Минеральные примеси топлива

Негорючие минеральные примеси являются балластом топлива. Они уменьшают содержание горючей массы в рабочем топливе. Вследствие этого уменьшается теплота сгорания рабочего топлива, увеличивается расход его, возрастают затраты на его добычу и перевозку.

Негорючими примесями газообразных топлив являются углекислый газ СО₂, азот N₂ и водяные пары Н₂О. Содержание их в при­родных газах невелико, а в искусственных газах доходит до 50–60 %.

Минеральные примеси попадают в топ­ливо несколькими путями. Небольшое количество минеральных примесей, так называемые первичные примеси, переходят в топливо из веществ-углеобразователей. Они характеризуются относительно равномерным распределением по всей массе топлива. Некоторое количество минеральных примесей, так называемые вторичные примеси, вносятся в топливо в процессе преоб­разования его исходной (материнской) массы извне. Они распределяются в топливе значительно менее равномерно, иногда встречаются в виде тонких прослоек.

Первичные и вторичные минеральные примеси составляют внутренние примеси топлива.

При добыче топлива в него попадают минеральные породы, между которыми залегают пласты угля. При погрузке, транспортировке и хранении топлива к нему часто добавляются песок, глина, известняк из поверхностных слоев земли. Все эти минеральные примеси, так называемые третичные примеси распределяются в топливе нерав­номерно и сравнительно легко отделяются. Третичные примеси являются внешними примесями топлива.

Твердый негорючий остаток, получающийся после всех преобразований минеральной части в процессе горения топлива, называют золой. Состав и вес золы не идентичны составу и весу минеральных примесей топлива

Важными свойствами золы являются ее абразивность и характеристики плавкости.

Чем выше абразивные качества золы, тем сильнее износ поверхностей нагрева.

В лабораторных условиях плавкость золы определяют путем нагревания в специальной печи в полувосстановительной газовой среде пирамидки стандартных размеров, сформиро­ванной из мелкораздробленной пробы испы­туемой золы. Температура, при которой пира­мидка начинает сгибаться или вершина ее закругляется, носит название температу­ры начала деформации золы t₁. Температура, при которой вершина пирамид­ки наклоняется до ее основания, называется температурой начала размягчения золы t₂. Температуре начала жидкоплавкого состояния t₃ соответствует температура, при которой золовая пирамидка растекается по подставке.

В зависимости от характеристики плавкости золы все энергетические угли разделяются на три группы: с легкоплавкой золой (t₃ не более 1350⁰С), с золой средней плавкости (t₃ в пределах 1350–1450⁰С) и с тугоплавкой золой (t₃ более 1450⁰С).

Зола, прошедшая стадию разложения и плавления и превратившаяся в спекшуюся или сплавленную массу, носит название шлака. В отличие от золы, которая в основном состоит из свободных окислов различных элементов, в шлаке окислы образуют сложные многокомпонентные системы.

2.7. Влага топлива.

Второй составляющей балласта топлива являетсявлага.При добычев шахтах с близко расположенными от пластов топлива водопроницаемыми слоями пород, при добыче открытым способом, а также при транспортировке ихранении в топливо попадают подземные грунтовые воды, снег, дождь, влага из атмосферного воздуха. Некоторое количество этой влаги механически удерживается наружной поверхностью топлива. Содержание этой поверхностной влаги зависит от фракционного состава топлива. Суменьшением размера кусков удельная поверхность их возрастает и количество влаги, механически удерживаемой наружной поверхностью топлива, увеличивается.

Другой разновидностью влаги топлива, является капиллярная влага. Она заполняет капилляры и поры, имеющиеся в большом количестве в торфе и бурых углях.

В твердых ископаемых топливах содержится также коллоидная и гидратная влага.

Содержание коллоидной влаги зависит от химической природы и состава топлива, от содержания влаги в окружающем атмосферном воздухе. Топлива с малой степенью углефикации содержат обычно много коллоидной влаги. По мере увеличения степени углефикации топлива способность его коллоидально удерживать влагу резко падает. Это объясняется тем, что в процессе преобразований органической массы топ­лива происходит «старение» коллоидных веществ.

Большое количество коллоидной влаги бывает в торфе, особенно если он добыт из низинных, заболоченных месторождений или в очень дождливое лето. Значительно меньше коллоиднойвлаги в бурых углях. Небольшое количество ее бывает в горючих сланцах. В каменных углях и антраците коллоидной влаги мало.

Гидратная или кристаллизационная влага химически связана с мине­ральными примесями топлива. Содержание ее в топливе обычно невелико. Заметное количество ее бывает лишь в многозольных топливах.

Влага топлива снижает его теплоту сгорания, снижает температуру в зоне горения и скорость горения, увеличивает объемы газообразных продуктов сгорания, увеличивает потерю тепла с уходящими газами и снижает к.п.д. котла.