Закрыть

Добро пожаловать!

Введите, пожалуйста, Ваши логин и пароль

Авторизация
Скачать .xls
Откуда Вы узнали про нашу компанию?
 
Печать

Паливо та його характеристики

  1. ЧАСТИНА 3. ПАЛИВО І ЙОГО СПАЛЮВАННЯ Тема 13. ПАЛИВО І ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ
  2. 13.2.Состав твердого, рідкого і газоподібного палива
  3. 13.3.Висшая і нижча теплота згоряння палива
  4. 13.4.Условное паливо
  5. 13.5.Температура горіння палива
  6. 13.6.Теплотехніческая оцінка палива
  7. 13.6.1.Мінеральніе домішки паливо
  8. 13.6.2.Балласт палива
  9. 13.6.3.Зола палива
  10. 13.6.4.Влага палива
  11. 13.6.5.Виход летючих і властивості коксу
  12. 13.7.Коеффіціент використання тепла палива

ЧАСТИНА 3. ПАЛИВО І ЙОГО СПАЛЮВАННЯ

Тема 13. ПАЛИВО І ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ


13.1.Віди палива і їх особливості

Енергетичним паливом називаються горючі речовини, які економічно доцільно використовувати для отримання в промислових цілях великих кількостей тепла. Основними його видами є органічні палива: торф, горючі сланці, вугілля, природний газ, продукти переробки нафти.

За способом отримання розрізняють природні і штучні палива. До природних відносяться натуральні палива: вугілля, сланці, торф, нафта, природні гази. З твердих палив до штучних відносяться кокс, брикети вугілля, деревне вугілля. З рідких - мазут, бензин, гас, солярове масло, дизельне паливо. З газових - гази доменний, генераторний, коксовий, підземної газифікації.

Торф, буре вугілля, кам'яне вугілля і антрациту утворилися в процесі послідовної углефикации відмерлої рослинної маси.

Основна вироблення електричної і теплової енергії проводиться на твердому паливі.

Характеристики та склад твердого палива, в тому числі вихід летючих, спекаемость коксу, роблять сильний вплив на процес горіння вугілля. Зі збільшенням виходу летких і змісту в них більш реакційно-здатних газів займання палива стає легше, а кокс завдяки більшій пористості виходить більш реакційно-здатним.

За цим властивостям кам'яного вугілля проводять їх класифікацію. Викопні вугілля поділяються на три основних типи: буре вугілля і антрацит.

Буре вугілля. До бурим вугіллям марки Б відносять вугілля з неспекающегося коксом і високим вмістом летких, зазвичай більше 40%, і з вищої теплотою згоряння [1] робочої маси без зольного вугілля, меншою 5700 ккал / кг (23883 Дж / кг).

Буре вугілля характеризуються високою гигроскопической і в більшості випадків високою загальною вологістю, зниженим вмістом вуглецю і підвищеним вмістом кисню в порівнянні з кам'яними вугіллям. Внаслідок сильної баластування золою (Ар = 15-25%) [2] і вологою (Wp = 20-35%) нижча теплота згоряння [3] бурого вугілля знижена Буре вугілля характеризуються високою гигроскопической і в більшості випадків високою загальною вологістю, зниженим вмістом вуглецю і підвищеним вмістом кисню в порівнянні з кам'яними вугіллям МДж / кг (2500-3600 ккал / кг).

Кам'яне вугілля. До кам'яним вугіллям відносять вугілля з вищої теплотою згоряння робочої маси без зольного вугілля більшою 5700 ккал / кг (23883 Дж / кг) і з вмістом летких понад 9%. Основна маса їх спікається. Частина їх з вмістом летких речовин великим 42-45% (довгополум'яне) і меншим 17% (худі) - не спікається.

Кам'яне вугілля мають відносно меншим баластом: Ар = 5-15%, Wp = 5-10% і більш високою теплотою згоряння Кам'яне вугілля мають відносно меншим баластом: Ар = 5-15%, Wp = 5-10% і більш високою теплотою згоряння   МДж / кг (5500-6500 ккал / кг) МДж / кг (5500-6500 ккал / кг).

Торф є хімічно і геологічно найбільш молодим копалиною твердим паливом і володіє високим виходом летючих (Vг = 70%), високою вологістю (Wр = 40-50%), помірної зольністю (Ар = 5-10%), низькою теплотою згоряння Торф є хімічно і геологічно найбільш молодим копалиною твердим паливом і володіє високим виходом летючих (Vг = 70%), високою вологістю (Wр = 40-50%), помірної зольністю (Ар = 5-10%), низькою теплотою згоряння   МДж / кг (2000-2500 ккал / кг) МДж / кг (2000-2500 ккал / кг).

Сланці. В Естонії велике значення мають горючі сланці, що видобуваються відкритим способом. Зольність сланців дуже велика і доходить до Ар = 50-60%, вологість також підвищена Wр = l5-20%. Внаслідок великого баласту їх теплота згоряння низька Сланці МДж / кг (1400-2400 ккал / кг) при високій теплоті згоряння горючої маси МДж / кг (6500-8000 ккал / кг). Високий вміст водню в горючій масі Hг = 7,5-9,5% обумовлює великий вихід летючих у сланців, що досягає 80-90%, і їх легку займистість.

Паливо з високою зольністю і вологістю внаслідок великого вмісту зовнішнього баласту доцільно використовувати поблизу місця його видобутку для зменшення непродуктивних транспортних витрат на перевезення великої маси золи і вологи. У цьому сенсі такі палива прийнято називати місцевими. До них, зокрема, відносяться деякі буре вугілля, як, наприклад, підмосковні, башкирські, українські, торф і сланці.

Мазут. З рідких палив в енергетиці використовується мазут трьох марок - 40, 100 і 200. Марка визначається граничною в'язкістю, що становить при 80 ° С для мазуту 40 - 8,0; для мазуту 100 - 15,6; для мазуту 200 - 6,5-9,5 град. ум. в'язкості (° УВ) при 100 ° С.

У мазуті міститься вуглецю 84-86% і водню - 11-12%, вміст вологи не перевищує 3-4%, а золи - 0,5%. Мазут має високу теплоту згоряння У мазуті міститься вуглецю 84-86% і водню - 11-12%, вміст вологи не перевищує 3-4%, а золи - 0,5% МДж / кг (9400-9600 ккал / кг).

За змістом сірки розрізняють малосірчистих мазут Sр≤0,5%, сірчистий - S р до 2% і високосірчистий S р до 3,5%; по в'язкості - малов'язкі і високов'язкий, що містить смолисті речовини і парафін. Найбільш в'язкі сорти мазуту мають температуру застигання 25-35 0С. У зв'язку з цим при спалюванні застосовується попередній нагрів вузьких мазутів до температури 80-120 °.

Природний газ. Велике значення в паливному балансі України мають природні гази, що представляють собою суміш вуглеводнів, сірководню і інертних газів: азоту і вуглекислоти. Основний горючої складової природних газів є метан (від 80 до 98%), що обумовлює їх високу теплоту згоряння. У них інертних газів міститься небагато: 0,1-0,3% С02 і 1-14% N2.

Теплота згоряння сухого природного газу Теплота згоряння сухого природного газу   МДж / м3 (8000-8500 ккал / м3) МДж / м3 (8000-8500 ккал / м3).

Доменний газ утворюється при виплавці чавуну в доменних печах. Його вихід і хімічний склад залежать від властивостей шихти і палива, режиму роботи печі, способів інтенсифікації процесу та інших факторів. Вихід газу коливається в межах 1500-2500 м3 на тонну чавуну. Частка негорючих компонентів (N2 і CO2) в доменному газі становить близько 70%, що й обумовлює його низькі теплотехнічні показники (нижча теплота згоряння газу дорівнює 3-5 МДж / м3).

При спалюванні доменного газу максимальна температура продуктів згоряння (без урахування теплових втрат і витрат теплоти на дисоціацію CO2 і H2O) дорівнює 1400-1500 0C. Якщо перед спалюванням газу його і повітря підігріти, то температуру продуктів згоряння можна значно підвищити.

Феросплавний газ утворюється при виплавці феросплавів в рудовідновних печах. Газ, який відходить з закритих печей, можна використовувати в якості паливних ВЕР (вторинні енергетичні ресурси). У відкритих печах в зв'язку з вільним доступом повітря газ згорає на колошнике.

Вихід і склад феросплавного газу залежить від марки виплавленого сплаву, складу шихти, режиму роботи печі, її потужності і т.п. Склад газу: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, O22, решта N2. Максимальна температура продуктів згоряння дорівнює 2080 0C. Запиленість газу становить 30-40 г / м3.

Конвертерний газ утворюється при виплавці сталі в кисневих конвертерах. Газ складається в основному з оксиду вуглецю, вихід і склад його протягом плавки значно змінюються. Після очищення склад газу приблизно такий: 70-80% CO; 15-20% CO2; 0,5-0,8% O2; 3-12% N2. Теплота згоряння газу становить 8,4-9,2 МДж / м3. Максимальна температура згоряння сягає 2000 0С.

Коксовий газ утворюється при коксуванні вугільної шихти. У чорній металургії він використовується після вилучення хімічних продуктів.

Склад коксового газу залежить від властивостей вугільної шихти і умов коксування. Об'ємні частки компонентів у газі знаходяться в наступних межах,%: 52-62 H2; 0,3-0,6 O2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO2. Теплота згоряння дорівнює 17-17,6 МДж / м3, максимальна температура продуктів згоряння - 2070 0С.


13.2.Состав твердого, рідкого і газоподібного палива

Тверді і рідкі палива представляють собою складні з'єднання горючих елементів, молекулярну будову яких ще недостатньо вивчено, і включають в себе мінеральні домішки і вологу. Елементарний хімічний аналіз цих палив не розкриває хімічної природи входять в них сполук і тому не може дати досить повного уявлення про їх властивості, але дозволяє розрахувати тепловий і матеріальний баланс горіння палива. Відповідно ступеня вуглефікації вміст вуглецю в органічній масі палив збільшується, а кисню та азоту зменшується, що сприяє підвищенню енергетичної цінності палива.

Хімічний склад газоподібних палив, що представляють собою прості суміші, визначають повним газовим аналізом і виражають у відсотках від їх обсягу.

Паливо в тому вигляді, в якому воно надходить до споживача, називається робочим, а речовину, що складає його, - робочої масою. У елементарний хімічний склад його, що виражається в такий спосіб:

Cp + Hp + Op + Np + Spop + до + Ap + Wp = 100%

(13.1)


входять горючі речовини: вуглець С, водень Н, сірка S, а також кисень О і азот N, що знаходяться в складних високомолекулярних з'єднаннях [4]. Паливо містить негорючі мінеральні домішки, що перетворюються при спалюванні палива в золу А і вологу W.

Мінеральні домішки і вологість одного і того ж сорту палива в різних районах його родовища і різних місцях можуть бути різними, а також можуть змінюватися при транспортуванні і зберіганні. Більш постійним є склад горючої маси палива. Маючи на увазі цю обставину, для порівняльної теплотехнічної оцінки різних сортів палива ввели умовні поняття сухий, горючої і органічної маси, складові яких, виражені у відсотках, позначаються тими ж символами, що і робоча маса, але відповідно з індексами «с», «г »і« о »замість індексу робочої маси,« р ».

Тверде паливо з усталеною в природних умовах вологістю називається повітряно-сухим. Проба такого палива, що надходить для лабораторного аналізу, носить назву аналітичної проби палива.

Основний горючої складової палива є вуглець, горіння якого обумовлює виділення основного кількості тепла. Теплота згоряння аморфного вуглецю 34,4 МДж / кг (8130 ккал / кг).

Водень є другим за значенням елементом горючої маси палива, його зміст в горючій масі твердих і рідких палив коливається від 2 до 10%. Багато водню міститься в природному газі, мазуті та горючих сланцях, найменше в антрациті. Теплота згоряння водню в водяна пара - 10,8 МДж / м3 (2579 ккал / м3).

Кисень і азот в паливі є органічним баластом, так як їх наявність зменшує вміст горючих елементів в паливі. Крім того, кисень, перебуваючи в поєднанні з воднем або вуглецем палива, переводить деяку частину горючих в окислюється стан і зменшує його теплоту згоряння. Вміст кисню велике в деревині і торфі. Азот при спалюванні палива в атмосфері повітря не окислюється і переходить в продукти згоряння у вільному вигляді.

Сірка може міститися в паливі в трьох видах: органічна Sop, колчеданна Sк і сульфатна Sc:


Органічна сірка входить до складу складних високомолекулярних органічних сполук палива. Колчеданна сірка являє собою її сполуки з металами, найчастіше з залізом (FeS2 - залізний колчедан), і входить в мінеральну частину палива. Органічна і колчеданна сірка Sop + до при горінні палива окислюється з виділенням тепла. Сульфатна сірка входить в мінеральну частину палива у вигляді сульфатів CaS04 і FeS04 і тому в процесі горіння подальшому окисленню не береться. Сульфатні сполуки сірки при горінні переходять в золу. У горючу масу палива входять Sop і Sк, які при згорянні палива переходять в газоподібні сполуки SO2, і в невеликій кількості в SO3.

Вміст сірки в твердих паливах зазвичай невелика. У нафти сірка входить до складу неорганічних сполук, в природних газах вона практично відсутня, в попутних газах деяких нафтових родовищ міститься трохи сірки у вигляді сірководню H2S і сірчистого газу SO2. Утворений при горінні палива сірчистий газ і особливо супутній йому в невеликій кількості сірчаний газ SO3 викликають корозію металевих частин парогенераторів і отруюють навколишнє місцевість. Внаслідок низької теплоти згорання - 9,3 МДж / кг (2220 ккал / кг) присутність сірки зменшує теплоту згоряння палива. Тому сірка є шкідливою і небажаною домішкою палива.

У табл. 13.1 наведено елементарний хімічний склад горючої маси різних видів палива.

Таблиця 13.1

паливо

Склад горючої маси,%

Sгор + до

деревина

51

6

42,5

0,5

-

торф

58

6

33

2,5

0,5

Буре вугілля

64-77

4-6

15-25

1

0,5-7,5

Кам'яне вугілля:

длінопламенний

худий


75-80

88-90


5-6

4-4,5


10-16

3-4


1,5

1,5


0,5-7

1-3

Антрацит

90-93

2-4

2-4

1

0,5-2

горючі сланці

60-65

7-9

10-17

1

5-15

мазут

86-88

10-10,5

0,5-0,8

0,5-3


13.3.Висшая і нижча теплота згоряння палива

Будь-яка хімічна реакція супроводжується виділенням або поглинанням тепла і відповідно називається екзотермічної або ендотермічної. Хімічні реакції, що протікають в процесах горіння, переважно сильно екзотермічні, деякі реакції, як, наприклад, реакції відновлення вуглекислоти, є ендотермічними.

Кількість тепла, що виділяється при повному згорянні одиниці маси даного палива залежить від того, в паровому або рідкому стані знаходиться волога в продуктах згоряння. Якщо водяна пара сконденсіруется і вода в продуктах згоряння буде перебувати в рідкому вигляді, то тепло паротворення звільниться і тоді кількість тепла, що виділяється при згорянні одиниці маси палива, виходить більше.

Кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг твердого або рідкого палива або 1 м3 газового палива, за умови, що утворюються водяні пари в продуктах згорання конденсуються, називається вищої теплотою згоряння палива.

В умовах температур і парціального тиску Н20 на всьому протязі газового тракту парогенератора водяні пари, що містяться в продуктах згоряння, що не конденсуються і разом з ними відводяться в атмосферу. Отже, деяка частина тепла, що виділився при згорянні витрачається на освіту водяної пари і не може бути використана в парогенераторі. Тому теплота згоряння виходить менше звільняється при горінні хімічної енергії палива.

Кількість тепла, яке виділяється при повному згорянні 1 кг твердого або рідкого або 1 м3 газового палива, за вирахуванням тепла пароутворення водяної пари, що утворюються при горінні, називається нижчою теплотою згоряння.


13.4.Условное паливо

Витрата палива на парогенератор даної продуктивності залежить від його теплоти згорання, яка для різних палив змінюється у великих межах. Для порівняння за енергетичною цінністю і ефективності використання різних сортів палив введено поняття про умовне паливі, якому присвоюється теплота згоряння, рівна Qycл = 29,33 МДж / кг (7000 ккал / кг).


13.5.Температура горіння палива

Тепло, що виділяється при згорянні палива, сприймається продуктами згоряння, які нагріваються до певної температури, званої температурою горіння. Розрізняють калориметричну, теоретичну і дійсну температури згоряння палива.

У рівняння теплового балансу реального горіння входять складові, величина яких залежить не тільки від теплофізичних властивостей палива, але і від умов, при яких протікає горіння. Наприклад, від ступеня підігріву палива і повітря, втрат теплоти при горінні, теплосприй в топці, коефіцієнта надлишку повітря.

Щоб виявити потенційні можливості палива, вводять поняття горіння без підігріву палива і повітря при ідеальному адіабатичному процесі, т. Е. Горіння з теоретичним кількістю повітря, без втрат теплоти і без теплообміну в топковій камері і з навколишнім середовищем. Отримана в цих умовах температура продуктів згоряння називається теоретичною.

Калориметрична температура відображає вплив підігріву палива і повітря і коефіцієнта надлишку витрати повітря α на температуру адіабатичного горіння. Підвищення температури підігріву палива і повітря збільшує прихід теплоти в зону горіння і підвищує температуру горіння, а збільшення коефіцієнта надлишку повітря a викликає збільшення обсягу продуктів згоряння Vг, що знижує температуру горіння. Тому в залежності від впливу цих чинників калориметрична температура може бути вище або нижче теоретичної.

У реальних умовах не всі тепло, що виділяється при горінні, йде на нагрів продуктів реакції, так як частина тепла передається екранної системі топкової камери і деяку кількість тепла втрачається в навколишнє середовище; крім того, при високих температурах відбувається дисоціація частини продуктів згоряння (СО2 і Н2О), що супроводжується поглинанням тепла.

Для кожного типу топки, виду і способу спалювання палива розроблена спеціальна методика розрахунку теплообміну в топці і визначення дійсної температури газів на виході з топки.

Ставлення дійсної температури горіння палива до теоретичної називається пирометрическим коефіцієнтом.


13.6.Теплотехніческая оцінка палива

Для оцінки ефективності використання палив в парогенераторах важливими теплотехнічними характеристиками палив є: зміст і склад мінеральних домішок, вологість, вихід летючих, властивості коксового залишку і величина теплоти згорання. Визначення цих характеристик входить в технічний аналіз палива. Властивості палива як горючого матеріалу залежать від його хімічного складу, який визначається елементарним хімічним аналізом.


13.6.1.Мінеральніе домішки паливо

У твердому паливі значний часть домішок становляться Зовнішні домішки. Тому вміст мінеральних домішок навіть в одному і тому ж виді палива може сильно коливатися. Основними мінеральними домішками є: силікати (кремнезем SiO2, глинозем А1203, глина), сульфіди (переважно FeS2), карбонати (СаСО3, MgCO3, FeCO3), сульфати (CaSO4, MgS04), закису і окису металів, фосфати, хлориди, солі лужних металів .

У процесі горіння в середовищі високих температур в мінеральних домішок палива відбуваються фізичні і хімічні перетворення. У міру підвищення температури палива гіпс і силікати втрачають свою кристаллизационную вологу.

В інтервалі температур 400-600 ° С колчедан окислюється


Сірчистий ангідрид, що утворюється при окисленні колчедана і органічної сірки, вступає в реакцію з СаСО3 і O2

2SO2 + 2СаСО3 + O2 = 2СаSO4 + 2СO2.


При температурі вище 600 ° С розкладаються карбонати по реакції типу


і випаровується деяка частина хлоридів і з'єднань лужних металів.

При температурі вище 1000 ° С розкладаються сульфати


При цих температурах починається хімічна взаємодія між силікатної основою домішок і іншими оксидами. У окислювальному середовищі закис заліза переходить в його окис


а в відновлювальної середовищі - в метал. У полувосстановітельной середовищі закис заліза може зберегтися і при певному температурному рівні з'єднатися з кремнеземом, утворюючи легкоплавкі силікати. Цим пояснюється спостерігається значне зниження температури плавлення шлаків в полувосстановітельной середовищі.


13.6.2.Балласт палива

Негорючі мінеральні домішки і волога є зовнішнім баластом твердого палива. Своєю присутністю мінеральні домішки і волога зменшують вміст горючої маси в одиниці маси робочого палива; крім того, при спалюванні палива на випаровування вологи витрачається певна кількість тепла. Тому зі збільшенням зольності і вологості зменшується теплота згоряння палива, збільшується його витрата у споживача, відповідно збільшуються витрати на видобуток і перевезення.

За походженням розрізняють три види мінеральних домішок.

Первинні домішки в складі материнського речовини перейшли в паливо з углеобразователей. Ці домішки пов'язані з органічною масою палива. За кількістю їх зазвичай небагато, вони рівномірно розподілені по всій масі палива і не можуть бути видалені з нього.

Деяка кількість домішок внесено в паливо в процесі вуглеутворення як наноси вітром і водою. Ці домішки, звані вторинними, розподілені в паливі менш рівномірно, іноді зустрічаються у вигляді тонких прошарків. Первинні і вторинні мінеральні домішки є внутрішніми домішками палива.

Третинні домішки потрапляють в паливо у вигляді породи при його видобутку від зовнішнього мінерального оточення виробляється пласта і розподілені в паливі нерівномірно, порівняно легко відокремлюються і є зовнішніми домішками.


13.6.3.Зола палива

Твердий негорючий залишок, що утворився після завершення перетворень в мінеральної частини палива в процесі його горіння, називають золою. Вихід газифікують частини домішок зменшує масу золи по відношенню до вихідних мінеральних домішок палива, а деякі реакції, наприклад, окислення залізного колчедану, призводять до його збільшення. Зазвичай маса золи трохи менше маси мінеральних домішок в паливі, лише в горючих сланцях внаслідок розкладання містяться в них карбонатів золи виходить значно менше в порівнянні з масою мінеральних домішок.

У топкової камері при високих температурах частина золи розплавляється, утворюючи розчин мінералів, який називається шлаком. З топки шлаки віддаляються в рідкому або гранульованому стані.

Для оцінки ступеня засміченості горючої маси палива зольність відносять до його сухої маси, висловлюючи її в процентах. Зольність визначається спалюванням попередньо висушеної проби палива певної маси в платиновому тиглі і прожарювання до постійної маси (твердих палив при температурі 800 ± 25 ° С, а рідких палив - 500 ° С). Зольність палива змінюється від часток відсотка в мазуті і деревині до 40-60% в сланцях. Зола, що утворюється при згоранні палива при високих температурах і короткому часу перебування в котельній камері, за своїм хіміко-мінералогічного складу відрізняється від золи, що утворюється при аналізі на зольність спалюванням палива в лабораторних умовах.

Важливими властивостями золи є її абразивного і плавкість. Зола з високою абразивністю викликає сильне зношування конвективних поверхонь нагріву парогенераторів.

Плавкість золи визначається нагріванням в спеціальній печі в полувосстановітельной газовому середовищі тригранної пірамідки стандартних розмірів висотою 13 мм і довжиною межі її заснування 6 мм, зробленої з подрібненої проби випробуваної золи (ГОСТ 2057-49).

Розрізняють такі плавкість золи:

t1 - температура початку деформації, при якій пірамідка згинається або вершина її закруглюється;

t2 - температура початку розм'якшення, при якій вершина піраміди нахиляється до її заснування або пірамідка перетворюється в кулю;

t3 - температура початку жідкоплавкого стану, при якій пірамідка розтікається на підставці;

t0 - температура початку істинно рідкого стану, при якому розплав шлаку підпорядковується законам Ньютона про перебіг справжньої рідини.

За характеристиками плавкости золи енергетичне вугілля поділяються на три групи: з легкоплавку золою t3≤1350 ° С, з золою середньої плавкости t3 = 1350 ÷ 1450 ° С і з тугоплавкої золою t3> 1450 ° С.


13.6.4.Влага палива

Вологу палива підрозділяють на дві частини: зовнішню і внутрішню.

При видобутку палива, транспортуванні і зберіганні в нього потрапляють підземні і грунтові води, волога з атмосферного повітря, викликаючи поверхове зволоження шматків палива. Зі зменшенням розміру шматків питома поверхня палива збільшується і збільшується кількість утримуваної нею зовнішньої вологи. До зовнішньої також відноситься капілярна волога, т. Е. Волога, що заповнює капіляри і пори, сильно розвинені в торфі і бурому вугіллі. Зовнішня волога може бути видалена механічними засобами та теплової сушінням.

До внутрішньої відносять колоїдну і гідрадну вологу. Колоїдна волога є складовою частиною палива. У його масі вона розподіляється дуже рівномірно. Кількість колоїдної вологи залежить від хімічної природи і складу палива і вмісту вологи в атмосферному повітрі. У міру збільшення ступеня вуглефікації палива зміст колоїдної вологи падає. Багато колоїдної вологи в торфі, менше в бурому вугіллі і мало в кам'яному вугіллі і антрацитах. Гидратная або кристаллизационная волога хімічно пов'язана з мінеральними домішками палива, головним чином сірчанокислим кальцієм і алюмосилікатом. Гідратної вологи в паливі міститься мало, вона стає помітною в многозольние паливах. При підсушування випаровується частина колоїдної вологи, але практично не змінюється зміст гідратної вологи. Остання може бути видалена лише при високих температурах.

Тверде натуральне паливо при перебуванні на повітрі втрачає, а підсушене набуває вологу до тих пір, поки тиск насиченої пари вологи палива не урівноважиться з парціальним тиском вологи повітря, т. Е. З його відносною вологістю. Тверде паливо з усталеною в природних умовах вологістю називають повітряно-сухим паливом.

Важливою технічною характеристикою є гігроскопічна вологість палива, що отримується при підсушування до рівноважного стану в повітряному середовищі при точно виражених умовах: температурі 20 ± 1 ° С і відносній вологості 65 ± 5% (ГОСТ 8719-58). З підвищенням ступеня вуглефікації палива гігроскопічна волога зменшується.

Вологість робочої маси різних палив коливається в широких межах. Для визначення вологості палива готують лабораторну пробу подрібненням палива до шматочків розміром 3 мм і менше. Користуються і аналітичної пробою, підготовленої з лабораторної подрібненням її частинок до розмірів менше 100 мкм і підсушила до повітряно-сухого стану. Вологість робочого палива визначають сушінням лабораторної проби при температурі близько 105 ° С до досягнення нею постійної маси. Аналітичну вологу визначають тим же методом сушінням аналітичної проби палива.

Підвищена вологість призводить до зниження теплоти згорання палива і збільшення його витрати, до збільшення обсягу продуктів згоряння, а отже, втрат тепла з газами, що і витрат на видалення їх з парогенератора. Крім того, висока вологість сприяє вивітрюванню і самозаймання твердого палива при його зберіганні. З підвищенням вологості погіршується сипкість твердих палив. У зимовий час висока вологість може викликати смерзаемость палива, що порушує нормальну роботу пристроїв подачі палива з різким зменшенням подачі палива.


13.6.5.Виход летючих і властивості коксу

Одними з найбільш важливих теплотехнічних характеристик палив є величина виходу летючих і властивості коксового залишку.

При нагріванні твердих палив відбувається розпад термічно нестійких складних, що містять кисень углеводородістих з'єднань горючої маси з виділенням горючих газів: водню, вуглеводнів, окису вуглецю і негорючих газів - вуглекислоти і водяної пари. Вихід летких речовин визначають нагріванням проби повітряно-сухого палива в кількості 1 г без доступу повітря при температурі 850 ° С протягом 7 хв. Вихід летючих, певний як зменшення маси проби випробовуваного палива за вирахуванням міститься в ньому вологи, відносять до горючій масі палива.

У різних палив складу і теплота згоряння летучих речовин різні. У міру збільшення хімічного віку палива вміст летючих речовин зменшується, а температура їх виходу збільшується. При цьому внаслідок зменшення кількості інертних газів теплота згоряння летучих речовин збільшується. Для сланців вихід летючих становить 80-90% від горючої маси; торфу - 70%. Для бурого вугілля - 30-60%, кам'яного вугілля марок Г і Д - 30-50%. У худого вугілля і антрацитів вихід летючих малий і відповідно дорівнює 11-13 і 2-9%. Тому зміст летючих речовин і їх склад можуть бути прийняті в якості ознак ступеня вуглефікації палива, його хімічного віку.

Для торфу вихід летких починається при температурі приблизно 100 °, бурих і жирних кам'яного вугілля - 150-170 °, горючих сланців - 230 ° С, худого вугілля і антрацитів ~ 400 ° С і завершується при високих температурах - 1100-1200 ° С.

Після відгону летючих речовин з палива утворюється так званий коксовий залишок. При змісті у вугіллі бітумінозних речовин, які при нагріванні переходять у пластичний стан або розплавляються, порошкоподібна проба вугілля, яке відчуває на вміст летких, може спекаться і спучуватися. Здатність палива при термічному розкладанні утворювати більш-менш міцний кокс називається спікливістю. Торф, буре вугілля і антрацит дають порошкоподібний кокс. Кам'яне вугілля з виходом летких 42-45% і худі вугілля з виходом летких менше 17% дають порошкоподібний або злиплий коксовий залишок.

Вугілля, що утворюють спечений коксовий залишок, є цінним технологічним паливом і використовуються в першу чергу для виробництва металургійного коксу. Кокс у вигляді спеченого або сплавленного залишку виходить нагріванням подрібненого до розмірів 3-3,5 мм вугілля при температурі 1000 ° С без доступу повітря. Властивості коксу залежать від складу органічних сполук горючої маси палива і вмісту летких речовин в ньому.


13.7.Коеффіціент використання тепла палива

У загальному випадку не все тепло, що виділяється при згорянні палива, використовується за призначенням. Так, при роботі парогенератора частина тепла Q1 витрачається на виробництво пара, а інша - втрачається з газами, шлаком, передається в навколишнє середовище процесами теплообміну або зовсім не використовується через хімічного і механічного недожога палива [5]. Тому ставлення Q1 до нижчої теплоти згорання палива Qнр називається коефіцієнтом корисної дії парогенератора, який по своїй фізичній суті є коефіцієнт використання тепла палива.

Будемо називати відношення кількості теплоти, використаного за призначенням, до виділилася при цьому нижчої теплоти згорання палива коефіцієнтом використання тепла палива.


[1]

Кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг твердого або рідкого палива або 1 м3 газового палива, за умови, що утворюються водяні пари в продуктах згорання конденсуються, називається вищої теплотою згоряння палива.
[2] Індекс "p" тут і далі означає величини, що характеризують робоче паливо.
[3] Кількість тепла, яке виділяється при повному згорянні 1 кг твердого або рідкого або 1 м3 газового палива, за вирахуванням тепла пароутворення водяної пари, що утворюються при горінні, називається нижчою теплотою згоряння палива.
[4] Тут індекс «оp + до» позначає те, що ведеться облік як органічної, так і Колчедан сірки. Колчеданна сірка міститься в піриті (FeS2), іменованому залізним колчеданом.
[5] При хімічному недожогом маємо горючі компоненти палива, що не прореагували через погано організованого процесу горіння (наприклад, при нестачі окислювача). Механічний недожог виникає при швидкому видаленні прореагировавших залишків палива із зони горіння.