ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ТОПЛИВО И ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ Краткие сведения о топливе Характеристика отдельных видов топлива. Твердое топливо из "Теплотехника " Источником теплоты является топливо, используемое в настоящее время во все возрастающих количествах. При горении органического топлива протекают химические реакции соединения горючих элементов топлива (углерода С, водорода Н и серы S) с окислителем — главным образом кислородом воздуха. Реакции горения протекают с выделением тепла при образовании более стойких соединений — СО2, SO2 и Н2О. Эти реакции связаны с изменением электронных оболочек атомов и не касаются ядер, так как при химических реакциях ядра реагирующих атомов остаются нетронутыми и целиком переходят в молекулы новых соединений. В 1954 г., после пуска в СССР первой в мире промышленной атомной электростанции мощностью 5 Мет, наступил век промышленного использования ядерного топлива, т. е. тепла, выделяющегося при реакциях распада атомных ядер некоторых изотопов тяжелых элементов и Ри . Вследствие ограниченности ресурсов топлива в Европейской части СССР, а также в районах, удаленных от месторождений органического топлива, в СССР строят мощные атомные электрические станции, и тем не менее основным источником тепла остается органическое топливо, о котором ниже приведены краткие сведения. В качестве топлива используют различные сложные органические соединения в твердом, жидком и газообразном состоянии. В табл. 16-1 приведена общепринятая классификация топлива по его происхождению и агрегатному состоянию. [c.206] Удельный вес нефти и йрйродного газа в общем топливном балансе непрерывно возрастает и к концу текущего пятилетия 1971—1975 гг. будет доведен до 67%. Однако большую роль И1 рают и каменные и бурые угли и другие виды твердого топлива. [c.207] Твердое и жидкое топливо состоит из углерода С, водорода Н, органической серы So и горючей колчеданной серы 5к, кислорода О и азота N, находящихся в виде сложных соединений. Помимо указанных элементов, составляющих гор/очг/ю массу топлива. в состав топлива входит еще балласт —зола А а влага W. Состав топлива выражают в процентах по массе. [c.207] Состав рабочей массы топлива (рис. 16-1) сильно зависит от величины балласта, и поэтому в справочниках чаще всего бывают приведены данные по составу горючей массы топлива, которая более стабильна для топлива каждого вида И месторождения. [c.207] Сообразно с содержанием, вкладываемым в понятие о массах топлива, для их взаимного пересчета служат очевидные формулы, объединенные в табл. 16-2. [c.207] Углерод и водород представляют самую ценную часть топлива. [c.208] Углерод при полном сгорании, т.е при образовании СОг, выделяет 33,65 Мдж на [ кг и содержится в значительном количестве в топливе всех видов древесине и 1орфе 50—58%, в бурых и каменных углях 65—80%, в тощих углях и антрацитах 90—95%, в мазуте 84—87%, в сланцах 61-73%. Указанные цифры даны в процентах на горючую массу топлива. Содержание углерода возрастает с увеличением химического возраста топлива и характеризует степень обуглероживания исходной органической массы растительного и животного происхождения. [c.208] Водород — второй ценный компонент каждого топлива. При полном сгорании 1 кг водорода выделяется 141,5 Мдж, если конечным продуктом сгорания является вода. В топливе водород частью находится в связанном виде, составляя внутреннюю влагу топлива, что понижает его тепловую ценность. С увеличением химического возраста топлива содержание водорода уменьшается. Водород играет большую роль в образовании летучих веш еств, выделяющихся при нагревании топлива без доступа воздуха. В состав этих летучих водород входит в чистом виде и в виде углеводородных и других органических соединений. [c.208] Кислород и азот являются внутренним балластом топлива, снижающим содержание горючих элементов кислород связывает часть водорода в топливе, вследствие чего топливо частично обесценивается. [c.208] Сера содержится в топливе в виде органических соединений So и колчедана Зк, объединяемых в летучую серу S i = So+Sk, способную при полном сгорании, т.е. при образовании SO2, выделить на 1 /сг ее 9 Мдж. Кроме того, сера входит в состав топлива в виде сернистых солей — сульфатов (например, гипса aS04), не способных гореть. [c.208] Присутствие серы резко снижает качество топлива, так как сернистые газы, образующиеся при ее сгорании, отрицательно влияют на качество металла и других веществ, соприкасающихся с газами. Сернистые газы, проникая в рабочие помещения, могут вызвать в той или иной степени отравление обслуживающего персонала. [c.208] Зола топлива, являясь балластной примесью, сильно влияет на его качество и протекание процесса сгорания в топках и газогенераторах. [c.208] Золу разделяют на первичную, входящую в состав материнского вещества вторичную, представляющую собой продукты выветривания и разложения минеральных пород, более или менее равномерно распределенных в горючем материале, и третичную — пустую породу, захваченную механизмами при разработке пластов угля. [c.208] Содержание золы в бурых и каменных углях (в процентах от рабочей массы топлива) составляет 4—25%, в торфе 5—7%, в дровах 0,6%, в мазуте 0,3%. Зола является смесью различных негорючих минеральных веществ. Так, в золу твердого топлива входят глина, состоящая из глинозема АЬОз и SiOs, свободный кремнезем SiOa, окислы железа FeO и РеаОз, известь СаО, магнезия MgO, щелочи и хлориды. [c.208] Влага топлива, так же как и зола, — вредная балластная составляющая рабочей массы топлива, которая резко снижает его ценность. В отдельных случаях (в дровах, торфе и бурых углях) влажность топлива достигает 30—50%. Влага топлива складывается, во-первых, из внешней или механической, вызванной поверхностным увлажнением. кусков топлива и заполнением влагой пор и капилляров, и, во-вторых, из равновесной влаги (устанавливающейся в материале при длительном контакте с окружающим воздухом), называемой гигроскопической при 100%-ной относительной влажности воздуха и представляющей собой границу, отделяющую внешнюю влагу от связанной. Содержание внешней влаги определяют высушиванием пробы топлива на воздухе до постоянной массы, а гигроскопическую влажность w твердого топлива — высушиванием в сушильном шкафу измельченной пробы воздушно-су-хого топлива до постоянной массы при 102—105° С. Влажность жидкого топлива определяют, давая воде отстояться в течение суток при температуре 40° С Б специальных сосудах и взвешивая всю пробу и воду. Влажность газообразного топлива находят, пропуская пробу газа через слой хлористого кальция, поглощающего влагу. [c.209] При W P 3 топливо считают маловлажным, при 8 —сильно влажным. [c.209] Числовые коэффициенты в этой формуле подобраны экспериментально и они приблизительно выражают 0,01 теплоты сгорания отдельных составляющих топлива. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива определяют экспериментально калориметрическим способом при помош,и калориметрической установки, в составе которой имеется прибор, называемый калориметрической бомбой. [c.210] Теплоту сгорания газообразного топлива определяют при помощи газового калориметра. В нем в течение определенного периода сжигают топливо, непрерывно подаваемое к горелке. Выделяющееся тепло воспринимается потоком воды. Расход газа определяется счетчиком, а расход воды —взвешиванием. В автоматическом калориметре обеспечено постоянство соотношения количеств воды и газа, благодаря чему исключается необходимость регистрации расхода воды и газа. [c.210] Теплоту сгорания обезвоженного топлива называют теплотой сгорания сухой массы топлива и обозначают Q=, а обезвоженного и обез-золенного топлива — теплотой сгорания горючей массы топлива и обозначают Q . [c.210] Другой важной характеристикой топлива является выход летучих веществ при нагревании топлива без доступа воздуха. Выход летучих lA дается в процентах от горючей массы топлива. Чем больше выход летучих, тем ниже температура воспламенения и легче зажигание топлива и тем больше при прочих равных условиях объем пламени. [c.210] Вернуться к основной статье