Общие характеристики топлив

1) Теплота сгорания - количество теплоты, которое может быть получено при полном сгорании единицы массы или объема топлива.

Полным сгоранием называется такое, при котором горючие компоненты топлива С, Н и S полностью окисляются кислородом. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива относят к 1 кг, а газового - к 1 м³ при нормальных условиях. Различают низшую и высшую теплоту сгорания. При известном элементарном составе топлива теплоту сгорания (кДж/кг) определяют по эмпирическим формулам, предложенной Д.И.Менделеевым:

Теплота сгорания сухого газа (кДж/м³) определяется по формуле:

Для сравнения различных видов топлива по их тепловому эффекту вводят понятие условного топлива (Q_у.т =29 310 кДж/кг или 7 000 ккал/кг).

Отношение Q^p_н данного топлива к Q_у.т. условного топлива называется топливным эквивалентом:

Э = Q^p_н / Q_у.т. (3.5)

Тогда для расчета расхода натурального топлива В_н в условное В_у.т, достаточно величину В_н умножить на эквивалент Э, т.е. В_у.т. = В_н * Э

2) Зольность – определяет содержание минеральных примесей. Наибольшее количество примесей имеют твердые топлива. Примеси попадают в топливо главным образом при его добыче из окружающих пород и состоят в основном из глины Al₂O₃*2SiO₂*2Н₂О, силикатов SiO₂ и железного колчедана FeS₂. В состав примесей, кроме того, входят сульфаты кальция и железа, оксиды различных металлов, фосфаты, щелочи, хлориды и т.п. При сжигании топлива минеральные примеси в зоне высоких температур ядра факела претерпевают ряд превращений, в процессе которых образуется зола.

Минеральные твердые примеси в небольшом количестве попадают также в нефть в процессе ее добычи и переходят после переработки нефти в мазут. Зольность мазута обычно составляет не более 0,1 %. Природный газ не имеет минеральных твердых примесей, и его балласт составляют негорючие газовые компоненты.

Свойства золы играют большую роль в организации работы КУ. Часть золы, расплавленной в ядре факела, в условиях турбулентного перемешивания объединяется (слипается) и, становясь крупными тяжелыми частицами, выпадает в нижнюю часть топочной камеры в виде шлака. Другие расплавленные частицы золы, двигаясь вместе с газами, налипают на настенные топочные экраны и затвердевают на них.

Это явление называют шлакованием экранов.

Мельчайшие твердые частицы золы подхватываются потоком топочных газов и уносятся из топочной камеры, образуя летучую золу. Зола загрязняет конвективные поверхности нагрева и снижает их тепловую эффективность.

Особенностью золы мазута является наличие в ней ванадия, интенсифицирующего образование плотных отложений на поверхности нагрева. Оксиды ванадия, кроме того, в определенной зоне температур вызывают коррозию этих поверхностей.

3) Влагосодержание, как и зольность топлива, относится к его балласту и снижает теплоту сгорания. Влага в твердом топливе разделяется на внешнюю W_внш и внутреннюю W_внт. W_внш 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 W_внш атмосферные условия, при которых хранится или перевозится топливо. W_внт входит в органическое вещество топлива.

Принято внутреннюю влагу называть гигроскопической W^ги (в бурых углях - 10¸13 %, в каменных углях 3¸8 %, в антрацитах и полуантрацитах 1,5¸2,5 %). В жидком топливе (мазуте) влага присутствует обычно в небольшом количестве (1¸3 %), а в отдельных случаях (обводненные мазуты) - до 12 %, что связано с разогревом вязких мазутов перед их сливом высокотемпературным паром путем непосредственного ввода пара в массу мазута.

В природных газах практически нет влаги, газ обезвоживается перед поступлением его в газопровод.

Наличие влаги в топливе ¯ Q^p_н, что ведет к ­ его расхода. При этом ­ объемы продуктов сгорания, ­ потери теплоты с уходящими газами, расход энергии на подготовку топлива и удаление продуктов сгорания. Повышенная влажность твердого топлива затрудняет нормальное его движение по топливному тракту за счет потери сыпучести, в зимнее время дополнительно появляется явление смерзаемости топлива.

4) Серосодержание (сернистость). Сера имеет невысокую теплоту сгорания, а продукты ее сгорания (оксиды серы SO₂ и SO₃) оказывают вредное воздействие на окружающую среду и рабочие поверхности котельной установки. Сера в твердом топливе находится частично в составе органической массы, в горючей массе в форме сульфата железа (колчедана FeS₂), а также входит в минеральную часть (в виде сульфатов типа CaSO₄, Na₂SO₄ и т.д.). Сульфатная сера полностью окислена и в процессе горения не участвует.

В мазуте сера присутствует главным образом в составе серо-органических соединений и в меньшей части в форме сероводорода и элементарной серы, растворенной в углеводородных смесях. По содержанию серы топливные мазуты разделяются на сернистые (0,5 - 1,5 %) и высокосернистые (1,5 - 3,5 %).

В природном газе сера присутствует в основном в форме газообразного сероводорода H₂S, количество которого достигает в отдельных случаях 0,8 % объема газа.

5) Приведенные характеристики топлива. С увеличением балласта уменьшается горючая часть топлива и одновременно снижается его Q^p_н.
Для обеспечения заданной паропроизводительности котла потребуется увеличить расход топлива, и значит, еще более увеличится поступление балласта в котел. Поэтому процентное содержание влаги и золы в 1 кг топлива не является достаточной мерой их расхода через котел и выброса в окружающую среду. Более полную характеристику соотношения массовых расходов при сжигании различных топлив дает выраженное в процентах содержание химических элементов и балласта, отнесенное к 1 МДж Q^p_н, которое называется приведенной характеристикой.

В практике пользуются тремя характеристиками: приведенная влажность (W^п=W^р/Q^p_н), зольность (А^п=А^р/Q^p_н) и сернистость (S^п=S^р/Q^p_н).