Классификация и состав топлива, теплотворная способность топлива. Расчет процесса горения топлива.

В зависимости от физического состояния различают топливо:

твердое — уголь, дрова, торф, сланец;

жидкое — нефть, мазут, керосин и др.;

газообразное — природный газ, генераторный газ.

Выбор типа топлива производится на основании технико- экономических расчетов. При этом учитывают топливные ресурсы района строительства.

Вид топлива, имеющегося в районе строительств завода, нередко определяет схему организации технологического процесса производства портландцемента и организации предприятия в целом. Так, при использовании угля для обжига клинкера применяют вращающиеся печи. Шахтные печи для такого вида топлива непригодны. При использовании газообразного или жидкого топлива отпадает необходимость организации сложных углеподготовительных установок и т. д.

Состав топлива. Твердое и жидкое топливо состоит из горючей и негорючей массы. Горючая масса включает сгорающую часть топлива и обозначается Сг или Нг. Негорючая масса представляет собой влагу W и золу А и называется балластом. Органическую массу твердого топлива составляют углерод С, водород Н, кислород О, азот N и органическая сера S0- Органическая масса дает представление о топливе без примеси золы, серы и влаги, а также колчеданной серы SK.

Для характеристики топлива применяют такие понятия, как «сухая» и «рабочая» массы топлива. Сухая масса характеризует абсолютно сухое топливо, например Ос илигЫс. Рабочая масса — это состояние топлива, в котором оно поступает на сжигание, например Ар. Рабочая масса топлива служит наиболее важной качественной характеристикой топлива и является исходной величиной для теплотехнических расчетов. Состав твердого и жидкого топлива выражается в процентах по весу. Газообразное топливо состоит из смеси различных горючих и негорючих газов. Горючими являются окись углерода СО, водород Н2, метан СН4, этилен С2Н4, этан С2Н6, сероводород H2S и др., а негорючими — азот N2, углекислый газ С02 и влага.

Состав газообразного топлива выражается в процентах по объему, а не по весу как для твердого и жидкого топлива. Содержание влаги в газе выражается в граммах на 1 м3 сухого газа.

Основной характеристикой топлива независимо от его вида служит теплотворная способность — количество килокалорий тепла, выделяемого при сгорании 1 кг твердого и жидкого топлива или 1 м3 газа. Размерность этой единицы для твердого и жидкого топлива ккал/кг, а для газообразного — ккал/м3-, обозначается теплотворная способность буквой Q.

В зависимости от того, к какой массе отнесена теплотворная способность — горючей, органической или рабочей, различают:

теплотворную способность органической массы Q°;

теплотворную способность горючей массы Qr;

теплотворную способность рабочей массы Qp.

Влага, образующаяся при сгорании топлива, может учитываться в продуктах горения в виде жидкости или пара. В связи с этим различают нижний предел теплотворной способности QH, если влага учитывается в виде пара, и верхний предел теплотворной способности QB, если влага учитывается в виде жидкости. Низшая или высшая теплотворная способность относится также к определенной массе, например к рабочей QE или Q£ и т. д.

Для того чтобы можно было сравнивать теплотворную способность различных видов топлива, введено понятие условное топливо. Под условным топливом понимают такое топливо, теплотворная способность которого равна 7000 ккал/кг для твердого и жидкого топлива или 7000 ккал/м3 для газообразного топлива. Топливо, которое сравнивают с условным, называется натуральным. Одни виды топлива имеют теплотворную способность выше условного топлива и являются высокоэффективными, например мазут; тепло!ворная способность других — ниже условного топлива (бурые угли, сланцы). При нагревании топлива без доступа кислорода воздуха происходит возгонка топлива: оно разлагается на «летучие» вещества-— газы и пары и твердый остаток — кокс. Летучие вещества состоят в основном из С02, СО, Н2 и СН4. Кокс представляет собой чистый углерод С и небольшое количество других составляющих топлива Н, О и N; зола топлива также остается в коксе. Количество летучих веществ обозначается Лг и выражается в процентах от веса топлива. Содержание летучих определяет характер горения топлива. При высоком содержании летучих топливо горит длинным пламенем, и такое топливо получило название «д л и н н о п л а м е н н о г о» (дрова, торф). Топливо с малым содержанием летучих горит коротким пламенем и получило соответственно название «короткопламенного» (антрацит).

Определение теплотворной способности топлива. Теплотворную способность топлива определяют расчетным и опытным путем.

Рассчитать теплотворную способность твердого и жидкого топлива можно по формуле Д. И. Менделеева

Определение теплотворной способности опытным путем производят калориметрическим способом. Для этого берут калориметрическую бомбу — металлический герметически закрывающийся сосуд — и помещают его в другой сосуд с водой.

Затем в бомбу вводят навеску топлива 1—1,3 г, закрывают крышку и через специальное отверстие в ней наполняют бомбу кислородом. Топливо в бомбе поджигают электрической искрой. Образующееся при сгорании топлива тепло через стенки бомбы начинает переходить в воду и нагревать ее.

По разности температуры воды после сгорания топлива и до опыта рассчитывают количество тепла, образовавшегося при сгорании навески топлива, и таким образом устанавливают теплотворную способность, приводя полученное тепло к 1 кг топлива.