Топ л и в о м назьщаш^ которое при сгорании образует

Продукты, нагретыёГдо1Вь1Соких температур, за" счёт содержащейся в нем“ .^ш[чеШ1"етдааАшой энергии. ~

' Обычно топливо представляет собой Сложные углеродистые ж угле­водородистые соединения с примесью Некоторого количества Минераль­ных веществ, образовавшихся из остатков Растительного Или живот­ного происхождения путем преобразования В (результате Процессов, происходивших под давлением и без доступа Воздуха на (протяжении длительного времени.

Все виды органическдт^хдцлша по „ащещтад!^^

Топлива прйнято пвдращщляхь, на еотето&дащ®_^^^

Получаемые В РезультаТе перЕрАботки естестВенного Топлива (табл. 1-1).

Учитывая потребности отраслей Промышленности, Принято органи­ческие топлива подразделять на две основные Группы: технологи-

[Таблица 1-1 |Виды и способы получения органического Агрегатное достояние ТОНЛИ Вид топлива по способу жолученвя Ва Естественное Ияуввпевюе Твердое / Остатки растений, дрова, торф* бурые угли, каменные угли, полуантрациты и антрациты, горючие сланцы а Брикеты, древесный уголь, полукокс. ' кокс, отходы углеобогащения, нефтя - ^ной кокс Жидкое І Продукты перегонки и переработки неф - ^ти (бензин, бензол, керосин, масла, ишЗуш^ддругие продукты). Продукты гидрогенизБвдщ. твердого топлива, слан­цевое масло, спйрты Газообразное 1 V Природный ^&чнеф^промыс- ловый (по^тньГЙГ] газ Газ генераторный, сухой йерегонки топ­лива, побочные газы — коксовый, до­менный, конверторный, ферросплавных печей, подземной газификации угля. Газы крекинга, пиролиза

Чески е — идущие на переработку для извлечения нужных промыш­ленности продуктов и Энергетически е — используемые для сжи­гания с целью получения тепловой, механической и электрической энергии.

В состав любого топлива в виде основных горючих элементов (и их химических соединений) входят углерод С, водород Н и сера Э. Кроме того, в топливе, как правило, содержатся кислород О и азот N. Кислород обычно связывает некоторое количество горючих элементов, уменьшая этим выделение теплоты при сгорании топлива. Азот не уча­ствует в процессе горения, но на его подогрев и выделение затрачивается определенно количество теплоты. Далее в топливе содержится влага V? И зола А.

Все перечисленные элементы содержатся в топливе в соединениях сложного типа в горючей и негорючей его части.

Топливо в том виде, в каком оно используется для сжигания, назы­вают Рабочим и содержание в нем перечисленных элементов дают с индексам «р», т. е. на рабочую массу топлива, и в процентах.

Таким образом, рабочее топливо состоит из:

(1-1)

Ср+Нр+Б^+Ор+№+ №р+Лр=100 %.

Углерод является одной из главных составляющих топлива, так как его содержание определяет теплоту сгорания топлива. В состав топлива углерод входит в виде сложных соединений с кислородом, азо­том и серой.

Водород изнза того, что его теплота сгорания превышает тепло­ту сгорания углерода больше чем в 4 раза, является второй главной составляющей топлива. Но содержание водорода в топливе небольшое, и поэтому количество теплоты, выделяемой им при сгорании, невелико и тем ниже, чем больше геологический возраст топлива.

Кислород в топливе содержится также в количестве, зависящем от Геологического Возраста топлива. Так Как Находящийся в соедине­нии с горючими элементами топлива кислород не способствует выделе­нию химической энергии топлива, его считают балластом органической Части топлива.

Сера в топливе может встречаться в трех видах: Органиче­ской— 80, когда она связана с углеродом, водородом, азотом и кисло­родом в виде сложных органических соединений, Колчеданной — Бк в соединении с железом и Сульфатной — £с в виде соединений ИеЗОд, МдБ04, Са$04 и др. Сера, входящая в состав органических и колчеданных соединений, может сгорать и выделять теплоту, образуя сернистый и серный ангидрид. Это содержание серы принято объеди­нять и называть Летучей горючей:

(1-2)

Сера, входящая в состав сульфатных соединений из-за того, что последние практически не разлагаются, не выделяет при горении топ­лива теплоты и переходит в шлаки и золу.

Азот в топливе содержится, как правило, в малых количествах, в горении не участвует и переходит в свободном состояний в продукты сгорания. По сравнению с содержанием азота в воздухе, подаваемом для сжигания топлива, содержание авота в топливе (кроме природного газа некоторых месторождений) мало, так же как и влияние его на объем продуктов горения.

| Минеральная часть топлива, для (которой принято выражение ' щ о л а, в топливе может быть Первичной (внутренней), образовав­Шейся За счет негорючей части и содержащейся в веществах, из кото­рых образовалось топливо; Вторичной, внесенной в топливо извне, /Главным образом в период образования пласта’топлива, и Третич­ной, попадающей при добыче топлива из прослоек, кровли и подошвы пласта слоя топлива.

I ( Под золой топлива (Понимают Твердый остаток, полученный После 1 сжигания Специальной Пробы Топлива При Температуре 800°С.

При сжигании топлива его минеральная часть, подвергаясь ряду превращений, образует золу, количество которой зависит не только от содержания и состава исход­ных минеральных примесей, но и от условий и от способа сжигания топлива. При про­каливании-топлива в лабораторной муфельной печи в минеральной части топлив про­текают следующие процессы: гидратированные силикаты, гидраты окиси железа и гипс теряют крист аллогидр атную воду, щелочи и хлориды испаряются, карбонаты и сульфа­ты железа и алюминия разлагаются и дают новые соединения, так же как соли закиси железа, сульфиды железа и сернистый ангидрид [Л. 3]. В связи с указанными превра­щениями масса и состав образующейся золы никогда не бывают равными массе и со­ставу исходных минеральных примесей.

В ходе озоления топлива иногда происходит сплавление золы, препятствующее выгоранию органического вещества, а также унос озоляемого материала образующими­ся газами. Отсюда следует, что зола, зольность топлива — понятия в известной мере условные. Количество ее, как и состав, в сильной степени зависит от конечной темпе­ратуры прокаливания. Кроме того, выражение «содержание золы в топливе» не точное, так как зола в топливе не содержится, а цолучается при его сжигании. В топочных устройствах при сжигании топлива минеральная масса претерпевает в основном те же превращения, что и в муфельной печи, однако изменение ряда условий накладывает определенный отпечаток на состав и количество образующейся золы. Ниже1 минераль­ная часть топлива условно названа золой.

Влагу, содержащуюся в топливе, принято разделять на Внеш­нюю и гигроскопическую.

Внешняя влага яри хранении топлива в сухом месте постепенно удаляется (испаряется) до тех пор, пока не наступит равновесие меж­ду парциальным давлением паров в воздухе и паров воды, содержа­щейся в топливе. Топливо, высушенное таким образом, называют Воз­душно-сухим.

Если продолжить подсушку топлива, нагреть его до температуры 105°С при атмосферном давлении, то можно условно считать, что вся влага из топлива, удалена. Это количество влаги, удаленное из воздуш­но-сухого топлива, называют Гигроскопической влагой.

Внешняя и гигроскопическая влага в сумме составляет рабочую влажность топлива:

'№>='№**+№™. (1-3)

Кроме того, в некоторых минеральных соединениях (кристаллах) топлива содержится некоторое (Количество влаги, удаление которой воз­можно лишь при нагреве топлива до температуры порядка 800°С, т. е. до разложения этих соединений. Эту влагу называют Гидратной

Или кристаллизационной, и ее не считают входящей в общую

Влагу топлива.

Влага не только ухудшает качество топлива, но й, превращаясь при торении в пар, отнимает часть теплоты сгоревшего топлива. Темпе­ратура же уходящих из котельной установки дымовых газов обычно выше 100°С, т. е. теплота, затраченная на испарение влаги из топлива, обычно теряется. Если из топлива удалить внешнюю и гигроскопиче­скую влагу, то останется Сухая масса топлива, имеющая состав:

Сс+Нс + $с+0°+№+Лс=100%. (1-4)

2— 53.... ■.............................. 17

Состав. сухой массы топлива необходим для (правильного определе­ния зольности топлива в тех случаях, когда топливо до сжигания под­сушивается.

Условно удалив из сухой массы топлива ‘содержащуюся в нем золу, можно получить состав Горючей 'массы топлива:

Сг+Нг+Бг+Ог+№=100 % • (1-5)

Из (сопоставления рабочей и горючей одаюс топлива видно, что по­следняя отличается от первой отсутствием балласта (влаги и золы):

£=№р+Лр. (1-6)

Нетрудно видеть, что горючая масса топлива является наиболее постоянной для данного вида и месторождения топлива.

Если выделить из горючей массы топлива серу летучую и колче­данную 5гк, то оставшаяся масса топлива будет содержать только органическую серу 5Г0, и ее называют Органической массой Топлива:

С° + Н° + 5Г0+0°+№=100 %. (1 -7)

Понятием органической массы топлива пользуются при некоторых лабораторных и других исследованиях топлива. Из уравнений (1-6) и (1-7) видно, что горючая и органическая массы топлива весьма близ­ки друг к другу.

Наконец, если пробу рабочего топлива достаточно долго хранить в сухом помещении, а затем направить для анализа, то оставшуюся в топливе вкешнюю и гигроскопическую влагу называют Аналити - Ч е с Кой №а, и тогда состав этой массы топлива будет:

Са+На+5а+Оа+№+Ла+И7а=ЮО%- (1-8)

Соотношения между рабочей, сухой, горючей, органической и ана­литической массой топлива может дать сводка формул для пересчета состава топлива с одной 'массы на другую (табл. 1-2).

Таблица 1-2

Формулы для пересчета состава и теплоты сгорания топлива Заданная масса Искомая масса топлива Топлива Органическая Горючая | | сухая Рабочая Органическая 1 8 I Сл 100—5СК—Лс 100—5СК—ГР—УІР 100 100 100 Г орючая 100 1 О Г Ь О 100—ГР—А* 100—5ГК 100 100 Сухая Рабочая 100 --- М£0-------- 100—ГР -—т=ГАс— 5ск . 100 100 1 100— 100—№

Из сопоставления выражений для двух масс топлива видно, что коэффициенты пересчета этих масс топлива для всех элементов по­стоянны. *ч

Выполняемый в специальных лабораториях химический анализ топ­лива дает возможность определить (содержание в топливе отдельных 18

Элементов, т. е. элементарный состав топлива, хотя эти элементы со­держатся в топливе в весьма сложных соединениях. Однако для обыч­ных расчетов, связанных с использованием полученной теплоты в про­цессе сжигания топлива, знание элементарного состава топлива на рабочую массу обычно является достаточным.

Сведения о рабочем составе твердого топлива, используемого в промышленных и отопительных котельных, даны в табл. 1-3.

Бели топливо нагревать без доступа воздуха до температуры по­рядка 850°С, то из топлива выделяются Летучие вещества и остается твердый нелетучий остаток (кокс).

Величину выхода летучих веществ принято пересчитывать на горю­чую массу топлива и называть Выходом летучих VT, давая ее в процентах. *

В состав летучих входят водород Н, углеводороды CnHm, окись углерода СО, двуокись углерода С02 и некоторые другие соединения. Чем моложе геологически топливо, тем меньше его степень углефика - ции — насыщения углеродом, тем больше выход летучих. Так, напри­мер, у дров Уг~85%, торфа — 70%» бурого угля — 60%, полуантраци - тов и антрацитов — 9 и 4%.

Выделение летучих веществ начинается задолго до достижения топ­ливом температуры 850°С, так, например, начало выделения летучих для дров лежит на уровне температур около 160°С, торфа—100—110°С, бурого угля — 130—170°С, полуантрацита и антрацита — 380—400°С. Чем больше выход летучих и ниже температура начала их выделения, тем легче воспламеняется топливо и выше его реакционная способность при горении.

После выхода летучих из нагреваемого топлива получается оста­ток, который может быть различного вида: спекшийся, слабоспекшийся и порошкообразный. Лишь некоторые каменные кугли дают плотный, спекшийся остаток с 'большим числом пор, называемый коксом и при­годный для использования в металлургии. Этот кокс по химическому составу близок к углероду. Так как при сжигании часть минеральных примесей улетучивается, количество золы топлива никогда не бывает равно количеству минеральных примесей.

Основными компонентами золы, определяющими ее химический со­став и характеристики, являются окись кремния SiЦ2, окись алюминия А1203, Окись Титана ТЮ2, окислы железа Fe203, известь СаО, магнезия MgO, окислы щелочных металлов Na20 и КгО, а также соединения се­ры (.сульфаты и сульфиды).

Плавкость золы зависит от состава золы и окружающей ее газовой среды. Оценку плавления золы проводят по трем температу­рам: начала деформации Tu начала размягчения /2 и жидкоплавкого состояния U.

Определение этих температур ведется в лабораторных условиях путем наблюде­ния за изменениями специально изготовленной из золы пирамидки, помещаемой в му­фельную печь и постепенно нагреваемой в газовой среде, содержащей продукты непол­ного горения — СО, Н2 и 'т. д. (рис. 1-1). Полученные значения температуры сводят в таблицы с характеристиками элементарного состава топлива.

При выборе типа топочного устройства и режимов сжигания топлива важно знать не только абсолютные значения указанных температур, но и их интервалы или раз­ности: i‘2—tu tg—ti, позволяющие оценить возможнее нарушения топочных процессов.

Золу,, прошедшую стадии плавления и высоких температур, при которых она частично разлагается и превращается в сплавленную или спекшуюся массу, называют Шлаком. В Отличие от золы, которая состоит в основном из ювободных окислов различных элементов, в шла - 2* 19

Западная Украина Львовско-Волынское, Ново-Волынское, ГР Подмосковный Бассейн Подмосковный, Б2 Донецкий бассейн Донецкий, Д Г А Кавказский Бассейн Ткибульское, Д Печорский Бассейн Интинское, Д Воркутинское, Ж Урал Кизеловское, Г Челябинское, БЗ Казахская ССР Карагандинское, К

Месторождение и марка топлива

УрР ЛР 5Р К *Ро Ср 10 15,3, Ч0^ 59,4 33 22,8 1,4 1,3 13 15,7 1,5 1,5 53 Д 7 18,1 2 1,3 60,7^ 7,5 19 0,9 0,6 68 13 34,8 1.3 0,7 37,3 И 24,9 1,9 0,6 48,4 5 18,1 0, »8 64,8 5 26,6 2,6 2,1 52,6 17 28,2 1, 5 39,2 6,5 24,4 0,7 0,7 59,2

5,37 7,13

4,91 6,68

Объемы при а = 1, м8/кг

Приблизи­тельная оптовая цена на месге до­бычи, руб/т

Ко В ^

I

Таблица 1-3
Характеристики твердых топлив, потребное количестводкгёдуха, объем г ^дуктов сгорания При а = 1 и приблизителъная/бптовая цена
Состав рабочей массы, %
6,64 3,69	15,8 8,4
6,13
3,04
6,15 6,83 6,73	22 27,2 16,6
5,61 6,37 6,43
10
4,71	5,22
	16 19,2
6,08 4,44	12,4 12,7
1,0 1,25	5,66 3,93
6,5	17,6
6,08

Продолжение табЛш 1*3 Состав рабочей массы, % Теплота Сгорания Х Плавкость золы, °С Со Д! Объемы при аяі, мз/кг Приблизи­ Тельная Месторождение и марка топлива Л* Бр К §Ро СР Нр ЫР " ор МДж/кг Ккал/кг & Ч (о И И Ах і §§ 8 «я«4 К Дымовых газов У°г Оптовая цена на месте до­бычи, руб/т Киргизская ССР Таш-Кумыр, Д 15 11,9 0,9 57,7 3,4 0,7 10,4 21,8 5180 36 1£ >80 1340 1360 1,3 5,71 6,26 15,0 Сулюкта, БЗ 22 11,7 0,2 | 0,3 51,4 2,7 0,4 11,3 19,3 4380 33 11 І20 1230 1250 1,3 4,93 5,51 15,4 Кузнецкий Бассейн Кузнецкий, Д 10,5 8,5 0,3 63,7 4,5 1,8 10,7 25,0 5960 42 11 30 1200 1250 1,2 6,51 7і, 08 10 Г 8 9.2 0,5 68,3 4,8 1,8 7,4 27,0 6450 40 ІР 00 1200 1250 1,23 7,11 7,66 11,8 Ж 7 27,9 0,4 57,3 2,9 1,4 3,1 21,5 5190 23 1| 50 1300 1370 1,6 5,77 6,14 12 Т 6,5 16,8 0,5 68,4 3,3 1,5 3 26,0 6210 13 [ 150 1300 1400 1,6 6,87 7,28 7,8 2СС 6 11,3 0,5 72,2 3,9 1,7 4,4 28,0 6680 21 1) ,45 1145 1500 1,7 7,32 7,77 8,5 К а н с к о-А чинский бассейн Ирша-Бородинский, Б2 33 6 0,2 43,7 3 0,6 13,5 15,7 3740 48 11 80 1210 1230 1,2 4,24 4,98 1,8 Красноярский Край Минусинское, Черногор­ 14,5 11,5 0,5 58,4 4 1,3 9,8 22,5 5380 41 И ПО 1350 1400 1 5,94 6,52 7,2 Ское, Д Черемховский Бассейн Азейское, БЗ 22,5 10,1 0,4 49,9 3,6 0,9 12,6 19,0 4520 46 І . 1295 1310 1,12 4,98 5,64 10 Читинская Область Букачачинское, Г 7 9,3 0,6 68,6 4,8 0,8 8,9 27,0 6450 І Т 1170 1300 1330 1,2 7,09 7,63 8,3 Бурятская АССР Гусино-Озерское, БЗ 23 13,1 0,6 47,9 3,3 0,6 11,5 17,9 4270 2,5 1080 1200 1220 1,0 4,77 5,4 7,5

Продолжение табл. 1-3 Месторождение и марка топлива Состав рабочей массы, % Теплота сгорания <2РН * VПлавкость эолы, °С Іі Ин н Объемы при а = 1, м3/кг Приблизи­ Тельная Лр §РК 5>р О СР. НР Мр ОР МДж/кг Ккал/кг I ^ Я1-* (0 ^ Г . (У о §1 ■81 •в* о о§ § « а-оГ Воздуха У° Дымовых газов У°г Оптовая цена на месте до­бычи, руб/т Тувинская АССР Элегестинское, Ж 7 8,4 0,6 74,5 4,8 0,8 3,9 27,6 7070 35 1) 25 1245 1260 2,0 6,7 6,64 — Якутская АССР Джебарикихая, Д И 11,1 0,2 60,5 4,2 0,5 12,5 23,0 5500 42 11 20 1160 1180 1,1 6,08 6,64 9,35 Эрозионное, Д 9 12,7 0,4 61,7 4,1 1 11,1 23,4 5580 32 1: 100 1330 1350 1.6 6,37 6,93 12,85 Хабарове кий край Ургальское, Г 6,5 29,9 0,4 50,9 3,8 0,6 7,9 20,2 4830 41,5 Г 50 1500 1500 1,05 5,28 5,72 9,8 Примор ский край Сучанское, Г 5,5 28,8 0,4 54,2 3,5 0,8 6,8 21,2 5050 36 И 20 1320 1340 1,5 5,53 5,94 16,8 Липовецкое, Д 6,5 26,6 0,4 51,6 4 0,5 10,4 20,0 4780 49 1' 50 1500 1,05 5,31 5,78 16,1 Тавричанское, БЗ 15 23,8 0,4 44,8 3,5 1,3 11,2 17,1 4080 47 1 ЮО 1400 1450 0,85 4,55 5,09 14,6 Сахалин Мгачи, Д 6 10,3 0,3 66,5 5,2 1,3 10,4 26,5 6320 48 1 140 1200 1210 1,1 5,32 5,85 20,15 Макаровское, Ж 5 12,3 0,4 71,7 4,8 1,4 4,4 28,6 6830 35 ] 215 1250 1275 0,9 6,70 7,25 26,4 БЗ 20,5 11,5 0,3 49,2 3,8 0,9 13,8 18,8 4480 47,5 І 130 1190 1210 0,85 4,93 5,58 17,15 Эстонская ССР Сланцы 13 40 1,3 1 0,3 24,4 3,1 0,1 3,7 10,9 2610 90 300 1400 1430 2,4 2,89 3,37 4,0 Торф: Фрезерный 50 6,3 0,1 24,7 2,6 1,1 15,2 8,1 1940 70 1070 1150 1200 2,38 3,30 2,5—3,5 Кусковой 48 7 0,1 25,7 2,7 1,1 15,4 9,3 2210 70 1050 1190 1200 3,01 3,87 4,7-9 Древесина 30 0,7 35,4 4,2 0,4 29,3 18,0 2950 85 2,81 3,75

Ice окислы образуют многокомпонентные системы, возникшие после воздействия на золу высоких температур и (попадания в нее дополни­тельных веществ из присадок, из обмуровки.

Вследствие этого температура плавления шлака отличается от тем­пературы плавления золы T3. Для борьбы с загрязнением поверхностей топочной камеры особенно важно знать значение температуры затвер­девания золы, наступающего после прохождения ею зоны высоких тем­ператур, — оно обычно ниже 4 примерно на 50°С/ Сюда же надо отнести и вязкость шлака в расплавленном состоянии при различных темпера-

Рис. 1-1. Определение температур, характеризую­щих золу топлива.

1 — до нагрева; 2 — начало деформации; 3 — начало раз­мягчения; 4 — полное размягчение; S — жидкоплавкое состояние.

Турах, величину которой необходимо знать при удалении шлака из то­почной. камеры в расплавленном состоянии-—жидком удалении шлака. Значение вязкости шлака топлива необходимо и при использовании шлака для изготовления так называемой шлаковой ваты.

При нагревании часть минеральных соединений улетучивается; в первую очередь, это относится к карбонатам (СаС03, MgC03, FeC03), которые, разлагаясь, дают двуокись углерода С02 и окислы металлов.

Для топлив, у которых содержание. карбонатов выше 5%, в первую очередь для сланцев, за горючую массу топлива принимают величину

!00 —Гр-Лриспр(С02)к, (1-9)

Где Л»испр=ЛР - [2,5(Бсл —[Sca)—1-0,375SCK)] °/с

Т. е. зольность без сульфатов, образовавшихся при разложении карбо­натов, но с поправкой на сгорание колчеданной серы.

Величина (С02)к есть процентное содержание двуокиси углерода, выделившейся при разложении карбонатов.

Величину, найденную по выражению, находящемуся в квадратных скобках, можно принять равной 2% для эстонских и гдовоких сланцев, 3,1% —Для савельевских и 4,1% —для кашпирских.

Характеристики жидких топлив и их элементарный состав пере­считывают с помощью тех же формул и коэффициентов, которые были приведены для твердого топлива. Для топлив, получаемых из нефти, характерны высокая теплота сгорания, низкая влажность и зольность. В золе после сжигания жидких топлив встречаются соединения ванадия, снижающие надежность работы отдельных элементов котло агрегата, если эти элементы имеют температуру выше 600°С и расположены в среде продуктов сгорания топлива. Если в жидком топливе содер­жится больше 0,5% серы, то для хвостовых поверхностей нагрева необ­ходима защита части элементов котлоагрегата от сернокислотной кор­розии.

В газообразном топливе, кроме горючих элементов — водорода Н2, углеводородов метанового ряда СПН2т+2, тяжелых углеводородов CnHm, сероводорода H2S и окиси углерода СО, содержатся в небольшом коли­честве кислород О2, азот N2, двуокись углерода С02 и водяные пары Н20.

Состав газообразного топлива удобней давать в процентах по объему и все расчеты вести, исходя из единицы объема сухого газа,

Взятого при нормальных условиях — давлении 0,1 МПа (760 мирт, ст.) и температуре 0°С, а затем вводить поправку «а 'содержание водяных паров.