет экономическую це­лесообразность использования данного горючего материала и возможность его сжигания.

Состав топлива в сухом состоя­нии:

C^d + H^d + O^d + N^d + S^d+A^d =100%.

Зола включает в себя минеральные примеси, занесенные водой и ветром в период образования пластов топлива, и просто частицы породы, захватывае­мые вместе с ним при добыче. В соответствии с существующими са­нитарными нормами образующуюся при сгорании топлива золу необходимо улав­ливать.

Процентное содержание: S_с ^daf до 9 %; C^daf до 93 %; N^daf - 1 – 2 %; W^r до 50 %; A^d – 50 % и более.

При нагревании твердого топлива без доступа воздуха его органическая масса разлагается, в результате чего об­разуются газы, водяные и смоляные пары и углеродсодержащий остаток. Сум­марное количество выделяющихся летучих веществ увеличивается с ростом температуры и времени выдер­жки. Этот процесс в основном заканчи­вается при 700—800 °С. По ГОСТ выход летучих V^daf в процентах на сухое беззольное состояние определяется пу­тем прокаливания 1 г топлива в закры­том тигле при 850±10 °С в течение 7 мин. Выход летучих является важней­шей характеристикой топлива и умень­шается по мере увеличения его возраста. Чем больше выход летучих, т. е. чем больше сухой беззольной массы превра­щается при нагревании в горючий газ, тем проще зажечь это топливо и легче поддерживать устойчивое горение. Орга­ническая часть древесины и горючих сланцев при нагревании без доступа воз­духа почти целиком переходит в летучие вещества (V^daf = 85 - 90 %), в то время как у антрацитов V^daf =3 - 4 %. Именно большой выход летучих определяет хоро­шую горючесть древесины.

К характеристикам твердого топлива также относят свойства кокса и теплоту сгорания.