Состав твердого топлива

        Здравствуйте, друзья! Твердые топлива представляют собой сложные соединения горючих элементов.  Любое топливо состоит из горючей и негорючей части. Твердое топливо (каменный уголь, бурый уголь, дрова, сланцы и т.д.) состоит из углерода, водорода, кислорода , азота, серы, минеральных примесей (золы) и влаги. Горючими элементами в твердом топливе являются углерод, водород и сера.

       Углерод – это основной горючий элемент в топливе, на его долю приходится 55-95 % горючей массы топлива. Содержание его возрастает с увеличением степени разложения органических составляющих топлива.

      Водород – это второй по значению горючий элемент. С увеличением степени разложения твердого топлива содержание водорода в нем уменьшается. Наибольшее количество водорода содержит газообразное топливо (до 25 %), которое состоит из метана и других углеводородов. В твердом топливе водорода содержится до 10 %.

      Следующий элемент, сера – она входит в состав различных горючих и негорючих веществ и является вредным компонентом топлива, так как продукты ее сгорания вызывают коррозию металлических поверхностей оборудования. Также продукты сгорания серы загрязняют окружающую среду. Об этом я писал в этой статье. Горючая часть серы входит в состав органических соединений и называется органической серой Sор, а также в состав колчедана (колчеданная сера Sк). Негорючая часть серы входит в состав сульфатов (CaSO4, MgSO4, FeSO4) и называется сульфатной серой Sст. При сгорании сульфаты частью разлагаются, однако большая часть их переходит в золу.

      Кислород и азот в горении не участвуют и являются так называемым балластом топлива. Кислород связывает часть водорода, в связи с чем уменьшается теплота сгорания топлива. Азот же при горении топлива выделяется в газообразном состоянии.

      В теории горения различают горючую и рабочую массы топлива. В горючую массу входят такие химические элементы, как углерод C, водород H, азот N, кислород O, горючую часть серы S.

Состав горючей массы в процентном отношении выражается уравнением :

где

      Расчет процесса горения топлива осуществляется по отношению к рабочей массе топлива, которая характеризует состав топлива, поступающего в топочную камеру. Рабочая масса топлива состоит из элементов , входящих в горючую массу, и плюс к ним добавляется зольность А^р, и влажность W^р.

Соответственно, состав рабочей массы:

Пересчет горючей массы топлива на рабочую производится с помощью соотношений

      Состав топлива можно также задать в расчете на сухую массу. Сухая масса включает в себя все составляющие топлива, кроме влаги. Обозначается сухая масса индексом «с», например, C^с, H^с и так далее.

      Минеральная (зольная) часть топлива является его балластом. Эта часть топлива снижает его теплоту сгорания, требует дополнительных расходов на перевозку и размол, приводит к эрозии поверхностей нагрева котлов, шлакованию и недожогу. Минеральные негорючие примеси попадают в топливо в процессе его образования, а также при добыче. Зольность топлива колеблется в широких пределах, например в сланцах она достигает 60 процентов. А максимальная зольность каменных углей в расчете на рабочую массу составляет 20 процентов. Состав минеральных примесей состоит из таких компонентов, как: силикаты, глинозем, известь, окислы различных металлов, сульфаты и карбонаты.

      Влага также относится к балласту топлива. Для её испарения требуется затратить часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива. Соответственно, увеличение влажности приводит к снижению теплоты сгорания топлива. Большая влажность топлива, впрочем как и зольность, вызывает лишние расходы на перевозку, поэтому такое топливо стараются использовать вблизи места разработки и называют еще местным видом топлива (торф, сланцы). Содержание влаги в топливе может достигать 30-40 процентов, например у торфа. Содержание влаги в основном зависит от возраста топлива, условий его залегания, добычи и хранения. Исп. литература: 1) Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства, Москва, «Энергия», 1976; 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.