2) В лекциях

3) Виды топлива, его элементарный состав

1. Понятие о топливе

Топливом называется горючее вещество, специально сжигаемое для получения тепла и используемое как источник энергии. В его состав входят горючие и негорючие вещества. К горючим веществам относится углерод, водород, их соединения между собой (углеводороды) и с различными химическими элементами - кислородом, азотом и др. К негорючим веществам (балласту) относится зола и влага. Некоторые виды топлива содержат серу (горючую, летучую), которая в топливе нежелательна, так как придаёт продуктам сгорания коррозионные свойства. По агрегатному состоянию топливо подразделяется на 3 вида: твёрдое, жидкое и газообразное. По происхождению топливо делится на естественное (дрова, торф, бурые и каменные угли, антрацит, природный газ и др.) и искусственное (каменно-угольный кокс, брикеты, древесный уголь; генераторный, коксовый, доменный газы; продукты переработки нефти (мазут и др.)).

2. Элементарный состав топлива

Рабочая масса топлива состоит из 7 элементов: углерода Ср, водорода Нр, азота Np, кислорода Ор, летучей серы Sj,p, золы Ар, влаги Wp.

Ср + Нр + Or +NP + SP + Ар + WP =100%

Если удалить влагу Wp, останется сухая масса:

Ср +НР +Ор + NP + SP + АР =100%

Если удалить влагу Wp и золу Ар - получим горючую массу:

Ср +НР +Ор +NP + Sp = 100%

Горючими элементами в топливе являются: углерод Ср, водород Нр, летучая сера 8ЛР (сера рабочая летучая состоит из органической и колчеданной. Сера бывает ещё сульфатная, которая не горит): Основной компонент (горючий) - углерод Ср, который при сгорании в углекислый газ СО2 выделяет с одного килограмма 8100 ккал (3369 МДж) тепла. При сгорании углерода в угарный газ СО выделяется только 2400 ккал (10,1 МДж) тепла из 1 кг. Второй горючий компонент - водород Нр, при сгорании которого образуется вода (Н20) и выделяется 29.000 ккал (123 МДж) тепла из 1 кг. При полном сгорании серы S'/ выделяется 2300 ккал теплоты (9-10 МДж). Кислород Ор и азот Np не участвуют в горении и называются внутренним балластом топлива. Наличие влаги Wp сильно снижает тепловую ценность топлива, затрудняет его воспламенение. Зола Ар тоже нежелательна, так как снижает содержание горючих элементов, оседая на поверхности нагрева, снижает передачу тепла. Поэтому сумма золы и влаги называется балластом:

Ар + Wp - балласт.

4) Общие сведения о горении топлива. Реакции горения топлива.

Топливом называют вещество, выделяющее при определенных условиях большое количество теп- ловой энергии, которую используют в различных отраслях народного хозяйства для получения водяно- го пара или горячей воды систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и производства элек- троэнергии. Топливо бывает горючее и расщепляющееся. Горючее – топливо, которое выделяет теплоту при взаимодействии с окислителем (воздухом), а расщепляющееся (ядерное) – выделяет теплоту в про- цессе торможения продуктов деления тяжелых ядер химических элементов при взаимодействии их с нейтронами. Горючее топливо делится на органическое и неорганическое.

В теплогенерирующих котельных установках (ТГУ) применяют органическое топливо, которое по агрегатному состоянию делят на твердое, жидкое и газообразное, а по способу получения – на естест- венное и искусственное. Естественные: уголь, торф, сланцы, древесина, природный газ, попутный газ нефтяных месторождений. Искусственные (синтетические, композиционные): топливные брикеты, тор- фяной кокс, дизельное и соляровое топливо, мазут (топочный, бытовой), топливные эмульсии и суспен- зии, доменный, коксовый, сланцевый газ.

Горением называется быстрый процесс экзотермического окисления горючего вещества, сопровож- дающегося выделением значительного количества тепловой энергии. Особенности процесса горения, отличающие его от родственных процессов окисления: высокая температура; быстротечность по време- ни; неизотермичность; изменение концентрации компонентов, структуры и формы поверхности реаги- рования во времени.

. Для протекания реакции необ- ходимо перемешивание компонентов на молекулярном уровне, иными словами, необходим процесс массопереноса реагирующих компонентов в зону реакции и продуктов реакции из нее.3, 6, 13, 28По своей природе горение – процесс, протекающий при непрерывном подводе горючего и окислителя в зону горения и отводе газообразных продуктов сгорания. В основе процесса горения ле- жат экзотермические и эндотермические реакции, которые описываются стехиометрическими уравне- ниями и принципиальной особенностью которых является их обратимость (принцип Ле-Шателье). Ос- новы теории цепных реакций разработаны Н.Н. Семеновым

Процесс массопереноса осуществляется в турбулентном потоке за счет турбулентной диффузии, а в ламинарном потоке, неподвижной среде и в пограничном слое – за счет молекулярной диффузии, кото- рые при постоянной температуре и давлении описываются законом Фика. Если реакция горения проте- кает мгновенно, то это явление называется взрывом.

В зависимости от фазового состояния реагирующих веществ химические реакции горения делят на:

1) гомогенные – протекающие в объеме между компонентами, находящимися в одной фазе (газ и воз- дух); 2) гетерогенные – протекающие на поверхности раздела фаз (уголь или капля мазута и воздух).