В. С. Степанов, Т. Б. Степанова, Н. В. Старикова

В.С.Степанов, Т.Б.Степанова, Н.В.Старикова

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Учебное пособие для  выполнения

практических и самостоятельных работ

для бакалавров по направлению подготовки

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

для дневной и заочной форм обучения

 

второе издание исправленное

 

Издательство

 Иркутского национального исследовательского технического университета

2019

УДК 621.31:620.09

 

 

Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом ИРНИТУ

 

    Рецензенты:

Зам. директора Института систем

энергетики имени Л.А.Мелентьева, д.т.н.                           С.М. Сендеров

 

Зав. кафедрой «Энергетика транспорта»

Иркутского государственного университета

путей сообщения д.т.н., профессор                                      В.Д. Бардушко

 

    Степанов В.С., Степанова Т.Б., Старикова Н.В. Общая энергетика: Учебное пособие для бакалавров по направлению подготовки 13.03.02  «Электроэнергетика и электротехника» для дневной и заочной форм обучения.– Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2019. – 132 с.

 

 

Пособие соответствует требованиям ФГОС (код ОКСО)

     Рассмотрены основные вопросы одного из важных разделов учебной программы дисциплины «Общая энергетика»– Энергетические ресурсы, в котором значительное место занимает тема Органические топлива, их виды, запасы, энергетические характеристики.

Помимо краткого теоретического курса по этим вопросам учебное пособие включает: описание и алгоритмы методик, необходимых для расчёта показателей при выполнении студентами практических и самостоятельных работ.

 

 

.

 

 

© ФГБОУ ВО «ИРНИТУ», 2019

 

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................5

Глава 1. ВИДЫ, СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВ. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ

 

1.1. Виды, характеристики и классификация топлив......................................6

1.2. Состав топлива..............................................................................................7

1.3. Горючая масса топлива................................................................................9

1.4. Минеральная масса топлива и зола..........................................................16

1.5. Влага топлива..............................................................................................18

Глава 2. ТВЕРДЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА

 

2.1. Происхождение и петрографическое строение твердых топлив....... 19

2.2 Характеристика ископаемых углей......................................................27

2.2.1 Классификация ископаемых углей...................................................27

2.2.2. Физические, механические и электрические свойства углей...... 28

2.3. Искусственное твердое топливо...........................................................32

2.3.1. Брикетирование твердых топлив................................................... 32

2.3.2. Термическая переработка твердых топлив..................................32

Глава 3. ЖИДКОЕ ТОПЛИВО

 

3.1. Нефть.......................................................................................................35

3.1.1. Происхождение нефти....................................................................35

3.1.2. Состав нефти................................................................................... 36

3.1.3. Переработка нефти........................................................................38

3.2. Жидкое дистиллированное топливо.....................................................40

3.3. Мазут.......................................................................................................43

 

Глава 4. ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО

 

4.1. Состав и свойства газообразного топлива............................................45

4.2. Природный газ........................................................................................52

4.3. Нефтепромысловые газы.......................................................................54

4.4. Сжиженные газы.....................................................................................54

4.5. Нефтезаводские газы..............................................................................55

4.6. Искусственные газы из твердого топлива............................................55

 

Глава 5. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА

 

5.1. Высшая и низшая теплота сгорания.....................................................57

5.2. Определение теплоты сгорания топлива.............................................. 59

5.2.1. Экспериментальный путь (калориметрическое определение

           теплоты сгорания топлива)......................................................... 59

5.2.2. Расчет теплоты сгорания топлива............................................. 64

5.3. Условные обозначения характеристик топлива по международным стандартам........................................................................................................ 70

5.4. Пересчет результатов анализа топлива............................................... 71

 

Глава 6. ХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ И ЭКСЕРГИЯ ТОПЛИВ

 

6.1. Понятие о химической энергии и эксергии веществ. Энергия и

эксергия химических элементов....................................................................75

6.2. Методика расчета химической энергии и эксергии топлив............... 80

 

Глава 7. РАСЧЕТЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА. Материалы для выполнения практических и самостоятельных работ

 

7.1. Определение расхода воздуха на сжигание топлива......................... 92

7.2. Определение состава и количества продуктов сгорания...................93

7.3. Понятие о теплоёмкости тела. Определение теплоемкости

продуктов сгорания........................................................................................ 94

7.4. Расчёт жаропроизводительности топлива........................................... 98

7.5. Задания для практических и самостоятельных работ..........................98

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................................ 100

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Термодинамические свойства компонентов

топлива и продуктов его сгорания ……………………………………….102

Приложение Б. Исходная информация для проведения

расчетов..………………………………………………………………...….113

Приложение В. Термодинамические характеристики технических топлив Российской Федерации. ………………………………………….124

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

    

Одним из важных разделов учебной программы дисциплины «Общая энергетика» является раздел Энергетические ресурсы, в котором значительное место занимает тема Органические топлива, их виды, запасы, энергетические характеристики.

Для правильного выбора вида топлива и эффективного его использования необходимо знать происхождение, состав, основные свойства, теплотехнические и прочие характеристики различных их видов, владеть инженерными методами расчета процессов горения и теплообмена, определения всех видов потерь тепла. Всё это поможет студентам правильно рассчитать все статьи энергетического (теплового) баланса топливо сжигающей установки и на основе его результатов определить её энергетическую эффективность (КПД).

Помимо стандартных методов расчёта КПД на основе низшей и высшей теплоты сгорания в учебном пособии даётся материал, позволяющий студентам познакомиться с современными, более совершенными характеристиками топлив – их химической энергией и эксергией. Приведены краткие сведения об этих понятиях и методах их определения для различных видов топлив. Использование химической энергии и эксергии топлив для расчёта подведенной к процессу энергии позволяет более правильно оценить их энергетический потенциал, а значит более правильно определить КПД установки.

Учебная программа дисциплины предусматривает выполнение студентами нескольких практических (расчётных) работ, позволяющих им освоить процедуры определения высшей и низшей теплоты сгорания твёрдых и газообразных топлив разными способами: на основе реакций окисления горючих компонентов, а также с использованием эмпирических формул. Кроме этого студентам предлагается определить расход воздуха, необходимого для сжигания топлива, объём и состав продуктов сгорания, их теплоёмкости, а также такую важную характеристику топлива – его жаропроизводительность.

Поэтому помимо краткого теоретического курса по этим вопросам учебное пособие включает: описание и алгоритмы методик, а также справочные данные, необходимые для выполнения студентами практических и самостоятельных работ.

 

Таблица 1.1

Состав топлив

 

Состав твердого и жидкого топлива выражают в процентах по массе, а газообразного – в процентах по объему. В твердом топливе различают органическую, горючую, сухую, рабочую и аналитическую массы.

Органическая масса состоит из углерода, водорода, кислорода серы, входящей в состав органических соединений, и азота:

 

.                                  (1.1)

    Горючая масса, близкая по составу к органической массе, отличается от последней наличием колчеданной, или пиритной, серы, входящей в состав сернистого колчедана (FeS₂) и других подобных сернистых соединений (сульфидов), окисляемых кислородом в процессе горения топлива определяется

 

.                                   (1.2)

 

    Сухая масса состоит из горючих компонентов и минеральных веществ, образующих при сгорании топлива золу (A):

 

.                        (1.3)

 

Рабочая масса состоит из сухой массы и влаги (W):

 

;              (1.4)

 

                                   (1.5)

 

    Аналитическая масса состоит из сухой массы и влаги, соответствующей подсушенному топливу, анализируемому в лаборатории:

 

.                  (1.6)

 

    Наглядное представление о компонентах органической, горючей, сухой, аналитической массы и рабочего топлива дает следующая схема.

 

Химический состав топлива

 

Индексы	С о с т а в
	C	H	O	N	S	A	W
о	Органическая масса
г	Горючая масса
с	Сухая масса
а	Аналитическая масса
р	Рабочее топливо

Горючая масса топлива

    Углерод. Этот элемент является важнейшим компонентом горючей массы топлива. Содержание углерода в горючей массе топлива превышает 50% и достигает 99%. В различных видах топлива оно колеблется в следующих пределах (округленно в % по массе):

 

Дрова ………………………. 50 Торф ……………............ 54-63 Сланцы ………………….. 60-70 Бурые угли ………………  60-80 Природный газ ……………... 75 Каменные угли ………….. 75-90 Бензин ……………………….. 85 Керосин ……………………... 86 Дизельное топливо …............ 87

Мазут малосернистый ………...… 87-88 Бензол ……………………..… 92 Антрацит ………………... 92-98 Шунгит ………………….. 97-99    Древесный уголь ……….. 89-95 Кокс ……………………........ 96 Полукокс …………….…. 95-98

 

Содержащийся в топливе углерод входит в состав сложных органических соединений, образующих горючую массу топлива.

Количество тепла, выделяющегося при сгорании углерода, содержащегося в различных видах топлива, неодинаково вследствие разных затрат энергии на разрыв связей между атомами в молекулах не однотипных органических соединений.

Д.И.Менделеев установил, что различие в количестве тепла, выделяемого при сгорании углерода, входящего в состав разных видов твердого и жидкого топлива, сравнительно невелико, и количество тепла, выделяемого при сгорании 1 кг углерода, может быть принято в среднем равным 33,9 МДж.

Водород. Он является вторым по значению компонентом топлива. Содержание водорода в горючей массе различных видов топлива колеблется в следующих пределах (округленно в % по массе):

 

 

Кокс ……………………….. 0,3-1 Антрацит …………………….1-3 Полукокс ……………...……. 2-3 Древесный уголь ………...… 2-4 Каменные угли …………….. 4-6 Бурые угли ……………….... 4-6 Торф ………………………….. 6 Дрова …………………............ 6

Сланцы ……………………...7-10 Бензол..……………………....... 8 Мазут …………………....... 11-12 Дизельное топливо …….......... 13 Керосин ……………………......14 Бензин …………………............15 Сжиженные газы ………..........18 Природный газ …………….....25

При сгорании килограмм-молекулы (кмоля) газообразного водорода, с образованием воды, выделяется 285,8 МДж тепла, т.е. 141,8 МДж на 1 кг газообразного водорода, или 12,75 МДж на 1 м³ водорода при нормальных условиях (температура 0ºС, давление 1 ата).

Следовательно, при сгорании 1 кг газообразного водорода выделяется в 4,2 раза больше тепла, чем при сгорании 1 кг углерода. Поэтому теплота сгорания топлива значительно возрастает с повышением содержания в нем водорода.

Водород, содержащийся в твердом и жидком топливе, выделяет при сгорании несколько меньше тепла, чем молекулярный газообразный водород. Содержащийся в топливе водород, подобно углероду, входит в состав различных органических соединений, теплота разложения которых неодинакова. Поэтому 1 кг водорода, содержащийся в различных видах твердого и жидкого топлива, выделяет при сгорании различное количество тепла.    Содержание водорода в горючей массе топлива повышает его реакционную способность и скорость горения. Повышение содержания водорода в горючей массе твердого топлива обусловливает увеличение выхода летучих веществ, выделяющихся при нагревании топлива без доступа воздуха.

Кислород. Третьим важным компонентом горючей массы топлива является кислород. В горючей массе различных видов топлива кислород содержится в следующих количествах (округленно в процентах по массе):

 

Природный газ …………………0              Нефтепромысловый (попутный газ) …………........... 0 Сжиженный газ ……………...... 0 Бензин ……………………...….. 0 Керосин ……………………...…0 Дизельное топливо ………...…. 0 Мазут …………………..…. 0-0,2

Кокс ………………………..... 1-3 Каменные угли …………..... 2-12 Бурые угли ………………... 19-27 Сланцы …………………..... 12-18 Торф ………………………...... 33 Дрова ………………………..... 42 Доменный газ …………. более 50

 

Высоким содержанием кислорода характеризуется горючая масса растительного топлива, а также молодых видов ископаемого топлива – торфа и бурых углей. Значительно меньше содержится кислорода в каменных углях, в антраците содержание кислорода снижается до 1-2%. Малое содержание кислорода характерно также для искусственных видов обуглероженного твердого топлива, получаемых из угля, торфа или древесины путем отгонки из них летучих веществ. Содержащийся в горючей массе кислород снижает ее теплоту сгорания. Это обусловлено двумя факторами.

Во-первых, наличие кислорода в горючей массе топлива соответственно уменьшает процентное содержание в ней углерода и водорода, обладающих высокой теплотой сгорания. Кислород же является как бы балластом, входящим непосредственно в состав органических соединений, образующих горючую массу топлива. Во-вторых, кислород, входящий в состав горючей массы, находится в химическом соединении с водородом и углеродом, например, в виде гидроксильных (OH) и карбоксильных (COOH) групп, т.е. водород и углерод находятся в частично окисленном состоянии, что существенно снижает количество тепла, выделяемого при их сгорании (доокислении).

Степень снижения теплоты сгорания горючей массы топлива, вследствие содержания в ней кислорода, зависит от состава кислородсодержащих соединений и от того, с каким элементом – водородом или углеродом – химически связан кислород. Однако различие в снижении теплоты сгорания топлива, вследствие соединения кислорода с водородом или углеродом, гораздо меньше различия в теплотах сгорания водорода и углерода.

При соединении кислорода с водородом выделяется тепла лишь на 1% больше, чем при соединении такого же количества кислорода с углеродом. Д.И.Менделеев установил, что содержание 1% кислорода в горючей массе топлива снижает ее теплоту сгорания вследствие частичного окисления углерода и водорода в среднем на 108,9 кДж/кг.

При сопоставлении двух указанных выше причин снижения теплоты сгорания топлива вследствие содержания в нем кислорода становится очевидным, что первая причина (снижение содержания углерода и водорода) имеет большее значение, чем вторая. В самом деле, уменьшение содержания водорода в горючей массе на 1% снижает низшую теплоту ее сгорания на 1030 кДж/кг, уменьшение содержания углерода на 1% - соответственно на 339 кДж/кг, а дополнительное снижение теплоты сгорания вследствие частичного (1%) окисления углерода и водорода горючей массы составляет 108,9 кДж/кг.

Теплота сгорания 1 кг горючей массы древесины вследствие высокого содержания кислорода (около 44%) примерно в 2 раза ниже теплоты сгорания горючей массы антрацита или кокса и в 2,5-3 раза ниже теплоты сгорания углеводородного топлива. Топливо с высоким содержанием кислорода в горючей массе – древесина, торф, молодые бурые угли – обладают высокой гигроскопичностью и содержит много влаги. У этих видов топлива теплота сгорания влажной рабочей массы значительно ниже теплоты сгорания горючей массы.

Наличие кислорода в горючей массе твердого топлива сравнительно мало сказывается на ее жаропроизводительности, однако высокая влажность топлива с большим содержанием кислорода обусловливает увеличение объема продуктов сгорания вследствие испарения влаги и тем самым снижает температуру, при которой сжигается топливо.

Твердое топливо с большим содержанием кислорода в горючей массе характеризуется высоким выходом летучих веществ, легко зажигается и обладает высокой реакционной способностью. В легком дистиллированном жидком топливе практически не содержится кислорода. В сырой нефти и мазуте, хотя и в незначительном количестве, содержится кислород, входящий в состав смол и нафтеновых кислот. В природных и нефтезаводских газах содержится весьма мало кислорода (входящего в состав окислов углерода). В коксовых, генераторных и доменных газах содержится значительное количество связанного кислорода (в виде CO и CO₂), а содержание свободного молекулярного кислорода обычно не превышает 1%.

Содержание кислорода в газе (в процентах по объему) определяется путем его поглощения пирогаллолом, а в горючей массе твердого топлива (в процентах по массе) – по разности после определения остальных компонентов горючей массы топлива:

 

.                                 (1.7)

 

Азот. Содержание азота в горючей массе твердого топлива колеблется от 0,6 (дрова) до 2% у некоторых видов углей и торфа.

В процессе горения азот топлива переходит в дымовые газы в виде молекулярного азота N₂. Таким образом, азот, входящий в состав сложных органических соединений горючей массы топлива, не окисляется в процессе горения, и содержание азота как балласта в топливе понижает его теплоту сгорания из-за уменьшения содержания горючих компонентов – углерода и водорода.

При коксовании каменных углей в атмосфере, не имеющей свободного кислорода, азот, содержащийся в топливе, в значительной степени выделяется в виде аммиака NH₃. В нефти содержание азота обычно колеблется от 0,03 до 0,3%.

В газообразном топливе основным видом балласта является азот – от долей процента в некоторых природных и нефтепромысловых газах до 60% в доменных газах и 75% в ваграночных газах. Газы с высоким содержанием азота характеризуются низкой теплотой сгорания и пониженной жаропроизводительностью.

Содержание азота в твердом и жидком топливе определяют по методу Кьелдаля, основанному на способности кипящей серной кислоты окислять органические соединения до CO₂ и H₂O, а содержащийся в них азот превращать в NH₃. Образующийся аммиак улавливают серной кислотой и по количеству NH₃ определяют содержание азота в топливе.

В газообразном топливе азот фиксируют как остаточный член после определения содержания в газе других компонентов

 

N₂ = 100 - (CO₂ + O₂ + CO + H₂ + CH₄ + ит.д.) %.             (1.8)

 

Сера. В твердом топливе содержатся три вида серы: органическая, колчеданная (пиритная) и сульфатная.

Органическая сера  входит в состав сложных органических соединений, образующих топливо. При сжигании топлива органическая сера сгорает с образованием сернистого газа с выделением 292,25 кДж на 1 кг-атом серы (S + O₂ = SO₂ + 292,5 кДж), или около 9,13 кДж на 1 кг серы.

Колчеданная, или пиритная, сера  входит в состав железного колчедана FeS₂ и других сернистых соединений. При сжигании топлива колчедан сгорает с образованием сернистого газа и окислов железа.

 

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

 

При подсчетах теплоты сгорания твердого и жидкого топлива можно принять, что на 1 кг горючей серы выделяется в среднем около 10,9 МДж, или 109 кДж на 1% горючей серы, содержащейся в 1 кг топлива. Таким образом, содержание серы несколько снижает теплоту сгорания топлива, особенно высококалорийного.

Данные о содержании горючей серы (органической и колчеданной) в различных видах топлива приведены в табл. 1.2.

 

Таблица 1.2

Содержание серы в горючей массе топлива и приведенная сернистость рабочего топлива

 

Топливо	Содер-жание серы в горю-чей массе, %	Приведенная сер-нистость рабочего топлива,% по массе	Топливо	Содер-жание серы в горю-чей массе, %	Приведенная сер-нистость рабочего топлива,% по массе
1	2	3	4	5	6
Дрова …………...	0,0	0,0	Кокс донецкий ….	1,8	0,072
Природный газ …	0,0	0,0	Антрацит донецкий	2,0	0,072
Бензин …………	0,15	0,004	Полуантрацит до-
Керосин трактор-ный ……………...	1,0	0,024	нецкий …………. Высокосернистый	2,5	0,084
Дизельное топливо ……………….	1,0	0,024	мазут ……………. Каменный уголь	3,5	0,084
Торф ……………. Малосернистый мазут ……………	0,3   0,5	0,012   0,012	донецкий ………..   Сланцы эстонские	3-5   4,0	0,096-0,191 0,143

Окончание табл. 1.2

 

1	2	3	4	5	6
Кокс кузнецкий... Бурый уголь кан- ско-ачинский ….. Каменный уголь экибастузский…. Каменный уголь карагандинский	0,5   1,0   1,2 1,0	0,017   0,036   0,048 0,048	Промежуточный продукт обогащения донецких углей ….. Каменный уголь кизеловский ………  Бурый уголь под- московный ……….	8,0   7,0   6,0	0,239   0,239   0,287
Бурый уголь челябинский ……..	2,0	0,072	Сланцы волжские Сернистый мазут	10-13 2,0	0,597 0,048

 

Здесь же дано процентное содержание горючей серы в топливе, пересчитанное на 1000 кДж низшей теплоты сгорания для случая, когда  дается в кДж, т.е. показана приведенная сернистость топлива

 

.                                                        (1.9)

 

Сера резко понижает народнохозяйственную ценность топлива, особенно технологического. Содержащаяся в коксе сера частично переходит в выплавляемый металл, который становится ломким при высокой температуре. Во избежание этого серу кокса химически связывают известью и переводят в шлаки. Увеличение содержания серы в коксе на 1% обусловливает повышение расхода флюсов и топлива примерно на 15%. При этом значительно снижается производительность доменных печей.

Помимо органической и колчеданной серы в топливе содержится небольшое количество полностью окисленной сульфатной серы, входящей в состав CaSO₄, FeSO₄ и других сернокислых солей. При сжигании топлива сульфатная сера переходит в золу и вследствие этого ее наличие мало сказывается на свойствах топлива.

В жидком топливе сера содержится преимущественно в виде органических соединений. Производство моторного топлива и смазочных масел из высокосернистой нефти крайне осложняется необходимостью их очистки от сернистых соединений.

В газообразном топливе сера содержится в виде сероводорода и частично в виде сероуглерода CS₂ и других органических соединений.

При высоком содержании горючей серы в котельном топливе дымовые газы сильно загрязнены сернистым ангидридом SO₂, губительно действующим на металлические поверхности и растительность. При сжигании топлива с избытком воздуха происходит частичное окисление сернистого ангидрида SO₂ доSO₃ с образованием серной кислоты SO₃ +H₂O = H₂SO₄, сильно корродирует металл, особенно при температуре, близкой к точке росы паров серной кислоты. Температура конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания топлива, зависит от парциального давления H₂O. При парциальном давлении H₂O порядка 0,1 ата (например, при сжигании мазута с небольшим избытком воздуха) точка росы около 45ºС.

Однако при сжигании сернистого топлива приходится считаться с точкой росы, обусловленной конденсацией не водяного пара, а паров серной кислоты. При температуре, близкой к температуре точки росы, наблюдается сильная коррозия поверхностей нагрева котлов. Во избежание этого дымовые газы отводятся из котлоагрегатов при более высокой температуре, что снижает КПД котельной установки. Для предотвращения коррозии стремятся сжигать сернистое топливо с минимальным избытком воздуха (примерно 2-3%) и тем самым не допускать окисления SO₂ в SO₃.

Для уменьшения загрязнения воздушного бассейна городов окислами серы создают установки для очистки дымовых газов и сооружают дорогостоящие высокие дымовые трубы.

Выход летучих веществ и кокса. При нагревании твердого топлива без доступа воздуха горючая масса разрушается, и из нее выделяются летучие вещества V, состоящие в основном из молекулярного водорода, окислов углерода, метана и других углеводородов. Выход и состав летучих веществ зависят от состава горючей массы топлива, температуры и длительности нагрева топлива. При лабораторном определении выхода летучих веществ для получения сопоставимых результатов анализ осуществляют по единой методике в соответствии с государственным стандартом. После выделения летучих веществ из горючей массы остается кокс() с высоким содержанием углерода – 95-98%. Выход летучих веществ и беззольного кокса для большинства видов твердого топлива определяют в процентах по массе

 

                                                  (1.10)

 

Выход летучих веществ из горючей массы твердого топлива колеблется в широких пределах. Он тем выше, чем больше содержание в горючей массе кислорода и водорода. Для наиболее распространенных твердых топлив выход летучих веществ составляет (в % от горючей массы):

 

Дрова ………………….85

Сланцы ………………..80

Торф …………………..70

Бурые угли ………….40-60

Каменные угли ……...10-40

 

Топливо с высоким выходом летучих веществ (дрова, торф, бурые угли, длиннопламенные и газовые каменные угли, сланцы) легко зажигается и горит с образованием пламени в объеме печи или топки.

Д.И.Менделеев отмечал, что топливо с весьма малым выходом летучих, в частности кокс, «горит без пламени и дает жар, концентрирующийся там, где идет горение (а не в пламени, т.е. вдали от места самого топлива)».

Выход летучих веществ и кокса в сочетании с характеристиками кокса (порошкообразный, слипшийся, спекшийся и т.д.) является важнейшим классификационным признаком каменных углей, определяющим целесообразность их использования для производства металлургического кокса.

 

Таблица 1.3

 

Примерное содержание золы в сухом топливе и приведенная зольность топлива (в % по массе)

 

Топливо	Общая золь-ность	Приведенная золь-ность	Топливо	Общая золь-ность	Приведенная золь-ность
1	2	3	4	5	6
Бензин …………..	0	0	Каменный уголь
Керосин трактор-			карагандинский ….	25	1,194
ный ………………	0,005	0,0001	Бурый уголь челя-
Дизельное топли-			бинский ………….	28	1,433
во…………...........	0,02	0,0004	Каменный уголь
Мазут ……………	0,3	0,007	кизеловский ……..	30	1,433
Дрова …………….	1	0,048	Каменный уголь
Торф …………….	10	0,478	экибастузский …...	40	2,15
Каменный уголь			Бурый уголь под-
кузнецкий.…….	15	0,597	московный ………	35	2,15
Каменный уголь			Сланцы эстонские	40	3,582
донецкий ………..	18	0,714	Сланцы волжские	60	9,553
Бурый уголь кан-
ско-ачинский…….	15	0,714

 

Вследствие повышения зольности топлива возрастают расходы на его транспорт. Поэтому высокозольное топливо (сланцы, подмосковные угли) нецелесообразно перевозить на дальние расстояния. Особенно нежелательно повышение зольности технологического топлива, особенно металлургического кокса. Зольность технологического топлива отрицательно сказывается на производительности печей, газогенераторов и осложняет их эксплуатацию.

Топливо с большим содержанием золы, применяемое как энергетическое, по сравнению с малозольным также несколько осложняет работу паровых котлов. Для эффективного сжигания топлив с высокой зольностью разработаны специальные типы котлов и методы сжигания.

 

Влага топлива

Содержание влаги в топливе колеблется от долей процента в жидком топливе до 50-60% в сырых дровах и свежедобытом торфе. Для характеристики топлива важное значение имеет приведенная влажность , т.е. влажность, отнесенная к единице низшей теплоты сгорания. Для случая, когда  дается в кДж, приведенная влажность рассчитывается по следующему выражению

 

.                                            (1.12)

 

В табл. 1.4 приведены примерные данные об общей и приведенной влажности различных видов топлива.

Определение содержания влаги в твердом топливе производят путем высушивания измельченной навески (1-2 г) при температуре 105-110ºС в сушильном шкафу до постоянного веса. При этой температуре каменные угли выдерживают 1 час, бурые угли – 1,5 часа и антрациты – 2 часа. Затем бюксы с испытуемым топливом вынимают из сушильного шкафа, охлаждают в эксикаторах и взвешивают.

 

Таблица 1.4

Примерное содержание влаги в различных видах топлива и приведенная влажность топлива (в % по массе)

 

	Топливо	Общая влаж-ность	Приве-деннаявлаж-ность	Топливо	Общая влаж-ность	Приве-деннаявлаж-ность
	1	2	3	4	5	6
	Мазут …………	1-5	0,024-0,119	Сланцы эстонские	15	1,433
	Кокс …………..	3-8	0,119-0,239	Бурый уголь канско-ачинский …………..	32	2,15
	Антрацит ……….	4-7	0,119-0,239	Бурый уголь подмос-ковный ……………..	33	3,105
	Полуантрацит.....	5-7	0,167-0,239	Дрова ……………….	30-40	2,388-3,582
Каменный уголь тощий ……………		5-7	0,191-0,239	Сланцы волжские ….	20	3,582
Каменный уголь коксовый …………		5-10	0,191-0,358	Торф кусковой ……..	40	3,582
Каменный уголь длиннопламенный..		10-15	0,358-0,478	Торф фрезерный …...	50	5,971
Бурый уголь челябинский ………		17	1,194	Бурый уголь алексан-дрийский …………..	53	7,643

 

Высушивание повторяют в течение 0,5 час, до тех пор, пока убыль веса между двумя определениями будет менее 0,01 г. Иногда в последнем взвешивании отмечается некоторое увеличение веса испытуемого топлива, что объясняется частичным окислением топлива. В этом случае для расчета влажности принимается предпоследний, т.е. минимальный вес.

 

 

Таблица 2.1

Таблица 2.2

 

Классификация углей

 

Вид угля	Средний показатель отражения витринита , %	Теплота сгорания на влажное беззольное состояние , МДж/кг	Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние , %
Бурый	< 0,60	< 24 (5700 ккал/кг)	-
Каменный	0,40 - 2,39	24 и более	8 и более
Антрацит	2,40 и более	-	< 8

 

Численные значения и y для углей одной и той же марки, но различных бассейнов или месторождений неодинаковы. В ряде случаев угли марок Г, ГЖ, Ж, КЖ, К, ОС разделяются для одного и того же бассейна или месторождения на группы по нижнему значению y, мм.

В тех случаях, когда толщина пластического слоя не может быть измерена, угли при высоком выходе летучих веществ (обычно более 37 %) относятся к длиннопламенным (Д), при низком выходе летучих веществ (обычно менее 17 %) – к тощим (Т).

Бурые, каменные угли и антрациты обозначаются в соответствии с ГОСТ 25543-88 семизначным кодовым числом, в котором первые две цифры указывают класс и характеризуют среднее значение показателя отражения витринита. Третья цифра характеризует среднее значение суммы фюзенизированных компонентов, четвертая и пятая цифры характеризуют: для бурых углей – среднюю максимальную влагоемкость на беззольное состояние, для каменных углей – среднее значение выхода летучих на сухое беззольное состояние. Шестая и седьмая цифры характеризуют: для каменных углей – среднюю толщину пластического слоя, для бурых углей – значения выхода смолы полукоксования. По размеру кусков угли делятся на классы (табл. 2.3).