Химический состав топлива. Топливо состоит из углерода С, во­дорода Н, серы, кислорода О, азота N, минеральной части (золы) А и влаги W. Углерод, водород и летучая сера (органическая и кол­чеданная) являются горючими элементами в топливе. Нелетучая часть серы (сульфатная) входит в золу.

Главнейшее значение в топливе имеет углерод, содержащийся в нем в наибольшем количестве. Присутствие серы в топливе ввиду ее раз­рушающего действия на металлические стенки котлов и дымоходов не­желательно и допускается лишь в незначительном количестве. Кисло­род, входящий в состав топлива, совместно с кислородом воздуха со­действует сгоранию топлива. Азот—элемент индеферентный и в процессе горения не участвует. Минеральная часть топлива при горении обра­зует золу или шлаки.

В твердом топливе различают два вида влаги: внешнюю и внутрен­нюю или гигроскопическую. Внешняя влага находится главным образом на поверхности кусков топлива. Ез количество в топливе зависит от условий хранения. Количество гигроскопической влаги, т. е. влаги воздушно-сухого топлива, зависит от его химического состава и ка­пиллярных свойств, а также от влажности окружающей среды. Сумма внешней и гигроскопической влаги топлива составляет его рабочую влажность.

После удаления влаги из топлива при дальнейшем его нагревании начинается так называемый выход летучих, т. е. выделение газообраз­ных продуктов сухой перегонки топлива. Полученный твердый остаток состоит из кокса и золы. Выход летучих характеризуется отношением веса выделившихся летучих к весу горючей массы топлива, выражается в процентах и обозначается Лг %. Выход летучих характеризует про­цессы воспламенения топлива и горения его в топочном пространстве и поэтому имеет большое значение.

Рабочая масса топлива. Рабочим топливом называется топливо того состава, с которым оно подается в топку. Химический состав рабочей массы обычно выражают в процентах по весу:

% + Нр + Ълр + Ор + % + Ар + Wp = 100%. (1)

Индекс р показывает, что элементарный состав дается для рабочего топлива.

Сухая масса топлива. Если из топлива выпарить всю находя­щуюся в нем влагу, то получим абсолютно сухую массу топлива, обычно называемую сухой массой и характеризуемую уравнением

% + Нс + + Ое + % + Ас = 100%. (2)

Горючая масса топлива. Если из топлива удалить влагу и золу, то оставшиеся его элементы составят горючую массу топлива, выра­жающуюся суммой элементов:

Сг + Нг + Si + Ог + Мг = 100%.

Горючая масса дает точное представление о тепловых свойствах рас­сматриваемого топлива. Название „горючая масса* условно, так как входящие в нее кислород и азот не являются горючими элементами.

Органическая масса топлива. Сумма элементов

с0 + Н0 + S° + 00 + N0 = 100% (4)

выражает органическую массу топлива. Сухой и органической мас­сой топлива пользуются при сравнении свойств топлив.

Балласт. Воду и золу относят к балласту топлива. Балласт вы­ражается уравнением

B=Wp+Ap. (5)

Для лучшего представления об элементарном составе различ­ных масс топлива в табл. 6 при­ведена схема разделения состава топлива.

При рассмотрении различных масс топлива необходимо помнить, что количество летучей серы представляет собой сумму коли­честв органической серы S0 и кол­чеданной серы S*, т. е.

Ял = S° - f S*. (6)

Для облегчения пересчета эле­ментарного состава топлива с одной массы на другую в табл. 7 даны значения переводных мно­жителей. При пересчете необхо­димо содержание качого-либо эле­мента данной массы топлива умножить на соответствующий переводной множитель.

Теплотворная способность топлива. Ценность топлива опреде­ляется главным образом ею теплотворной способностью. Теплотворная способность 1 кг топлива выражается обыкновенно в больших калориях (ккал]кг). Определяют ее либо вычислением, либо путем непосредствен­ного калориметрического измерения.

В калориметрической бомбе — герметически закрытом стальном цилиндре — навеску топлива сжигают в чистом кислороде. Цилиндр погружен в воду. По подъему температуры воды в калориметре опре­деляют количество выделившегося тепла. На фиг. 36 показан калори­метр с калориметрической бомбой для определения теплотворной спо­собности топлива. Ввиду различия условий для сжигания топлива в калориметрической бомбе и в топках паровых котлов величина тепло­творной способности топлива, полученная в бомбе, будет больше так
называемой высшей теплотворной способности рабочего топлива. Связь между этими двумя теплотворными способностями математически выра­жена уравнением

Q® = Q6—22,5 Ц — 0,00I5Q£ ккал/кг. (7)

Высшей теплотворной способностью топлива Qe называют полное количество тепла, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива.

В условиях сжигания топлива в котельных установках продукты горения (уходящие газы) удаляются в атмосферу при сравнительно вы­соких температурах, к теплота образования водяных паров из влаги топлива и влаги, образовавшейся при сгорании водорода, не может быть полезно использована. Поэтому полное количество тепла, выделяющееся при сгорании топлива, за вычетом теплоты образования водяных паров называется низшей теплотворной способностью и обозначается бук­вой QH.

Связь между теплотворной способностью по бомбе, высшей и низ­шей теплотворной способностью рабочего топлива выражена уравнением

% = Qp~ 64НР -61Vp =<2|- 22S; - 0,0015Q6p - 5АНр—Шр. (8)

Формулы для пересчета высшей теплотворной способности топлива на низшую в ккалікг:

Рабочая масса

Q« = Q«p-6{9Hp+Wp).

Если известен элементарный состав топлива в процентах по весу по данным анализов проб, то теплотворную способность можно определить с помощью эмпирической формулы, предложенной крупнейшим русским ученым Д. И. Менделеевым:

QHp = 81Ср - Г 246Нр — 26(Ор — Sp — §WP ккалікг. (9)

Эта формула обладает высокой точностью, и поэтому рекомендуется результаты лабораторных определений теплотворной способности топлива сверять с таковыми, полученными по ней.

Пример. Определить низшую теплотворную способность. Топливо — до­нецкий уголь марки Г. Элементарный состав его рабочей массы: Ср = 67,8%, s; = 2,7%, Нр = 4,5%, Np = 0,3%, Ор = 8,4%, А„ = 10,4%, Wp =5,9%.

Определение. Низшая рабочая теплотворная способность по формуле Менделеева составит

Qp = 81 Ср + 246 Нр - 26 (Ор — Sp — 5Wp =

= 81 -67,8 + 246-4,5—26(8,4 — 2,7) — 6-5,9 = 6415 аналог.

§ 20. УСЛОВНОЕ ТОПЛИВО И ТОПЛИВНЫЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ

Для сравнения топлива между собой введено понятие об условном топливе, теплотворная способность которого принята равной 7000 ккалкг.

Отношение низшей теплотворной способности рабочего топлива к теплотворной способности условного топлива называется тепловым эквивалентом и обозначается буквой Э:

(10)

Например:

1 „ донецкого угля „ 0,93

1 » торфа „ 0,4-0,5 „

1 , дров при U7p=3o°/0 „ 0,35

1 » древесных отбросов „ 0,35

1 , костры „ 0,4—0,5 .

Пример. Определиіь іенловой эквивалент соломы, если ее низшая тепло­творная способность рабочей массы равна 3790 ккал/кг.

Определение. Тепловой эквивалент соломы равен