Минеральные примеси топлива.
В твердом топливе значительную часть примесей, составляют внешние примеси (негорючие). Их содержание в одном и том же виде топлива может сильно колебаться. Основными минеральными примесями являются:
1) силикаты (кремнезем – SiO2, глинозем – Al2O3, глина);
2) сульфиды (FeS2 – пирит);
3) карбонаты (CaCO3, MgCO3, FeCO3);
4) сульфаты (CaSO4, MgSO4);
5) окиси металлов;
6) хлориды;
7) соли щелочных металлов.
Балласт топлива.
Балласт топлива – это негорючие минеральные примеси и влага, содержащиеся в топливе, которые уменьшают концентрацию горючей массы. Кроме того, при сжигании происходит испарение влаги, на что затрачивается определенное количество тепла. Следовательно, с увеличением количества балласта уменьшается теплота сгорания топлива, увеличивается его расход и себестоимость. Иногда под содержанием минеральных примесей понимают зольность топлива.
По происхождению балласт топлива делится на 3 вида примесей:
1) первичные примеси – перешли в топливо из углеобразователей и связаны с органической массой топлива. Их относительно немного и они равномерно распределены по всей массе топлива;
2) вторичные примеси – внесены в топливо в процессе углеобразования с ветром и водой и распределены не равномерно, Чаще всего они встречаются в виде прослоек;
3) третичные примеси – попадают в топливо в виде породы при его добыче от внешнего минерального окружения.
Зола топлива.
Зола топлива – это твердый остаток, получающийся после разложения минеральной части топлива. Обычно масса золы несколько меньше минеральных примесей, особенно в горючих сланцах, так как вследствие разложения карбонатов золы получается значительно меньше. В топочных камерах при высоких температурах часть золы расплавляется, образуя раствор минералов, который называется шлаком.
Зольность.
Зольность – это процент засоренности горючей массы. Она определяется сжиганием предварительно высушенной пробы определенной массы в платиновом тигле. Например, зольность мазута и древесины составляет 60%.
Важнейшее свойство золы – плавкость, что является существенным недостатком, так как ведет к сильному износу поверхности нагрева и выводит из строя парогенераторы, топки дымоходы и другие устройства. Плавкость определяется через нагрев топлива в специальной печи. При этом фиксируются 3 температуры: температура начала деформации; температура начала размягчения; температура начала жидко плавкого состояния. По последней температуре судят о плавкости:
легкоплавкие – ниже 1030ºC,
среднеплавкие – 1300-1500ºC,
тугоплавкие – выше 1500ºC.
Влага топлива.
Влага в топливе образуется в процессе добычи, транспортировки и хранении. В естественном состоянии влага приходит через грунтовые и подземны воды. Во время хранения топлива влага приходит из атмосферы, что вызывает лишь поверхностное увлажнение.
Различают следующие виды влаги: капиллярная, коллоидная и гидратная (кристаллизационная).
Капиллярная влага заполняет капилляры и поры твердого топлива. Эта влага особых проблем не создает и может быть удалена путем размягчения породы и в процессе сушки.
Коллоидная влага – это естественная часть топлива, распределенная в ней равномерно. Ее количество зависит от химической природы топлива и условий происхождения. При повышении степени углефикации топлива содержание количества влаги падает.
Кристаллизационная влага – влага, химически связанная с минеральными примесями. Она может быть удалена при очень высоких температурах.
Гигроскопичность топлива.
Это важнейшая характеристика топлива, которая заключается в способности поглощать влагу. Знание о величине гигроскопичности необходимо для правильного выбора условий хранения топлива. Если топливо обладает высокой гигроскопичностью, то большое содержание влаги ведет к выветриванию топлива.
Выход летучих и свойства кокса.
Важнейшим свойством топлива является выход летучих.
Рассмотрим процесс горения в лабораторных условиях. При нагреве и горении топлива происходит распад горючей массы. Продукты горения разделяются на горючие и негорючие. Топливо нагревают до определенной температуры и смотрят на выход летучих.
Выход летучих определяют через нагрев 1 грамма воздушного сухого топлива без доступа воздуха. При этом меняется масса пробы. Это миниатюрная попытка к самовозгоранию. Температура 850ºC, время 7-10 минут. Качественный выход летучих: горючие – водород H2, углеводороды CnHm, CO; негорючие – углекислый газ CO2, вода H2O. Изменение массы Δm в процентах – есть выход летучих компонентов.
Для разных видов топлив температура выхода летучих различна.
| Наименование | t начала выхода, ºC | Выход летучих, % |
| Сланцы | 80-90 | |
| Торф | ||
| Бурые угли | 150-170 | 30-60 |
| Каменные угли | 30-50 | |
| Тощие угли и антрациты |
После выхода летучих из топлива образуется коксовый остаток. Если в топливе есть битум, то топливо плавится. Это можно проверить, взяв топливо в виде порошка и нагреть. Топливо будет спекаться. Это свойство называется спекаемостью. В результате спекаемости существенно повышается прочность. В процессе спекаемости образуется более прочный кокс.
ЛЕКЦИЯ 5 (раздел 3)