2. Виды исходной массы топлива

Топливо в том виде, в котором оно поступает к потребителю, называется рабочим, а составляющее его вещество – рабочей массой. Все компоненты рабочей массы обозначаются индексом r (от англ. raw – сырой, необработанный):

C^r + H^r + S^r_о+р + O^r + N^r + A^r + W^r = 100 %

Влажность и зольность твёрдого топлива, даже в пределах одного сорта и одного месторождения, могут значительно колебаться, а также изменяться в процессе транспортировки и хранения. Поэтому элементарный состав рабочей массы топлива является неустойчивой характеристикой топлива. Более устойчивой является элементарный состав сухой массы топлива (индекс d – от англ. dry – сухой):

C^d + H^d + S^d_о+р + O^d + N^d + A^d = 100 %

Сухую массу топлива целесообразно использовать для выражения содержащейся в нём золы A^d. Однако и сухая масса топлива также не является устойчивой характеристикой, так как содержание золы зависит от способа и условий его добычи.

Устойчивой (неизменяемой) характеристикой любого твёрдого топлива является сухая беззольная (горючая) масса. Сухая беззольная масса представляет собой сумму горючих элементов (C,H,S_o+p) и химически связанного с ними внутреннего балласта (индекс daf– от англ. dry ash free – сухой беззольный):

C^daf + H^daf + S^daf_о+р + O^daf + N^daf = 100 %

Для проведения лабораторных исследований твёрдого топлива пользуются отобранной пробой рабочего топлива, измельчённой и подсушенной до такой влажности, которая при хранении топлива в лабораторных условиях не изменяется – воздушно-сухая или аналитическая проба (индекс а):

C^a + H^a + S^a_о+р + O^a + N^a + A^a + W^a = 100 %

Состав топлив различных видов и месторождений приводится в таблицах технических характеристик топлив. Пересчёт элементарного состава топлива с одной массы на другую осуществляется с помощью соответствующих формул.

При заданной рабочей массе топлива содержание каждого из компонентов на горючую (сухую беззольную) массу рассчитывается по формуле:

,

где X^daf и X^r – содержание соответствующего компонента на горючую и рабочую массу, %.

При заданной влажности и зольности рабочей массы определение остальных её составляющих по известному составу горючей массы производится по формуле:

.

Если известен состав сухой массы топлива, то формула пересчёта любой из составляющих на горючую массу:

,

а на рабочую массу (при заданной влажности):

.

Для оценки топлива при расчётах и эксплуатации удобно пользоваться так называемыми приведёнными характеристиками зольности A^п, влажности W^п и серности S^п_л, отнесёнными к 1 МДж низшей теплоты сгорания рабочей массы топлива :

3. Основные теплотехнические характеристики топлива

К техническим характеристикам топлива относятся теплофизические свойства, которые оказывают существенное влияние на процесс горения, эксплуатацию топок, камер сгорания и устройств для транспортировки, хранения и подготовки топлива к сжиганию: содержание горючих веществ, влаги, минеральных примесей, удельную теплоту сгорания, физико-механические характеристики (плотность, вязкость и др.). Для твёрдых топлив важное значение имеет также выход летучих веществ, свойства кокса и золы.

3.1. Влажность топлива

Влагу топлива подразделяют на внешнюю (свободную) и внутреннюю (связанную).

Внешняя влага, в свою очередь, делится на поверхностную и капиллярную.

К поверхностной, или механически удерживаемой, влаге относят ту часть воды, которая, попадая в топливо из подземных и грунтовых вод или атмосферных осадков, осаждается на поверхности частиц топлива. Очевидно, что количество поверхностной влаги зависит от удельной поверхности частиц топлива (чем меньше размер кусков, тем больше удельная поверхность) и свойств этой поверхности, в первую очередь её способности к смачиванию. Поэтому измельчение твёрдого топлива целесообразно лишь после транспортировки с места добычи к месту потребления. Количество поверхностной влаги обычно не превышает 3÷5 % массы топлива.

Капиллярная влага находится в капиллярах и порах частиц топлива. Её содержание зависит от водоносности месторождения и атмосферных условий в период транспортировки и хранения топлива. С повышением степени углефикации (содержания углерода в топливе) количество капиллярной влаги уменьшается.

Внешняя влага может быть удалена механическими средствами и тепловой сушкой.

К внутренней относят коллоидную и гидратную влагу.

Коллоидная влага является составной частью органической массы топлива. Её количество зависит от вида топлива и его химического возраста. По мере увеличения степени углефикации содержание коллоидной влаги уменьшается. (В торфе и бурых углях 10÷15 %, в молодых каменных углях 3÷6 %, в старых углях и антрацитах 0,5÷1 %.). Коллоидная влага удаляется в процессе сушки при температуре 102÷105 ˚С.

Гидратная, или кристаллизационная, влага химически связана с минеральными примесями топлива и образует соединения минеральных веществ с водой, например силикаты Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O, Fe₂O₃·2SiO₂·2H₂O, сульфаты CaSO₄·2H₂O, MgSO₄·2H₂O (так называемые кристаллогидраты) и другие. Содержание гидратной влаги в топливах обычно невелико. Она становится заметной лишь в многозольных топливах. При сушке топлива гидратная влага в отличие от коллоидной не испаряется. Она выделяется только при дегидратации в процессе термического разложения топлива при температуре 600 °С и выше.

Технической характеристикой, отражающей содержание в топливе влаги, является влажность W^r_t . Она определяется по изменению массы топлива в результате сушки при температуре 102÷105 °С в стандартных условиях и выражается в процентах от начальной навески топлива. Так как при сушке вода из гидратов топлива не выделяется, то влажность меньше действительного содержания влаги W на величину кристаллогидратной воды W_гидр. Однако это расхождение незначительно.

W^r_t = W - W_гидр