Технические характеристики топлива

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Элементарный состав твердого и жидкого топлив. Твердое и жидкое топлива представляют собой комплекс сложных органических и ми­неральных соединений и состоят из горючей и негорючей частей.

Органическое твердое и жидкое топлива характеризуются элемен­тарным составом, который условно представляют как сумму всех хи­мических элементов и соединений, входящих в топливо. При этом их содержание дается в процентах к массе 1 кг топлива. Элементарный состав не дает представления о молекулярной и химической струк­туре топлива.

 Для твердого и жидкого топлив элементарный состав можно записать в следующем виде:

C + H + Sл+O + N + A+W = 100%

    В горючую часть топлива входят углерод, водород и сера (лету­чая). Летучая сера S_Л — это сера, входящая в состав органических соединений и серного колчедана FeS₂, т, е.

Sл = Sорг + Sк,

где S_K принято называть колчеданной серой.

Следует отметить, что летучая сера, входящая в горючую часть топ­лива, является только частью общего содержания серы. Другую часть составляет сера, входящая в минеральные соли (CaSO₄, MgSO₄, FeSQ₄ и др.).

В негорючую часть топлива входят азот N, кислород О, влага W, минеральные негорючие вещества, которые после сжигания топлива образуют золовый остаток А.

При изучении свойств твердого и жидкого топлив различают их рабочую, сухую, горючую и органическую массы. Составу каждой массы присваивается соответствующий индекс: рабочей - р, сухой - с, горючей - г и органической - о.

Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю и подвер­гается сжиганию, называется рабочим, а масса и ее элементарный состав — соответственно рабочей массой и рабочим составом.

 Элемен­тарный состав рабочей массы записывают следующим образом:

C^p + H^p + S^p_л + O^p + N^p + A^p + W^p = 100%.

Негорючие элементы топлива составляют его балласт, при этом кислород и азот принято называть внутренним балластом топлива, а золу и влагу — внешним, поскольку их содержание в значительной степени зависит от таких внешних факторов, как спо­собы добычи и хранения топлива.

Влажность топлива. В зависимости от способа добычи, транспор- 1 тировки, хранения и т. п. количество влаги Wp может колебаться для одного и того же сорта топлива в больших пределах. Средняя влажность топлива в рабочем состоянии составляет, %: для торфа 50, сланцев 13-17, каменного угля 5-14 и антрацита 5-8.

Общее содержание влаги в топливе включает внешнюю, или воздушную, и внутреннюю, или гигро­скопическую влагу. Первый вид влаги определяют, просушивая топливо при комнатной температуре до постоянной массы, а второй вид - лабораторным путем, просушивая пробы топлива при 378 К.

 Наличие влаги в топливе нежелательно не только потому, что из-за этого уменьшается доля горючих компонентов в единице массы топлива, но и потому, что она снижает тепловой эффект горения, отнимая часть теплоты на испарение.

Зола топлива. Присутствие в топливе золы нежелательно, так как вследствие ее наличия уменьшается количество теплоты, выделяющей­ся при сгорании, возникает эрозия металлических частей оборудова­ния и ухудшается экономичность работы топочных устройств. Коли­чество золы определяют по остатку от прокаливания сухого топлива в атмосферном воздухе при 1070 К.

 В состав золы входят преимущест­венно соли щелочных и щелочно-эемельных металлов, окислы железа, алюминия, а также сульфатная сера. Наиболее сложный состав у сланцевой золы, в которую помимо упомянутых соединений входит большое количество карбонатных соединений: СаСО₃, MgCO₃, окись кремния, алюмосиликаты и т. д.

При нагревании сланцевой золы карбонатные соединения разла­гаются с выделением свободной двуокиси углерода СО^к₂. Вследствие этого видимая масса золы получается меньше действительной ее мас­сы в топливе.

Минеральные остатки, образующиеся после сгорания топлива, имеют вид либо сыпучей массы (зола), либо сплавленных кусков (шлак).

При высоких температурах, развивающихся при горении топлива, зола размягчается, а затем плавится. Размягченные зола и шлак при­липают к стенкам обмуровки топки, уменьшают сечение газоходов, откладываются на поверхностях нагрева, увеличивая тем самым тер­мическое сопротивление в процессе теплопередачи от газов к нагре­ваемой среде, забивают отверстия для прохода воздуха в колоснико­вой решетке, обволакивают частицы топлива, затрудняя их сжигание.

Летучие вещества и кокс. Из твердого топлива, нагретого до тем­пературы 870—1070 К без доступа окислителя, выделяются парогазо-образные вещества, которые называются летучими. Летучие ве­щества представляют собой продукты распада сложных органических веществ, содержащихся в органической массе топлива.

В состав ле­тучих веществ входят молекулярный азот N₂, кислород О₂, водород Н₂, окись углерода СО, углеводородные газы СН₄, С₂Н₄ и т. д., а также водяные пары, образующиеся из влаги, содержащейся в топли­ве.

Твердый остаток, который получается после нагревания топлив (без доступа окислителя) и выхода летучих, называется коксом. В состав кокса входят остаточный углерод и зола.

По своим механическим свойствам твердый остаток (кокс) может быть порошкообразным, слабоспекшимся и спекшимся. Свойство не­которых углей (коксующихся) давать спекшийся, механически проч­ный кокс используется для получения металлургического кокса, при­меняемого в доменном процессе.

Жидкое топливо. Нефть является основным источником получения искусственных жидких топлив. В процессе сухой перегонки углей и горючих сланцев также получаются некоторые виды жидких топлив. В топках котельных агрегатов и технологических печей используется в основном мазут - остаточный продукт переработки нефти. В состав мазута входят углерод, водород, сера, кислород, азот. Основными ха­рактеристиками мазута являются вязкость и температура застывания.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и него­рючих газов. Горючая часть газообразного топлива состоит из предель­ных (С_пН_2п+2) и непредельных (СпН₂п) углеводородов, водорода, оки­си углерода и сернистого водорода (Н₂S). В состав негорючей части входят азот, углекислый газ и кислород.

Состав газообразного топлива задается в объемных долях, так как количественное содержание и химические формулы компонентов оп­ределяются достаточно точно с помощью химического или хроматографического анализов.

Теплотехнические расчеты ведутся обычно для сухого состава топ­лива.

Многие физико-химические свойства и теплотехнические характе­ристики газового топлива и продуктов его сгорания можно установить по так называемому углеродному числу п.

Теплота сгорания. Одной из ос­новных характеристик любого вида топлива является те плота сго­рания этого топлива, т. е. то количество теплоты, которое может быть получено при полном сгорании единицы массы или объема топ­лива.

Полным сгоранием называет­ся такое, при котором горючие ком­поненты топлива С, Н и S полностью окисляются кислородом. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлив относят к 1 кг, а газового — к 1 м³ при нормальных условиях.

Различают теплоту сгорания топлива высшую Q_B и низшую Q_H. Различие между ними состоит в том, что в высшую тепло­ту сгорания топлива входит коли­чество теплоты, которое может быть выделено при конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания топлива, а в низшую теплоту сгорания это коли­чество теплоты.не входит.

Теплоту сгорания газообразного и легкого жидкого топлива (бен­зин, керосин и т. д.) определяют в калориметре Юнкерса, который представляет собой миниатюрный водогрейный котел; в топочном объеме которого сжигается топливо. Расход газа определяют по пока­занию счетчика, а расход жидкого топлива - весовым способом. Рас­ход воды находят взвешиванием на весах или по измерительному со­суду. Зная разность температур воды при входе в калориметр и выхо­де из него, легко определяют теплоту, переданную воде. Затем по из­вестному расходу газа или жидкого топлива подсчитывают теплоту его сгорани.

Для сравнения различных видов топлива по их тепловому эффекту и облегчения государственного планирования топливных ресурсов страны введено понятие об у с л о в н о м топливе, теплота сгорания которого принята равной

29300 кДж/кг*.

Отношение Q^р_н данного топлива к Q условного топлива называется топливным эквивалентом, обозначаемым буквой Э.

Тогда для пересчета расхода натурального топлива В_н в условное В_у.т достаточно величину В_н умножить на эквивалент Э, т. е. 

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?