Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности icon

Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности




Скачати 232.13 Kb.
НазваТопливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности
Дата17.02.2014
Розмір232.13 Kb.
ТипДокументи
1. /4 курс/Mенеджмент.doc
2. /4 курс/_стор_я _нженернох д_яльност_.doc
3. /4 курс/Безпека життєд_яльност_.doc
4. /4 курс/Г_дравл_ка, г_дро- та пневмопривод.doc
5. /4 курс/Детал_ машин.pdf
6. /4 курс/Електротехн_ка, електрон_ка _ м_кропроцесорна техн_ка.doc
7. /4 курс/Конструкц_х кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
8. /4 курс/М_кроеконом_ка.rtf
9. /4 курс/Основи еколог_х.doc
10. /4 курс/Основи наукових досл_джень.doc
11. /4 курс/Основи технолог_х виробництва кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
12. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 10c. Кратко.doc
13. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 11c. Кратко.doc
14. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 12c. Кратко.doc
15. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 13с. Кратко.doc
16. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 14с. Кратко.doc
17. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 15с Кратко.doc
18. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко моя.doc
19. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко.doc
20. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 2с. Кратко.doc
21. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 3с. Кратко.doc
22. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 4c. Кратко.doc
23. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 5c. Кратко.doc
24. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 6с. Кратко.doc
25. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 7c. Кратко.doc
26. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 8c. Кратко.doc
27. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 9с. Кратко.doc
28. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Метод. ТОТзаочн.doc
29. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Раб. пр. ТОТ.doc
10. Конвективный теплообмен
Методичні вказівки та індивідуальні завдання
Програма навчальної дисципліни Основи наукових дослiджень та технiка експерименту
Методичні вказівки та контрольні завдання для студентів заочної
Методичні вказівки до виконання індивідуальних робіт з дисципліни «Мікроекономіка» Тематика індивідуальних завдань з дисципліни «Мікроекономіка»
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Конструкції колісних та гусеничних транспортних засобів» для студентів напряму 050503 машинобудування /Укл.: В. К. Сидоренко, О. М. Лосіков. Дніпропетровськ: нметАУ, 2012. 50 с
Методичні вказівки до вивчення дисципліни «Електротехніка, електроніка і мікропроцесорна техніка», література, пояснення до виконання індивідуальних завдань
Методичні вказівки до вивчення матеріалу кожної теми та наводяться запитання для контролю якості засвоєння тем. Даються методичні вказівки до виконання контрольної роботи, а також варіанти вихідних даних для неї
Методичні вказівки і індивідуальні завдання з дисципліни «Історія інженерної діяльності» для студентів спеціальностей 090202, 090218, 092301
Методичні вказівки до самостійного вивчення тем, передбачених програмою дисципліни «Mенеджмент», завдання до контрольної роботи та методичні вказівки до її виконання
Тема 14. Газообразное топливо и его сжигание
11. Теплообмен излучением
12. Сложный теплообмен
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности
Закон термодинамики
Тема термодинамические процессы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема теплоёмкость газов
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения
Закон термодинамики
6. Теоретические основы теплотехники 1998г
7. Тепловые двигатели
8. Теоретические основы теплотехники 1998г
9. Теплопроводность
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни "Теоретичні основи теплотехніки" для студентів спеціальностей 090202, 090218
Національна металургійна академія україни

Тема 13. Теоретические основы теплотехники 1998г.


13. ТОПЛИВО И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ


13.1. Виды топлива и их особенности

Энергетическим топливом называются горючие вещества, которые экономически целесообразно использовать для получения в промышленных целях больших количеств тепла. Основными его видами являются органические топлива: торф, горючие сланцы, угли, природный газ, продукты переработки нефти.

По способу получения различают природные и искусственные топлива. К природным относятся натуральные топлива: уголь, сланцы, торф, нефть, природные газы. Из твердых топлив к искусственным относятся кокс, брикеты угля, древесный уголь. Из жидких - мазут, бензин, керосин, соляровое масло, дизельное топливо. Из газовых—газы доменный, генераторный, коксовый, подземной газификации.

Торф, бурые угли, каменные угли и антрациты образовались в процессе последо­вательной углефикации отмершей растительной массы.

Основная выработка электрической и тепловой энергии производится на твердом топливе.

Характеристики и состав твердого топлива, в том числе выход летучих, спекаемость кокса, оказывают сильное влияние на процесс горения угля. С увеличением выхода летучих и содержания в них более реакционно-способных газов воспламенение топлива становится легче, а кокс благодаря большей пористости получается более реакционно-способным.

По этим свойствам каменных углей проводят их классифика­цию. Ископаемые угли подразделяются на три основных типа: бурые, каменные угли и антрацит.

Бурые угли. К бурым углям марки Б относят угли с неспекающимся коксом и высоким выходом летучих, обычно более 40%, и с высшей теплотой сгорания1 рабочей массы без зольного угля, меньшей 5700 ккал/кг (23883 Дж/кг).

Бурые угли характеризуются высокой гигроскопической и в большинстве случаев высокой общей влажностью, пониженным содержанием углерода и повышенным содержанием кислорода по сравнению с каменными углями. Вследствие сильной балластированности золой (Ар=15-25%)2 и влагой (WP=20—35%) низшая теплота сгорания3 бурых углей пониженная МДж/кг (2500-3600 ккал/кг).

Каменные угли. К каменным углям относят угли с высшей теплотой сгорания рабочей массы без зольного угля большей 5700 ккал/кг (23883 Дж/кг) и с выходом летучих более 9%. Основная масса их спекается. Часть их с выходом летучих веществ большим 42—45% (длиннопламенные) и меньшим 17% (тощие) - не спекается.

Каменные угли обладают относительно меньшим балластом: Ар=5-15%, WP=5—10% и более высокой теплотой сгорания МДж/кг (5500—6500 ккал/кг).

Торф является химически и геологически наиболее молодым ископаемым твердым топливом и обладает высоким выходом летучих (VГ=70%), высокой влажностью (WP=40—50%), умеренной зольностью (AР=5—10%), низкой теплотой сгорания МДж/кг (2000—2500 ккал/кг).

Сланцы. В Эстонии большое значение имеют горючие сланцы, добываемые открытым способом. Зольность сланцев очень большая и доходит до AР=50-60%, влажность также повышенная WP=l5—20%. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая МДж/кг (1400—2400 ккал/кг) при высокой теплоте сгорания горючей массы МДж/кг (6500—8000 ккал/кг). Высокое содержание водорода в горючей массе HГ=7,5—9,5% обусловливает большой выход летучих у сланцев, достигающий 80—90%, и их легкую воспламеняемость.

Топливо с высокой зольностью и влажностью вследствие большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги. В этом смысле такие топлива принято называть местными. К ним, в частности, относятся некоторые бурые угли, как, например, подмосковные, башкирские, украинские, торф и сланцы.

Мазут. Из жидких топлив в энергетике используется мазут трех марок — 40, 100 и 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей при 80°С для мазута 40 — 8,0; для мазута 100 — 15,6; для мазута 200 — 6,5—9,5 град. усл. вязкости (°УВ) при 100°С.

В мазуте содержится углерода 84—86% и водорода — 11—12%, содержание влаги не превышает 3—4%, а золы — 0,5%. Мазут имеет высокую теплоту сгорания МДж/кг (9400—9600 ккал/кг).

По содержанию серы различают малосернистый мазут SР0,5%, сернистый — SР до 2% и высокосернистый SР до 3,5%; по вязкости — маловязкий и высоковязкий, содержащий смолистые вещества и парафин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25—35 0С. В связи с этим при сжигании применяется предварительный нагрев вязких мазутов до температуры 80—120°.

Природный газ. Большое значение в топливном балансе Украины имеют природные газы, представляющие собой смесь углеводородов, сероводорода и инертных газов: азота и углекислоты. Основной горючей составляющей природных газов является метан (от 80 до 98%), что обусловливает их высокую теплоту сгорания. В них инертных газов содержится немного: 0,1—0,3% С02 и 1—14% N2.

Теплота сгорания сухого природного газа МДж/м3 (8000—8500 ккал/м3).

Доменный газ образуется при выплавке чугуна в доменных печах. Его выход и химсостав зависят от свойств шихты и топлива, режима работы печи, способов интенсификации процесса и других факторов. Выход газа колеблется в пределах 1500-2500 м3 на тонну чугуна. Доля негорючих компонентов (N2 и CO2) в доменном газе составляет около 70%, что и обуславливает его низкие теплотехнические показатели (низшая теплота сгорания газа равна 3-5 МДж/м3).

При сжигании доменного газа максимальная температура продуктов сгорания (без учёта тепловых потерь и расхода теплоты на диссоциацию CO2 и H2O) равна 1400-1500 0C. Если перед сжиганием газа его и воздух подогреть, то температуру продуктов сгорания можно значительно повысить.

Ферросплавный газ образуется при выплавке ферросплавов в рудовосстановительных печах. Газ, отходящий из закрытых печей, можно использовать в качестве топливных ВЭР. В открытых печах в связи со свободным доступом воздуха газ сгорает на колошнике.

Выход и состав ферросплавного газа зависит от марки выплавляемого сплава, состава шихты, режима работы печи, её мощности и т.п. Состав газа: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, O2<1%, 2-5% CO2, остальное N2. Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 0C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м3.

Конвертерный газ образуется при выплавке стали в кислородных конвертерах. Газ состоит в основном из оксида углерода, выход и состав его в течение плавки значительно изменяются. После очистки состав газа примерно таков: 70-80% CO; 15-20% CO2; 0,5-0,8% O2; 3-12% N2. Теплота сгорания газа составляет 8,4-9,2 МДж/м3. Максимальная температура сгорания достигает 2000 0С.

Коксовый газ образуется при коксовании угольной шихты. В чёрной металлургии он используется после извлечения химических продуктов.

Состав коксового газа зависит от свойств угольной шихты и условий коксования. Объёмные доли компонентов в газе находятся в следующих пределах, %: 52-62 H2; 0,3-0,6 O2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO2. Теплота сгорания равна 17-17,6 МДж/м3, максимальная температура продуктов сгорания - 2070 0С.


13.2. Состав твердого, жидкого и газообразного топлива

Твердые и жидкие топлива представляют собой сложные соедине­ния горючих элементов, молекулярное строение которых еще недоста­точно изучено, и включают в себя минеральные примеси и влагу. Эле­ментарный химический анализ этих топлив не раскрывает химической природы входящих в них соединений и поэтому не может дать достаточ­но полного представления об их свойствах, но позволяет рассчитать тепловой и материальный баланс горения топлива. Соответственно сте­пени углефикации содержание углерода в органической массе топлив увеличивается, а кислорода и азота уменьшается, что способствует повышению энергетической ценности топлива.

Химический состав газообразных топлив, представляющих собой простые смеси, определяют полным газовым анализом и выражают в процентах от их объема.

Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю, назы­вается рабочим, а вещество, составляющее его, — рабочей массой. В элементарный химический состав его, выражаемый следующим образом:

Cp+Hp+Op+Np+Spop+к+Ap+Wp=lOO% (13-1)

входят горючие вещества: углерод С, водород Н, сера S, а также кисло­род О и азот N, находящиеся в сложных высокомолекулярных соеди­нениях4. Топливо содержит негорючие минеральные примеси, превра­щающиеся при сжигании топлива в золу А и влагу W.

Минеральные примеси и влажность одного и того же сорта топлива в разных районах его месторождения и различных местах могут быть разными, а также могут изменяться при транспортировке и хранении. Более постоянным является состав горючей массы топлива. Имея в ви­ду это обстоятельство, для сравнительной теплотехнической оценки раз­личных сортов топлива ввели условные понятия сухой, горючей и органической массы, составляющие которых, выраженные в про­центах, обозначаются теми же символами, что и рабочая масса, но соответственно с индексами «с», «г» и «о» вместо индекса рабочей мас­сы, «р».

Твердое топливо с установившейся в естественных условиях влажностью называется воздушно-сухим. Проба такого топлива, поступающего для лабораторного анализа, носит название аналитической пробы топлива.

Основной горючей составляющей топлива является углерод, го­рение которого обусловливает выделение основного количества тепла. Теплота сгорания аморфного углерода 34,4 МДж/кг (8130 ккал/кг).

Водород является вторым по значению элементом горючей мас­сы топлива, его содержание в горючей массе твердых и жидких топлив колеблется от 2 до 10%. Много водорода содержится в природном газе, мазуте и горючих сланцах, меньше всего в антраците. Теплота сгора­ния водорода в водяной пар — 10,8 МДж/м3 (2579 ккал/м3).

Кислород и азот в топливе являются органическим балла­стом, так как их наличие уменьшает содержание горючих элементов в топливе. Кроме того, кислород, находясь в соединении с водородом или углеродом топлива, переводит некоторую часть горючих в окислив­шееся состояние и уменьшает его теплоту сгорания. Содержание кисло­рода велико в древесине и торфе. Азот при сжигании топлива в атмос­фере воздуха не окисляется и переходит в продукты сгорания в свобод­ном виде.

Сера может содержаться в топливе в трех видах: органиче­ская Sop, колчеданная Sк и сульфатная Sc:

S=Sop+Sк+Sc. (13-2)

Органическая сера входит в состав сложных высокомолекулярных органических соединений топлива. Колчеданная сера представляет со­бой ее соединения с металлами, чаще с железом (FeS2 — железный колчедан), и входит в минеральную часть топлива. Органическая и кол­чеданная сера Sop+к при горении топлива окисляется с выделением тепла. Сульфатная сера входит в минеральную часть топлива в виде суль­фатов CaS04 и FeS04 и поэтому в процессе горения дальнейшему окис­лению не подвергается. Сульфатные соединения серы при горении пере­ходят в золу. В горючую массу топлива входят Sop и Sk, которые при сгорании топлива переходят в газообразные соединения SO2, и в не­большом количестве в SO3.

Содержание серы в твердых топливах обычно невелико. В нефти сера входит в состав неорганических соединений, в природных газах она практически отсутствует, в попутных газах некоторых нефтяных место­рождений содержится немного серы в виде сероводорода H2S и серни­стого газа SO2. Образующийся при горении топлива сернистый газ и особенно сопутствующий ему в небольшом количестве серный газ SO3 вызывают коррозию металлических частей парогенераторов и отравляют окружающую местность. Вследствие низкой теплоты сгорания — 9,3 МДж/кг (2220 ккал/кг) присутствие серы уменьшает теплоту сгора­ния топлива. Поэтому сера является вредной и нежелательной при­месью топлива.

В табл. 13-1 приведен элементарный химический состав горючей массы различных видов топлива.

Таблица 13-1


Топлво

Состав горючей массы, %



Cг

Wг

Oг

Nг

Sгор+к

Древесина


51



6



42,6


0,5



-



Торф


58

6

33


2,5

0,5

Бурый уголь

64—77

4—6

15—25

1

0,5-7,5

Каменный уголь:

длиннопламенный

тощий


75—80

88—90


5—6

4—4,5


10—16

3—4


1,5

1,5


0,5—7

1—3

Антрацит

90—93

2—4

2—4

1

0,5—2

Горючие сланцы

60—75

7—9

10—17

1

5—15

Мазут

86—88

10—10,5

0,5-0,8

0,5—3



13.3. Высшая и низшая теплота

сгорания топлива

Всякая химическая реакция сопровождается выделением или по­глощением тепла и соответственно называется экзотермической или эндотермической. Химические реакции, протекающие в процессах горе­ния, преимущественно сильно экзотермические, некоторые реакции, как, например, реакции восстановления углекислоты, являются эндо­термическими.

Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании единицы массы данного топлива зависит от того, в паровом или жидком состоя­нии находится влага в продуктах сгорания. Если водяной пар сконден­сируется и вода в продуктах сгорания будет находиться в жидком виде, то тепло парообразования освободится и тогда количество теп­ла, выделяющегося при сгорании единицы массы топлива, получается больше.

Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг твер­дого или жидкого топлива или 1 м3 газового топлива, при условии, что образующиеся водяные пары в продуктах сгорания конденсируются, называется высшей теплотой сгорания топлива.

В условиях температур и парциального давления Н20 на всем про­тяжении газового тракта парогенератора водяные пары, содержащиеся в продуктах сгорания, не конденсируются и вместе с ними отводятся в атмосферу. Следовательно, некоторая часть тепла, выделившегося при сгорании затрачивается на образование водяного пара и не может быть использована в парогенераторе. Поэтому теплота сгорания полу­чается меньше освобождающейся при горении химической энергии топлива.

Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или 1 м3 газового топлива, за вычетом тепла парообразования водяных паров, образующихся при горении, называет­ся низшей теплотой сгорания.


13.4. Условное топливо

Расход топлива на парогенератор данной производительности зависит от его теплоты сгорания, которая для различных топлив изменяется в больших пределах. Для сравнения по энергетической ценности и эффективности использования различных сортов топлив введено понятие об условном топливе, которому присваивается теплота сгорания, равная Qycл =29,33 МДж/кг (7000 ккал/кг).


13.5. Температура горения топлива

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, воспринимается про­дуктами сгорания, которые нагреваются до определенной температуры, называемой температурой горения. Различают калориметрическую, теоретическую и действительную температуры сгорания топлива.

В уравнение теплового баланса реального горения входят составляющие, величина которых зависит не только от теплофизических свойств топлива, но и от условий, при которых протекает горение. Например, от сте­пени подогрева топлива и воздуха, потерь теплоты при горении, тепловосприятия в топке, коэффициента из­бытка воздуха.

Чтобы выявить потенциальные воз­можности топлива, вводят понятие горения без подогре­ва топлива и воздуха при идеальном адиабатическом процессе, т. е. горения с теоретическим количеством воз­духа, без потерь теплоты и без теплообмена в топочной камере и с окружающей средой. Полученная в этих условиях температура продуктов сгорания называется теоретической.

Калориметрическая температура отражает влияние подогрева топлива и воздуха и коэффициента избытка расхода воздуха  на температуру адиабатического горения. Повышение температуры подогрева топлива и воздуха увеличивает приход теплоты в зону горения и повышает температуру горения, а увеличение коэффициента избытка воздуха  вызывает увеличение объема продуктов сгорания Vг, что понижает температуру горения. Поэтому в зависимости от влияния этих факторов калориметрическая температура может быть выше или ниже теоретической.


В реальных условиях не все тепло, выделяющееся при горении, идет на нагрев продуктов реакции, так как часть тепла передается экранной системе топочной камеры и некоторое количество тепла теря­ется в окружающую среду; кроме того, при высоких температурах про­исходит диссоциация части продуктов сгорания (СО2 и Н2О), сопрово­ждающаяся поглощением тепла.

Для каждого типа топки, вида и способа сжигания топлива разрабо­тана специальная методика расчета теплообмена в топ­ке и определения действительной температуры газов на выходе из топки.

Отношение действительной температуры горения топлива к теоретической называется пирометрическим коэффициентом.


13.6. Теплотехническая оценка

топлива

Для оценки эффективности использования топлив в парогенерато­рах важными теплотехническими харак­теристиками топлив являются: содержание и состав минеральных при­месей, влажность, выход летучих, свойства коксового остатка и величина теплоты сгорания. Определение этих характеристик входит в технический анализ топлива. Свойства топлива как горючего материа­ла зависят от его химического состава, который определяется элемен­тарным химическим анализом.


13.6.1. Минеральные примеси топлива

В твердом топливе значительную часть примесей составляют внеш­ние примеси. Поэтому содержание минеральных примесей даже в одном и том же виде топлива может сильно колебаться. Основными минеральными примесями являются: силикаты (кремнезем SiO2, глинозем А1203, глина), сульфиды (преимущественно FeS2), карбонаты (СаСО3, MgCO3, FeCO3), сульфаты (CaSO4, MgS04), закиси и окиси металлов, фосфаты, хлориды, соли щелочных металлов.

В процессе горения в среде высоких температур в минеральных примесях топлива происходят физические и химические преобразования. По мере повышения температуры топлива гипс и силикаты теряют свою кристаллизационную влагу.

В интервале температур 400—600°С колчедан окисляется

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2.

Сернистый ангидрид, образующийся при окислении колчедана и органической серы, вступает в реакцию с СаСО3 и O2

2SO2+2СаСО3+O2=2СаSO4+2СO2.

При температуре выше 600°С разлагаются карбонаты по реакции типа

СаСО3=СаО+СO2

и улетучивается некоторая часть хлоридов и соединений щелочных ме­таллов.

При температуре выше 1000°С разлагаются сульфаты

СаSO4=СаО+SO3.

При этих температурах начинается химическое взаимодействие между силикатной основой примесей и другими окислами. В окисли­тельной среде закись железа переходит в его окись

4FеО+O2=2 Fе2О3,

а в восстановительной среде — в металл. В полувосстановительной сре­де закись железа может сохраниться и при определенном температур­ном уровне соединиться с кремнеземом, образуя легкоплавкие силика­ты. Этим объясняется наблюдающееся значительное снижение темпе­ратуры плавления шлаков в полувосстановительной среде.


13.6.2. Балласт топлива

Негорючие минеральные примеси и влага являются внешним балластом твердого топлива. Своим присутствием минеральные при­меси и влага уменьшают содержание горючей массы в единице массы рабочего топлива; кроме того, при сжигании топлива на испарение вла­ги затрачивается определенное количество тепла. Поэтому с увеличени­ем зольности и влажности уменьшается теплота сгорания топлива, уве­личивается его расход у потребителя, соответственно увеличиваются расходы на добычу и перевозку.

По происхождению различают три вида минеральных примесей.

Первичные примеси в составе материнского вещества пе­решли в топливо из углеобразователей. Эти примеси связаны с органи­ческой массой топлива. По количеству их обычно немного, они равно­мерно распределены по всей массе топлива и не могут быть удалены из него.

Некоторое количество примесей внесено в топливо в процессе угле-образования как наносы ветром и водой. Эти примеси, называемые вторичными, распределены в топливе менее равномерно, иногда встречаются в виде тонких прослоек. Первичные и вторичные мине­ральные примеси являются внутренними примесями топлива.

Третичные примеси попадают в топливо в виде породы при его добыче от внешнего минерального окружения вырабатываемого пласта и распределены в топливе неравномерно, сравнительно легко отделяются и являются внешними примесями.


13.6.3. Зола топлива

Твердый негорючий остаток, получающийся после завершения пре­образований в минеральной части топлива в процессе его горения, назы­вают золой. Выход газифицирующейся части примесей уменьшает массу золы по отношению к исходным минеральным примесям топлива, а некоторые реакции, например, окисление железного колчедана, приво­дят к его увеличению. Обычно масса золы немного меньше массы ми­неральных примесей в топливе, лишь в горючих сланцах вследствие разложения содержащихся в них карбонатов золы получается значи­тельно меньше по сравнению с массой минеральных примесей.

В топочной камере при высоких температурах часть золы расплав­ляется, образуя раствор минералов, который называется шлаком. Из топки шлаки удаляются в жидком или гранулированном состоянии.

Для оценки степени засоренности горючей массы топлива зольность относят к его сухой массе, выражая ее в процентах. Зольность опреде­ляется сжиганием предварительно высушенной пробы топлива опреде­ленной массы в платиновом тигле и прокаливанием до постоянной мас­сы (твердых топлив при температуре 800±25°С, а жидких топлив — 500°С). Зольность топлива изменяется от долей процента в мазуте и древесине до 40—60% в сланцах. Зола, образующаяся при сгорании топлива при высоких температурах и кратком времени пребывания в топочной камере, по своему химико-минералогическому составу отли­чается от золы, образующейся при анализе на зольность сжиганием топлива в лабораторных условиях.

Важными свойствами золы являются ее абразивность и характе­ристики плавкости. Зола с высокой абразивностью вызывает сильный износ конвективных поверхностей нагрева парогенераторов.

Плавкость золы определяется нагреванием в специальной печи в полувосстановительной газовой среде трехгранной пирамидки стандартных размеров высотой 13 мм и длиной грани ее основания 6 мм, сделанной из измельченной пробы испытуемой золы (ГОСТ 2057-49).

Различают следующие характеристики плавкости золы:

t1 температура начала деформации, при которой пирамидка сги­бается или вершина ее закругляется;

t2 температура начала размягчения, при которой вершина пи­рамидки наклоняется до ее основания или пирамидка превращается в шар;

t3 — температура начала жидкоплавкого состояния, при которой пирамидка растекается на подставке;

t0 температура начала истинно жидкого состояния, при котором расплав шлака подчиняется законам Ньютона о течении истинной жид­кости.

По характеристикам плавкости золы энергетические угли подраз­деляются на три группы: с легкоплавкой золой t31350, с золой средней плавкости t3=13501450 °С и с тугоплавкой золой t3>1450 °С.


13.6.4. Влага топлива

Влагу топлива подразделяют на две части: внешнюю и вну­треннюю.

При добыче топлива, транспортировке и хранении в него попадают подземные и грунтовые воды, влага из атмосферного воздуха, вызывая поверхностное увлажнение кусков топлива. С уменьшением размера кусков удельная поверхность топлива увеличивается и увеличивается количество удерживаемой ею внешней влаги. К внешней также относит­ся капиллярная влага, т. е. влага, заполняющая капилляры и поры, сильно развитые в торфе и бурых углях. Внешняя влага может быть удалена механическими средствами и тепловой сушкой.

К внутренней относят коллоидную и гидратную влагу. Коллоидная влага является составной частью топлива. В его массе она распреде­ляется очень равномерно. Количество коллоидной влаги зависит от хи­мической природы и состава топлива и содержания влаги в атмосфер­ном воздухе. По мере увеличения степени углефикации топлива содер­жание коллоидной влаги падает. Много коллоидной влаги в торфе, меньше в бурых углях и мало в каменных углях и антрацитах. Гидратная или кристаллизационная влага химически связана с минеральными примесями топлива, главным образом сернокислым кальцием и алю­мосиликатом. Гидратной влаги в топливе содержится мало, она стано­вится заметной в многозольных топливах. При подсушке испаряется часть коллоидной влаги, но практически не изменяется содержание гидратной влаги. Последняя может быть удалена лишь при высоких тем­пературах.

Твердое натуральное топливо при пребывании на воздухе теряет, а подсушенное приобретает влагу до тех пор, пока давление насыщен­ного пара влаги топлива не уравновесится с парциальным давлением влаги воздуха, т. е. с его относительной влажностью. Твердое топливо с установившейся в естественных условиях влажностью называют воз­душно-сухим топливом.

Важной технической характеристикой является гигроскопическая влажность топлива, получаемая при подсушке до равновесного состоя­ния в воздушной среде при точно выраженных условиях: температуре 20±1°С и относительной влажности 65±5% (ГОСТ 8719-58). С повы­шением степени углефикации топлива гигроскопическая влага умень­шается.

Влажность рабочей массы различных топлив колеблется в широ­ких пределах. Для определения влажности топлива готовят лаборатор­ную пробу измельчением топлива до кусочков размером 3 мм и меньше. Пользуются и аналитической пробой, подготовленной из лабораторной измельчением ее частиц до размеров меньше 100 мкм и подсушкой до воздушно-сухого состояния. Влажность рабочего топлива определяют сушкой лабораторной пробы при температуре около 105°С до достиже­ния ею постоянной массы. Аналитическую влагу определяют тем же методом сушкой аналитической пробы топлива.

Повышенная влажность приводит к снижению теплоты сгорания топлива и увеличению его расхода, к увеличению объема продуктов сго­рания, а следовательно, потерь тепла с уходящими газами и затрат на удаление их из парогенератора. Кроме того, высокая влажность способ­ствует выветриванию и самовозгоранию твердого топлива при его хра­нении. С повышением влажности ухудшается сыпучесть твердых топлив. В зимнее время высокая влажность может вызвать смерзаемость топ­лива, нарушающую нормальную работу устройств топливоподачи с рез­ким уменьшением подачи топлива.


13.6.5. Выход летучих и свойства кокса

Одними из наиболее важных теплотехнических характеристик топ­лив являются величина выхода летучих и свойства коксо­вого остатка.

При нагревании твердых топлив происходит распад термически нестойких сложных, содержащих кислород углеводородистых соедине­ний горючей массы с выделением горючих газов: водорода, углеводоро­дов, окиси углерода и негорючих газов — углекислоты и водяных паров. Выход летучих веществ определяют нагреванием пробы воздушно-сухо­го топлива в количестве 1 г без доступа воздуха при температуре 850°С в течение 7 мин. Выход летучих, определенный как уменьшение массы пробы испытываемого топлива за вычетом содержащейся в нем влаги, относят к горючей массе топлива.

У разных топлив состав и теплота сгорания летучих веществ раз­личны. По мере увеличения химического возраста топлива содержание летучих веществ уменьшается, а температура их выхода увеличивается. При этом вследствие уменьшения количества инертных газов теплота сгорания летучих веществ увеличивается. Для сланцев выход летучих составляет 80—90% от горючей массы; торфа — 70%. Для бурых углей — 30—60%, каменных углей марок Г и Д — 30—50%. У тощих углей и антрацитов выход летучих мал и соответственно равняется 11—13 и 2—9%. Поэтому содержание летучих веществ и их состав могут быть приняты в качестве признаков степени углефикации топлива, его хими­ческого возраста.

Для торфа выход летучих начинается при температуре примерно 100°, бурых и жирных каменных углей — 150—170°, горючих сланцев — 230°С, тощих углей и антрацитов ~400°С и завершается при высоких температурах — 1100—1200°С.

После отгонки летучих веществ из топлива образуется так назы­ваемый коксовый остаток. При содержании в угле битуминозных ве­ществ, которые при нагревании переходят в пластическое состояние или расплавляются, порошкообразная проба угля, испытываемого на содер­жание летучих, может спекаться и вспучиваться. Способность топлива при термическом разложении образовывать более или менее прочный кокс называется спекаемостью. Торф, бурые угли и антрацит дают по­рошкообразный кокс. Каменные угли с выходом летучих 42—45% и тощие угли с выходом летучих менее 17% дают порошкообразный или слипшийся коксовый остаток.

Угли, образующие спекшийся коксовый остаток, являются ценным технологическим топливом и используются в первую очередь для про­изводства металлургического кокса. Кокс в виде спекшегося или сплав­ленного остатка получается нагреванием измельченного до размеров 3—3,5 мм угля при температуре 1000°С без доступа воздуха. Свойства кокса зависят от состава органических соединений горючей массы топ­лива и содержания летучих веществ в нем.


13.7. Коэффициент использования

тепла топлива

В общем случае не все тепло, выделяющееся при сгорании топлива, используется по назначению. Так, при работе парогенератора часть тепла Q1 расходуется на производство пара, а другая - теряется с уходящими газами, шлаком, передается в окружающую среду процессами теплообмена или вовсе не используется из-за химического и механического недожога топлива5. Поэтому отношение Q1 к низшей теплоте сгорания топлива Qнр называется коэффициентом полезного действия парогенератора, который по своей физической сущности является коэффициент использования тепла топлива.

Будем называть отношение количества теплоты, использованного по назначению, к выделившейся при этом низшей теплоты сгорания топлива коэффициентом использования тепла топлива.



1 Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м3 газового топлива, при условии, что образующиеся водяные пары в продуктах сгорания конденсируются, называется высшей теплотой сгорания топлива.


2 Индекс “p” здесь и далее обозначает величины, характеризующие рабочее топливо.

3 Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или 1 м3 газового топлива, за вычетом тепла парообразования водяных паров, образующихся при горении, называется низшей теплотой сгорания топлива.

4 Здесь индекс «оp» обозначает то, что ведется учет как органической, так и колчеданной серы. Колчеданная сера содержится в пирите (FeS2), именуемом железным колчеданом.

5 При химическом недожоге имеем горючие компоненты топлива, не прореагировавшие из-за плохо организованного процесса горения (например, при недостатке окислителя). Механический недожог возникает при быстром удалении не прореагировавших остатков топлива из зоны горения.

Схожі:

Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности iconОтчет о каждом этапе проверки импортируемого мокс-топлива kepco должен предоставлять администрации префектуры Фукуи. Заявление губернатора о возобновлении проекта мокс вызвало протест организации «Зеленое движение Киото»
Фукуи дала разрешение на использование отработавшего ядерного топлива для реактора аэс «Такахама». Губернатор Фукуи выразил также...
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности iconЭкономические последствия оккупационного режима на Украине и его особенности на Сумщине
Статья содержит материал к научной конференции, посвященной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне. Рассматриваются экономические...
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности icon1. Концептуальные основы стратегического анализа Понятие стратегии и виды стратегий. Управление, основные виды управления и этапы его развития. Понятие организационной среды как объекта стратегического анализа. Предмет стратегич
Стратегический анализ является нормативной дисциплиной предусмотренной учебным планом подготовки магистров специальности «Учет и...
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности icon2 Основные виды топлива
Наибольший интерес, вызывают нефть и газ, запасы которых довольно ограничены. В то же время, именно их добыча и переработка наиболее...
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности icon“Припасовка цельнолитого комбинированного мостовидного протеза”
Знать особенности препарирования зубов под разные виды цельнолитых комбинированных коронок
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности iconГост 10585-99 межгосударственный стандарт топливо нефтяное. Мазут технические условия межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации минск
Разработан межгосударственным техническим комитетом мтк 31 «Нефтяные топлива и смазочные материалы» (Всероссийским научно-исследовательским...
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности iconВодорода предполагается использовать в качестве автомобильного, авиационного и ракетного топлива, а также топлива для газовых турбин и мгд-установок
Мгд-установок. Например, запас топлива в виде жидкого водорода в 3-4 раза меньше по массе, чем традиционного, что в 2,5 раза увеличивает...
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности iconДемографическая ситуация в современной украине и ее причины т. И. Иванова, С. С. Марочко, А. В. Олейник
Целью данной статьи является: раскрыть сущность современной мировой демографической ситуации, ее признаки и особенности; показать...
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности iconТема Предмет и методы курса, его структура
Особенности формирования и размещения продуктивных сил в границах регионов (областей)
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности iconМетодические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплине
Охватывают топлива с содержанием серы до 2%, вторые – топлива с содержанием серы от 2 до 3,5 %
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности iconМалоэнергоемкая технология производства пенобетона в. Н. Тарасенко
Анализ потребления тепла показал, что на нужды отопления и горячего водоснабжения в зданиях средней полосы России расходуется около...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи