Минеральные примеси топлива

В твердом топливе значительную часть примесей составляют внешние примеси. Поэтому содержание минеральных примесей даже в одном и том же виде топлива может сильно колебаться. Основными минеральными примесями являются: силикаты (кремнезем SiO_{_2} , глинозем А1₂ 0₃ , глина), сульфиды (преимущественно FeS₂ ), карбонаты (СаСО₃ , MgCO₃ , FeCO₃), сульфаты (CaSO₄, MgS0₄ ), закиси и окиси металлов, фосфаты, хлориды, соли щелочных металлов.

В процессе горения в среде высоких температур в минеральных примесях

топлива происходят физические и химические преобразования. По мере повышения температуры топлива гипс и силикаты теряют свою кристаллизационную влагу. В интервале температур 400—600°С колчедан окисляется:

4FeS₂ +11O₂ =2Fe₂ O₃ +8SO₂ .

Сернистый ангидрид, образующийся при окислении колчедана и органической

серы, вступает в реакцию с СаСО₃ и O₂

2SO₂ +2СаСО₃ +O₂ =2СаSO₄ +2СO₂ .

При температуре выше 600°С разлагаются карбонаты по реакции типа

СаСО₃ =СаО+СO₂

и улетучивается некоторая часть хлоридов и соединений щелочных металлов.

При температуре выше 1000°С разлагаются сульфаты

СаSO₄ =СаО+SO₃ .

При этих температурах начинается химическое взаимодействие между силикатной основой примесей и другими окислами. В окислительной среде закись железа переходит в его окись

4FеО+O₂ =2Fе₂ О₃ ,

а в восстановительной среде — в металл. В полувосстановительной среде закись железа может сохраниться и при определенном температурном уровне соединиться с кремнеземом, образуя легкоплавкие силикаты. Этим объясняется наблюдающееся значительное снижение температуры плавления шлаков в полувосстановительной среде.

Выход летучих и свойства кокса

Одними из наиболее важных теплотехнических характеристик топлив являются величина выхода летучих и свойства коксового остатка.

При нагревании твердых топлив происходит распад термически нестойких

сложных, содержащих кислород углеводородистых соединений горючей массы с

выделением горючих газов: водорода, углеводородов, окиси углерода и негорючих газов — углекислоты и водяных паров. Выход летучих веществ определяют нагреванием пробы воздушно-сухого топлива в количестве 1 г без доступа воздуха при температуре 850°С в течение 7 мин. Выход летучих, определенный как уменьшение массы пробы испытываемого топлива за вычетом содержащейся в нем влаги, относят к горючей массе топлива.

У разных топлив состав и теплота сгорания летучих веществ различны. По

мере увеличения химического возраста топлива содержание летучих веществ уменьшается, а температура их выхода увеличивается. При этом вследствие уменьшения количества инертных газов теплота сгорания летучих веществ увеличивается. Для сланцев выход летучих составляет 80—90% от горючей массы; у торфа — 70%. В бурых углях летучие составляют 30—60%, в каменных 30—50%. У тощих углей и антрацитов выход летучих мал и соответственно равняется 11—13 и 2—9%. Поэтому содержание летучих веществ и их состав могут быть приняты в качестве признаков степени углефикации топлива, его химического возраста.

Для торфа выход летучих начинается при температуре примерно 100°, бурых и жирных каменных углей — 150—170°, горючих сланцев — 230°С, тощих углей и антрацитов ~400°С и завершается при высоких температурах — 1100—1200°С.

После отгонки летучих веществ из топлива образуется так называемый коксовый остаток. При содержании в угле битуминозных веществ, которые при нагревании переходят в пластическое состояние или расплавляются. Порошкообразная проба угля, испытываемого на содержание летучих, может спекаться и вспучиваться. Способность топлива при термическом разложении образовывать более или менее прочный кокс называется спекаемостью. Торф, бурые угли и антрацит дают порошкообразный кокс. Каменные угли с выходом

летучих 42—45% и тощие угли с выходом летучих менее 17% дают порошкообразный или слипшийся коксовый остаток.

Угли, образующие спекшийся коксовый остаток, являются ценным технологическим топливом и используются в первую очередь для производства металлургического кокса. Кокс в виде спекшегося или сплавленного остатка получается нагреванием измельченного до размеров 3—3,5 мм угля при температуре 1000°С без доступа воздуха. Свойства кокса зависят от состава органических соединений горючей массы топлива и содержания летучих веществ в нем.