Теоретические основы теплотехники. Ляшков В.И. - 133 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Классификация топлива может быть проведена по различным признакам. По методу получения: естественное (дрова,
торф, каменный уголь, нефть) и искусственное (кокс, бензин, генераторный газ). По агрегатному состоянию топлива
разделяются на твердые, жидкие и газообразные (каменные угли, торф, горючие сланцы; керосин, дизельное топливо, мазут;
природный горючий газ, коксовый газ и др.).
Ископаемые твердые топлива (за исключением сланцев) являются продуктами разложения органической массы
растений. Самое молодое из них – торф, представляет собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков
болотных растений. Следующими по "возрасту" являются бурые угли – землистая или черная однородная масса, которая при
длительном хранении на воздухе частично окисляется ("выветривается") и рассыпается в порошок. Затем идут каменные
угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из
них – антрацитов – претерпела наибольшие изменения и на 93 % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой
твердостью.
Наша страна располагает громаднейшими запасами топлива: угля – 57 % мировых запасов, нефти – 30 %, газа – 27 %.
Добыча всех видов топлива непрерывно растет. Характерно, что топливный баланс страны постоянно изменяется в сторону
увеличения добычи нефти и особенно газа, так как добыча, транспортировка и сжигание их намного экономичней [28].
Компонентами любого топлива являются горючие элементы и негорючие примеси или балласт. К горючим элементам
топлива относятся: углерод С, водород Н и горючая сера S, образующие вместе с внутренним балластом (кислород О и азот
N) сложные химические соединения. Внешний балласт составляют зола А и влага W. Газообразное топливо представляет
собою механическую смесь горючих газов (СО, H
2
, метана СН
4
и других углеводородов С
m
H
n
), негорючих газов (СО
2
, O
2
, N
2
)
и водяного пара H
2
O.
Углерод С – основной горючий элемент топлива, содержится в нем в виде органических соединений типа СN. При
сгорании одного килограмма С выделяется 33,9 МДж тепла. Правда, и это надо хорошо запомнить, при неправильной
организации процесса горения (обычно при недостатке воздуха) продуктом сгорания является очень токсичный оксид
углерода СО и выделяется всего только 9,2 МДж теплоты. Углерод содержится в топливе от 40 до 95 % (солома и антрацит).
С увеличением геологического возраста топлива содержание С увеличивается.
Водород при сгорании выделяет вчетверо больше тепла, чем углерод. Содержится он в виде углеводородных
соединений С
m
H
n
, во внутренней влаге топлива. В жидких топливах водорода содержится до 10 … 12 % (мазут), в углях
очень мало – 1,5 … 2 %.
Сера S входит в состав органических соединений S
ор
, колчеданных соединений S
к
, а так же в виде сернистых солей –
сульфатов (гипса СаSO
4
, например). Эта сера S
с
не способна гореть и является балластом. При сгорании дает вредный газ
SO, другие сернистые газы. С, H, S
op
, и S
к
являются горючими элементами топлива.
Кислород О находится в химических соединениях с горючими элементами. Связывая часть водорода, он тем самым
обесценивает топливо. Кислород участвует в горении, в топливах обычно содержится 1 … 30 % кислорода.
Азот – инертный газ, содержится 1 … 6 %. Азот является весьма вредным компонентом, поскольку при сгорании
азотсодержащих соединений в высокотемпературных топках образуются очень токсичные оксиды NO и NO
2
.
Зола А – негорючий остаток, полученный после полного сгорания топлива. Это смесь различных минеральных веществ,
находящихся в топливе: глины, кремнезема, окислов железа, извести и т.д. Каменный уголь содержит 4 … 25 % золы, дрова
0,6 %. Зольность жидких топлив зависит от количества растворенных в нем солей и наличия механических примесей. Газы
сгорают без остатка.
Влага W является вредной примесью топлива, так как уменьшает долю горючих веществ в одном килограмме топлива.
Часть тепла, выделяемого при сгорании топлива тратится на испарение влаги. Влага топлива состоит из внешней и
внутренней. И если первая зависит от условий добычи, транспортирования и хранения топлива, то внутренняя влага зависит
только от свойств самого топлива. Она заполняет микроскопические поры топлива и не может быть удалена простым
высушиванием. Чтобы удалить внутреннюю влагу топлива, его нагревают до температуры
t = 103 … 110 °С и выдерживают
примерно четыре часа. Влаги в топливах содержится обычно 5 … 60 %.
Важными составляющими топлива являются летучие вещества и кокс. Летучие вещества – это газообразные продукты,
которые выделяются при нагревании топлива без доступа воздуха. Твердый остаток называют коксом. Выход летучих
оказывает большое влияние на процесс горения топлива: при большом выходе топливо легко воспламеняется, горит ярким
пламенем. Кокс может быть спекшимся, сплавленным и порошкообразным. Спекаемость топлива и кокса определяет
возможность и способы его сжигания.
Топливо в том виде, как оно поступает к потребителю, называется рабочим, масса его – рабочая масса. Поскольку
химический состав топлива сложен и обычно неизвестен, топливо характеризуют массовым содержанием образующих его
элементов, выраженным в процентах. Элементарный состав, отнесенный к рабочей массой отмечают буквой р:
С
р
+ H
p
+ S
р
ор + к
+ O
p
+ N
p
+ W
p
+ A
p
= 100 %.
Если удалить полностью влагу из топлива, то такую массу называют сухой. Состав при этом пересчитывают на сухую
массу:
С
с
+ Н
с
+ S
с
ор + к
+ О
с
+ N
c
+ A
с
= 100 %.
Если же мысленно удалить теперь еще и золу, то получим горючую массу:
C
г
+ H
г
+ S
г
ор + к
+ О
г
+ N
г
= 100 %.
Пересчет элементарного состава можно осуществить путем составления соответствующих пропорций. В табл. 3
приведены пересчетные коэффициенты, упрощающие эту задачу.
3 Коэффициенты для пересчета элементарного состава топлив
Искомая
масса
Горючая Сухая Рабочая

Страницы