Характеристики твердого топлива.

Выход летучих веществ. Если твердое топливо постепенно нагревать в инертной среде без доступа воздуха, то при высоких температурах сначала выделяются водяные пары, а затем происходит разложение кислородсодержащих молекул топлива с образованием газообразных веществ, получивших название летучие вещества (СО, Н₂, СО₂, С_mH_n, H₂S, CN, HCN и др.).

Выход летучих веществ из твердых топлив происходит в интервале температур от 160 до 1100 °С, но наибольший имеет место в области температур 400…800°С (рис. 3.4). Условно количественный выход летучих веществ из твердого топлива определяется по уменьшению массы пробы топлива после выдержки в тигле при температуре 850 ± 25°С в течение 7 мин без доступа воздуха и относится к составу горючей массы топлива V^Г_Л , %.

Выход летучих веществ прежде всего определяется содержанием кислорода в топливе, поэтому молодые по возрасту топлива (торф, бурые угли) имеют наибольший выход летучих веществ.

Количество летучих веществ в натуральном топливе можно определить, если известен внешний балласт топлива

(3.14)

Летучие вещества, выделившиеся из топлива, обеспечивают более раннее воспламенение оставшейся твердой частицы, так как летучие вещества воспламеняются при более низкой температуре (350…600°С), чем твердый остаток (950…1000°С), и нагревают твердую частицу до воспламенения. Влияние летучих веществ существенно на начальной стадии горения топлива: чем выше выход летучих веществ, тем быстрее воспламеняется топливо и тем глубже оно выгорает.

Рис. 3.4. Выход летучих веществ в зависимости от температуры для разных групп топлив (обозначения те же, что на рис.3.2).

В связи с этим выход летучих оказывает непосредственное влияние на организацию топочного процесса, выбор объема топочной камеры, эффективность (полноту) сжигания топлива. Эта характеристика является основой классификации твердых топлив.

Структура кокса. Оставшаяся после выхода летучих твердая часть топлива состоит в основном из углерода и минеральной части и называется коксом. Термические преобразования исходного вещества топлива в процессе выхода летучих приводят к изменению структуры твердой части, в результате чего коксовый остаток может быть спекшимся (твердым, сплавленным), слабоспекшимся (разрушающимся при надавливании или ударе) и порошкообразным (рассыпающимся после нагрева).

Некоторые каменные угли с большим содержанием битума при нагреве образуют плотный спекшийся кокс, используемый в металлургических печах. Такой уголь называется коксовым и поскольку он является ценным сырьем промышленности, то подвергается обогащению после добычи, т.е. отделяется крупнокусковое топливо (концентрат), а оставшееся мелкое топливо с повышенным содержанием минеральных примесей (отсевы, промежуточный продукт, шлам) направляется для сжигания на электростанции.

Структура коксового остатка играет роль при сжигании угля в печах на колосниковых решетках. В энергетических котлах при факельном сжигании топлива в объеме топки или в циркулирующем кипящем слое характеристика кокса большого значения не имеет.

Характеристики мазута.

Качество мазута оказывает сильное влияние на конструкцию и работу котельной установки.

Качество мазута, кроме его общих характеристик, выражается в следующих специальных показателях: изменение вязкости от температуры, плотность мазута, температура вспышки и воспламенения.

Рис.3.5. Зависимость вязкости мазутов от температуры

Вязкость. Важнейшей технической характеристикой, определяющей текучесть и условия применения мазута, является вязкость, которая существенно зависит от температуры (рис.3.5). В логарифмических координатах эта зависимость выражается прямой линией.

Вязкость мазута оказывает сильное влияние на продолжительность сливно-наливных операций, эффективность транспортировки по трубопроводам, качество распыления мазута перед сжиганием в топках и полноту его сжигания, а также на способность отстаивать содержащуюся в нем воду.

Кроме энергетических М40, М40В, М100, М100В на рис. 3.5 показана характеристика транспортных мазутов, применяемых для судовых установок (флотский мазут Ф5).

Повышение вязкости мазута с понижением температуры определяется содержанием парафинов.

Плотность. Обычно пользуются относительной плотностью мазута (плотностью по отношению к плотности воды при температуре 20°С). Относительная плотность составляет ρ₂₀ = 0,99…1,06. С повышением температуры относительная плотность уменьшается и может быть определена по формуле

(3.15)

где ρ_t - относительная плотность мазута при определяемой температуре; β - коэффициент объемного расширения топлива при нагреве на 1 °С, для мазута β = (5,1…5,3)·10^-4.

Температура вспышки и воспламенения. Температурой вспышки считается такая температура, при которой пары мазута над поверхностью жидкой фазы кратковременно воспламеняются при поднесении источника огня. Температурой воспламенения считается такая температура паров в смеси с воздухом, при которой после вспышки продолжается устойчивое горение не менее 5 с. Эта температура обычно на 15…20°С выше, чем при вспышке.

Мазут, сжигаемый на электростанциях, имеет температуру вспышки 135…245°С. Во избежание пожара температура подогрева мазута в открытых системах всегда должна быть ниже температуры вспышки, причем недогрев должен составлять не менее 10°С. Закрытая система подогрева - в теплообменниках под давлением - допускает подогрев мазута выше температуры вспышки.