Характеристики отдельных видов топлива

Твердое топливо

Ископаемые твердые топлива подразделяются на торф, бурые, каменные угли и антрацит.

Торф – наиболее геологически молодое твердое топливо, характеризуется невысокой степенью разложения органических остатков вымершей растительности и относительно низкой теплотой сгорания, повышенным содержанием летучих, водорода, кислорода, и азота. Торфу свойственна очень высокая гигроскопичность и влажость.

Бурый уголь (Б) – содержит много влаги, легко соединяется с кислородом воздуха и при длительном хранении на воздухе сильно выветривается и рассыпается в порошок. Обладает большей склонностью к самовозгоранию. Отличается повышенным содержанием балласта и необычно высокой гигроскопичностью.

Каменный уголь – характеризуется высоким содержанием углерода, высокой плотностью, значительной величиной теплоты сгорания. С увеличением содержания углерода доля кислорода, водорода и летучих уменьшается.

По выходу летучих с учетом способности спекания твердого остатка принята следующая класификация каменных углей:

· Длиннопламенные Д

· Газовые Г

· Газовые жирные ГЖ

· Жирные Ж

· Коксовые жирные КЖ

· Коксовые К

· Обогащенные спекающиеся ОС

· Слабоспекающиеся СС

· Тощие Т.

Каменный уголь часто перерабатывают на кокс.

Полуантрациты (ПА) и антрациты (А) характеризуются низким выходом летучих, высокой теплотой сгорания и наиболее высоким содержанием углерода при малом содержании водорода, азота, кислорода и серы. Антрациты трудно загораются, горят коротким пламенем, хорошо выдерживают перевозки.

У полуантрацитов выход летучих больше, теплота сгорания выше, чем у антрацитов. Полуантрациты и антрациты являются высокосортным топливом.

По размерам получаемых при добыче кусков различают классы угля:

· Плита П

· Крупный К -50-100 мм;

· Орех О

· Мелкий М

· Семечко С – 6-13 мм;

· Штыб Ш – куски угля меньше 6 мм;

· Рядовой Р – размеры кусков не ограничены и могут колебаться от 0 до 200 мм.

 

Жидкое топливо

В качестве жидкого топлива чаще всего используют мазут – тяжелый остаток перегонки нефти, получающийся после отгона из нее легких фракций (бензина, керосина, легроина).

Мазут - безводное и малозольное топливо. Характеризуется высокой теплотой сгорания. Классифицируется по содержанию серы и по вязкости.

По количеству серы мазут разделяют на:

· Малосернистый (S<0,5%);

· Сернистый (S = 0,5…2%);

· Высокосернистый (S>2%).

В настоящее время применяют в качестве резервного топлива.

 

Газообразное топливо

В качестве газообразного топлива используют:

· Газ из чисто газовых месторождений;

· Газ из конденсатных месторождений.

Природный газ в местах добычи очищается от песка и примесей, осушается и по трубопроводам направляется к потребителям. Природный газ – сухое, практически беззольное топливо с высокой теплотой сгорания. Основной состав: метан(85-95%), тяжелые углеводороды (2-6%), диоксид углерода (0,1-1%), азот (1-5%).

 

Теория горения топлива

Общие сведения

Горение – процесс быстрого и полного окисления горючего вещества, происходящий при высокой температуре и сопровождающийся выделением тепла.

В горении участвуют окисляемое (горящее) вещество, называемое топливом, и окислитель – вещество, содержащее кислород, способный достаточно быстро вступать в реакцию с топливом.

В топках котельных используют только самый распространенный в природе окислитель - атмосферный воздух.

Процессу горения твердого топлива сопутствуют следующие стадии:

• Подогрев;
• Испарение влаги;
• Возгонка летучих;
• Образование кокса;
• Горение летучих;
• Горение кокса.

При сжигании жидкого топлива стадии образования кокса и шлака отсутствуют.

При сжигании газа есть только 2 стадии: подогрев и горение.

Воспламенение топлива происходит лишь тогда, когда его температура достигает определенной величины (температуры воспламенения).

Температуры воспламенения топлив:

· Торф - 250ºС;

· Дрова - 300 ºС;

· Каменный уголь - 350 ºС;

· Бурый уголь - 400 ºС;

· Антрацит - 500 ºС;

· Жидкое топливо – 500…600 ºС;

· Газ - 600 ºС.

 

Процессы горения в топке котельного агрегата подразделяются на:

· Гомогенный – процесс горения, который происходит в однородной по агрегатному состоянию массе (т.е. горение смеси газообразного топлива с воздухом, смеси паров жидкого топлива с воздухом);

· Гетерогенный – процесс горения, при котором горючее вещество и окислитель находятся в разных агрегатных состояниях (горение твердого топлива).

Характер горения топлива определяется рядом факторов: видом сжигаемого топлива, способом сжигания. Жидкое и газообразное топливо сжигаются только в факеле, причем жидкое топливо предварительно распыливается на мелкие капли. Твердое топливо может сжигаться в кусковом виде в слое, либо в размолотом пылевидном состоянии в факеле.

Горение твердого топлива принято разделять на III стадии:

I стадия: нагревание и коксование. В результате топливо разделяется на летучую часть и коксовый остаток;

II стадия: воспламенение летучих и их сгорание;

III стадия: горение кокса.

 

Горение жидкого топлива:

I стадия: нагревание до температуры кипения и испарение;

II стадия: горение паров топлива.

 

Основной составляющей твердого топлива является углерод. Процесс горения твердых топлив в зависимости от способа сжигания находится в диффузионной, или промежуточной области (между кинетической и диффузионной).

 

Существуют 2 вида горения:

• Кинетическое – осуществляется при идеальном перемешивании топлива и окислителя. Скорость реакции определяет скорость горения топлива;
• Диффузионное – скорость горения лимитируется скоростью диффузии окислителя к поверхности топлива.

Схемы горения топлива представлены на рисунке. Схема горения жидкого топлива представлена на рисунке Б. Вследствие того, что температура кипения жидкого топлива ниже температуры воспламенения, его капли сначала начинают испаряться, а затем возникает процесс горения. Воздух за счет диффузии через образующиеся продукты сгорания проникает к поверхности горения. От величины поверхности горения зависит скорость горения, а величина поверхности горения зависит от степени распыления жидкого топлива: чем мельче распыление, тем больше скорость и полнота сгорания.

 

Реакция горения

Отличительной особенностью процесса горения является то, что он протекает бурно, с выделением большого количества тепла и повышением температуры образующихся продуктов реакции. Такие процессы принято называть эндотермическими, в отличие от процессов, протекающих с поглощением тепла, - экзотермических.

Широко распространенными в природе горючими элементами являются С, Н, и S. Атомные массы различных элементов топлива приведены в таблице.

Элемент	Обозначение	Атомная масса	Элемент	Обозначение	Атомная масса
Углерод	С		Кислород	О
Водород	Н		Азот	N
Сера	S

 

Реакции горения углерода, водорода и серы записываются в виде следующих уравнений:

Горение углерода
С	+ О2	= СО2
1 моль (молекула)	+ 1 моль	= 1 моль
1 объемная часть	+ 1 объемная часть	= 1 объемная часть (полное сгорание)
12 массовых частей	+ 32 массовые части	= 44 массовые части
Горение окиси углерода
2СО	+ О2	= 2 СО2
2 моля	+ 1 моль	= 2 моля
2 объемные части	+ 1 объемная часть	= 2 объемные части (полное сгорание)
56 массовых частей	+ 32 массовые части	= 88 массовых частей
Горение серы
S	+ О2	= SО2
1 моль (молекула)	+ 1 моль	= 1 моль
1 объемная часть	+ 1 объемная часть	= 1 объемная часть
32 массовые части	+ 32 массовые части	= 64 массовые части
Горение водорода
2Н2	+ О2	= 2Н2О
2 моля	+ 1 моль	= 2 моля
2 объемные части	+ 1 объемная часть	= 2 объемные части
4 массовые части	+ 32 массовые части	= 36 массовых частей