1.1 Состав топлива

У твердых и жидких видов топлива органическая часть состоит из сложных химических соединений, образованных пятью химическими элементами: углерод (С), водород (Н), сера (S), кислород (О) и азот (N). Кроме того, топливо содержит влагу (W) и минеральные примеси, которые при сжигании превращаются в золу (А). Поэтому их химический состав выражается не сложными химическими соединениями, а содержанием элементов в процентах, т.е. по элементному составу топлива.

Горючими элементами топлива являются углерод, водород и сера.

Углерод - основной горючий элемент топлива, имеет высокую теплоту сгорания (34,4 МДж/кг) и составляет основу горючей массы топлива (от 40 % у древесины до 93 % у антрацита).

Водород имеет высокую теплоту сгорания (120,5 МДж/кг), но его содержание невелико: 2…4% в твердом и 10…11% в жидком топливе.

Сера имеет теплоту сгорания только 9,3 МДж/кг и ее содержание в топливе невелико (0,3…0,5%), поэтому сера не представляет ценности как горючий элемент. Но поскольку при ее сжигании образуется токсичный диоксид серы SO₂, то содержание серы является важной характеристикой.

В твердом топливе сера присутствует в трех видах:

• в органическом виде S_ор,

• в составе горючих минеральных веществ S_п (пиритная или колчеданная сера FeS₂, CuS),

• в составе негорючих минеральных веществ S_сфт (сульфатная сера CaSO₄, MgSO₄).

Общее содержание серы в топливе S_об складывается из трех названных составляющих:

.

Содержание горючей серы S_г в топливе определяет сумма двух слагаемых:

.

Различают пять основных состояний (рабочих масс) топлива.

1. Рабочее состояние (рабочая масса) топлива – это состояние топлива с таким содержанием влаги и зольностью, с которым оно добывается, отгружается или используется (верхний индекс - р или международный - r):

. (1.1)

2. Аналитическое состояние топлива (верхний индекс - а (а)) – состояние топлива, характеризуемое подготовкой пробы. Подготовка предусматривает размол до размеров частиц 0,2 мм и приведение в равновесие с условиями лабораторного помещения (содержание влаги уменьшается W^а < W^р):

. (1.2)

Общая, рабочая влага W^р складывается из аналитической влаги W^а и внешней влаги W^вн:

W^р = W^а + W^вн.

3. Сухое состояние топлива (верхний индекс - с или - d от англ. dry – сухой, обезвоженный) – состояние топлива без содержания общей влаги (сухая масса топлива):

. (1.3)

4. Горючее или сухое беззольное состояние топлива (верхний индекс - г или daf – от англ. dry ash-free – сухое, свободное от золы) – условное состояние топлива, не содержащего общей влаги и золы (горючая масса топлива):

. (1.4)

5. Органическое состояние топлива (верхний индекс - о (о)) – условное состояние топлива без содержания влаги и минеральной массы (органическая масса топлива):

. (1.5)

Соотношение различных состояний топлива приведены на рис. 1.1

Wвн	Wа	О	N	H	C	Sор	Sп	Sсфт	А
		Органическое состояние (о)
		Горючее состояние (г)
		Сухое состояние топлива (с)
	Аналитическое состояние топлива (а)
Рабочее состояние топлива (р)

Рисунок 1.1 - Схема состояний топлива

Для получения коэффициента пересчета состава топлива, например, из горючего в рабочее необходимо сделать следующие преобразования. Запишем уравнение для рабочего состояния (1.1) следующем виде, %:

, (1.6)

и разделим (1.6) на (1.4) . Получим выражение

. (1.7)

Таким образом, для каждого элемента, например для углерода, справедливо соотношение

, %. (1.8)

Аналогичным образом определяются коэффициенты пересчета для любых других состояний, представленные в табл. 1.1.

Таблица 1.1 - Коэффициенты пересчета из одного состояния в другое

Исходное, заданное состояние топлива	Искомое состояние топлива
	Рабочее	Сухое	Горючее
Рабочее	1
Сухое		1
Горючее			1

Газообразное топливо - это механическая смесь горючих и негорючих газов. Поэтому в отличие от твердого и жидкого топлива состав газообразного топлива задается в объемных процентах отдельных газов к объему сухого газа при нормальных условиях.