1.2 Состав топлива

Свойства топлива как горючего материала определяются его составом.

Любое топливо состоит из горючей и негорючей частей. Горючую часть образуют углерод (С), водород (Н) и сера горючая (летучая) S_A.

К негорючей части относятся кислород ( ), азот ( ); минеральные вещества ( ) и влага ( ). Перечисленные элементы , , , , образуют сложные химические соединения. Чтобы установить состав топлива, проводят технический и химический (элементарный) анализ топлива. При техническом анализе определяют содержание влаги, летучих и минеральных веществ.

Химический анализ топлива можно выполнить как по элементарному составу ( , , , , ). Так и определением содержания в топливе отдельных химических соединений ( и др.). Первый метод применяют для твердого к жидкого топлива, второй для газообразного топлива.

1.2.1 Состав жидкого и твердого топлива

Жидкое и твердое топливо принято характеризовать так называемым ЭЛЕМЕНТАРНЫМ составом, определявший в лаборатория. При этом условно считают, что топливо состоит из перечисленных элементов, находящихся в свободном состоянии в виде механической смеси.

Такая условность, не отражая химико-физической природа топлива, создает, значительны удобства при проведении практических расчетов материального и теплового баланса горения, а также при определении расчетным путем тепловой ценности топлива.

Топливо, поступающее непосредственно в топочное устройство для сжигания, называют рабочим топливом. Его элементарный состав, выраженный в % по массе, записывают:

(1.1)

Если из рабочего топлива удалять всю его влагу, получим сухую массу, элементарного состав которой запишется:

(1.2)

Условно удалив из сухой массы топлива содержащуюся в нем золу, получим горючую массу, элементарный состав которой будет

записываться:

(1.3)

По элементарному составу рабочего топлива производят технические расчеты горения. Элементарный состав сухой массы используется для определения засоренности топлива золой. Горючая масса представляет собой беззольно-безводный, т.е. наиболее устойчивый состав топлива. Состав этот условный, т.к. включает в себя и негорючие элементы - кислород и азот.

Однако он позволяет более точно установить структуру топлива без воздействия на него внешних условий - способов добычи и метеорологических факторов.

Таким образом, дня практической теплотехники пользуются элементарным составом рабочего топлива, а состав сухой и горючей массы служит, главным образом, для оценки отдельных характеристик топлива, сравнения различных сортов топлива, классификации и т.п.

1.2.2 Теплотехническая оценка элементов, входящих в топливо

Углерод является основным горючий элементом топлива. Его содержание на горючею массу составляет: в древесине и торфе 50-65%, в бурых углях 67-72%, каменных углях 76-90% и в антрацитах 92-94%, т.е. с увеличением геологического возраста твердого топлива содержание в нем углерода повышается. Состав жидких нефтяных топлив является достаточно стабильным и содержание в них углерода на горючи массу колеблется в узких пределах 86-87%.

Углерод характеризуется высокий удельным тепловыделением. При полном сгорании 1 кг углерода выделяется 33600 кДж теплоты. Следовательно, углерод по существу определяет тепловую ценность топлива.

Водород является вторым важнейшим горючим элементом топлива. Его содержание на горючую массу составляет: в древесине и торфе 6,0-6,5 % , в бурых углях около 5,0 %, в каменных углях 4,0-5,5 % и антрацитах 1,5-2,5 %. В жидких нефтяных топливах содержание водорода значительно выше и на горючую массу составляет 10-12 %. Тепловая ценность водорода почта в четкое раза выше

тепловой ценности углерода. При полном сгорании 1 кг водорода и конденсации продуктов сгорания выделяется 141500 кДж тепла, без учета конденсации водяных паров 119000 кДж.

Сера, является третьим, весьма нежелательным, горючим элементом топлива. В общем случае сера топлива состоит из серы органической ( ), входящей в топливо в виде органических соединений, серы колчеданной ( ), входящей в состав топлива в виде колчедана ( ), и серы сульфатной ( ), входящей в топливо в виде, например, гипса ( ). Сера органическая и колчеданная образуют серу горючую (летучую) . Сульфатная же сера не горит, и в элементарном составе топлива включается в золу. Содержание серы в топливах колеблется от 0 до нескольких %. При полном сгорании 1 кг серы летучей выделяется 9000 кДж тепла.

При горении серосодержащего топлива в промышленные топливосжигающйх устройствах (печах, котлах, газотурбинных установках и др.) наряду о сернистым газом ( ) образуется незначительное количество серного ангидрида ( ). Наличие последнего в газообразных продуктах сгорания при определённых условиях вызывает сернокислотную, т.е. низкотемпературную, коррозию металла оборудования.

Кроме того, продукты сгорания серы вызывают загрязнение атмосферы. Поэтому сера является вредной примесью, снижающей теплотехническую цепкость топлива.

Кислород и азот являются нежелательными элементами топлива. Наличие их в топлива снижает содержание горючих элементов. Кислород, кроме того, связывает часть горючих элементов топлива, обесценивает его. Азот в топлива способствует образованию в газообразных продуктах сгорания окислов азота, обладающих высокой токсичностью, значительно превышающей токсичность окислов серы.

Кислород и азот принято навивать внутренним балластом топливо. В жидких нефтяных топливах содержание кислорода и азота незначительно и в сумме ( ) составляет 0,50-1,75 %. В твердых топливах содержание кислорода и азота может быть значительно больше.

Зола представляет собой смесь различных минеральных веществ, которые остаются после полного сгорания горючей часта топлива. Содержание золы обычно дается на сухую массу. Зольность жидких

топлив нормируется ГОСТами в по своему значению невелика.

Например, для дизельного топлива не более 0,02 %, для топочных мазутов ре болев 0,30 %. В твердых топливах содержание золы может достать значительных величин (до 30 % и более на сухую массу). Зола является внешним балластом топлива. Она, снижает содержание горючей части топлива, вызывает дополнительные затрата на его добычу и транспорт. Она может вызывать эрозивный износ элементов оборудования. Содержание ванадия в золе жидких нефтяных топлив может при определенных температурах условиях привести к ванадиевой так называемой высокотемпературной коррозии металла.

Наличие солей натрия, окислов железа в золе жидких нефтяных топлив оказывает каталитическое действие на протекание сернокислой низкотемпературной коррозия металла.

Влага относится к внешнему балласту топлива. Наличие её (так же, как кислорода и азота) уменьшает содержание горючей части топлива. Это снижает тепловую ценность топлива, а также увеличивает расходы на его транспорт. Влага, кроме того, снижет полезное тепловидение топлива поскольку часть тепла при горении расходуется на превращение её в пар. Это ведёт также к понижению температурного уровня в зоне горения и ухудшает условия теплообмена.