Тема 13. Энергетическое топливо.

Состав топлива.

Топливом называется 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.
В настоящее время и по прогнозам до 2030 г. органическое топливо является основным источником энергии (теплоты) для промышленного использования.
Таблица 13.1.

Потребление органического топлива в1993 г.

Примечание: у.т. – условного топлива

В органических топливах теплота выделяется в результате химической реакции окисления его горючих частей при участии кислорода, а в ядерных топливах – в результате распада деления ядер тяжелых элементов (урана, плутония и т.д.).
Таблица 13.2.

Классификация органических топлив по агрегатному состоянию.

Твердые и жидкие топлива состоят из горючих (углерода - С, водорода - Н, летучей серы - S_л == S_ор + S_к) и негорючих (азота - N и кислорода - О) элементов и балласта (золы - А, влаги - W).
Элементарный состав твердого и жидкого топлива дается в процентах к массе 1 кг топлива. При этом различают рабочую, сухую, горючую и органическую массу топлива.
Рабочая масса – это масса и состав топливо, в котором поступает к потребителю и подвергается сжиганию.
Состав рабочей, горючей, сухой и органической массы обозначается соответственно индексами "р", "с", "г" и "о" и выражаются следующими равенствами:

С^р + Н^р + S^р_л + N^р + O^р + A^р + W^р = 100 % ; (13.1)
С^с + Н^с + S^с_л + N^с + O^с + A^с = 100 % . (13.2)
С^г + Н^г + S^г_л + N^г + O^г = 100 % ; (13.3)
С^о + Н^о + S^о_орг + N^о + O^о = 100 % . (13.4)

Органическая масса топлива в отличии от горючей массы содержит только органическую серу и не включает колчеданную:

S^о_орг = S^о_л - S^о_к . (13.5)

Коэффициенты пересчета состава топлива из одной массы в другую приведены в табл. 13.3.
Т а б л и ц а 13.3

Для сланцев состава (С^р, Н^р, S^р_л, N^р, O^р, A^р, W^р) пересчет с рабочей
массы на горючую осуществляется с помощью коэффициента:

К = 100 / [100 - A^р_и - W^р - (СО₂)^р_к] , (13.6)

где A^р_и - истинная зольность рабочей массы, %·, W^р - влажность рабочей массы, %, (СО₂)^р_к - содержание углекислоты карбонатов, %. Истинная зольность рабочей массы определяется по формуле

A^р_и = A^р - [2,5(S^р_а - S^р_с ) +0,375S^р_к] [(100 - W^р) / 100], (13.7)

где S^р_а - содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива; S^р_с - содержание сульфатной серы в топливе, %.
Величина [2,5(S^р_а - S^р_с) +0,375S^р_к] для ленинградских и эстонских сланцев может быть принята равной 2,0, для кашпирских - 4,1.
Пересчет состава (%) рабочей массы топлива при изменении влажности производится по формулам :

С^р₂ = С^р₁(100 - W^р₂) / (100 - W^р₁) ö
H^р₂ = H^р₁(100 - W^р₂) / (100 - W^р₁) ý , (13.8)
................................................. . ø

где W^р₁ - начальная влажность топлива, %, W^р₂ - конечная влажность топлива, %.
Средний состав (%) смеси двух твердых или жидких топлив, заданных массовыми долями, - первого (С^р₂, H^р₂ ....)и второго (С^р₁, H^р ...) - определяется по уравнениям:

С^р_см = b₁ C^р₁ + (1 - b₁) C^р₂ , ö
H^р_см = b₁ H^р₁ + (1 - b₁) H^р₂ , ý , (13.9)
......................................... . ø

где массовая доля b₁ одного из топлив в смеси находится по формуле:

b₁ = В₁ /(В₁ + В₂) . (13.10)

Здесь В₁ и В₂ - массы топлив, входящих в смесь, кг.
Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов. Горючая часть состоит из предельных (?С_nH_2n+2) и непредельных (?С_nH_2n) углеводородов, водорода Н₂, окиси углерода СО, и сернистого водорода (Н₂S). В состав негорючих элементов входит азот ( N₂) , углекислый газ (СO₂) и кислород (О₂). Составы природного и искусственного газообразных топлив различны. Природный газ характеризуется высоким содержанием метана (СH₄), а также небольшого количества других углеводородов: этана (С₂H₆), пропана (С₃H₈), бутана (С₄H₁₀), этилена (С₂H₄), и пропилена (С₃H₆). В искусственных газах содержание горючих составляющих (водорода и окиси углерода) достигает 25-45%, в балласте преобладают азот и углекислота – 55-75%.
Состав газообразного топлива задается в объемных долях и в общем виде можно записать следующим образом:

SС_nH_2n+2 + SС_nH_2n + Н₂ + СО + Н₂S + О₂ + N₂ + CО₂ = 100% , (13.11)

где SС_nH_2n+2 – предельные углеводороды;
SС_nH_2n – непредельные угловодороды;
Н₂S – сернистый водород.
СО – окись углерода;
CО₂ - углекислый газ.