Энергетическое топливо

Лекция №2

Это горючие вещества, которые намеренно сжигают, чтобы получить значительные количества теплоты. Общая классификация по агрегатному состоянию:

Твёрдое

Жидкое

Газовое

естественные

Древесин, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит

Нефть

Природный газ

искусственные

Брикеты, кокс

Моторные топлива

Генераторный газ

отходы

Отходы углерода

Мазут

Доменный и коксовый газ

Твёрдое топливо образовалось из останков растений в результате длительного разложения без доступа воздуха.

Стадии преобразования

1) торфяная – разложение на открытом воздухе и впоследствии под водой. С – min, О – max.

2) буро-угольная – разложение продолжается под слоем земли при давлении свыше 100 атм. С – растёт, О – падает.

3) каменно-угольная – аналогично стадии 2. Содержание С достигает максимума, О – минимума.

Технические характеристики

1) Элементарный состав.

2) Влажность.

3) Зольность.

4) Выход летучих веществ.

5) Коксовый остаток.

6) Теплота сгорания.

Элементарный состав топлива

Горючая часть:

Сложные хим. соединения состоящие из С, Н, S.

1. С = 20% (древесина) ÷ 70% (антрацит), 80÷85% (мазут и газы).

горение С + О₂ = > СО₂ + 34 МДж/кг.

Особенности:

· основное наполнение топлива.

2. Н = 2% (антрацит) ÷ 4% (древесина), 10÷11% (мазут и газы).

горение 2Н₂ + О₂ = > 2Н₂О + 121 МДж/кг

Особенности:

· больше выделение теплоты

· ускоряет воспламеняемость.

a б в

3. S_общ = S_гор + S_негор = [S_орг + S_колч] + [S_сульф]

а) содержится в органических соединениях S + О₂ = > SO₂ + 9 МДж/кг

б) содержится в колчедане (FeS₂) FeS₂ + O₂ = > Fe₂O₃ + 3O₂

в) содержится в сульфатах минеральной части топлива (CaSo₄, MgSO₄, FeSO₄)

S = 0, 1 ÷ 5%

Особенности:

· низкая теплота сгорания,

· образование токсичных газов (при сжигании SO₂ и SO₃),

· низкотемпературная коррозия воздухоподогревателей (5% SO₂ + O = > SO₃, H₂O + SO₃ = > H₂SO₄ если температура стенки ВЗП ниже точки росы H₂SO₄, то последняя конденсируется и реагирует с металлом стенки Fe + H₂SO₄ = > Fe₂SO₄ + H₂).

Балласт:

Внутренний

обусловлен содержанием кислорода и азота. Б_внутр = О + N

O = 2 ÷ 25 %

Антр. Др.

N = 0.2 ÷ 2 %

1) ↑(O + N) → ↓(C + H + S) → ↓Q → → ↑B

2)

3)

Внешний

влага и минеральные примеси.
Б_внутр = О + N

влага = 5 ÷ 70 %

Антр. Др.

М = 1 ÷ 60 %

Др. Угл

Виды исходной массы топлива

1) Рабочая – то, что поступает в котельную,

С^p + Н^p + S^p + O^p + N^p + W^p + A^p = 100%

2) Аналитическая – в условиях лаборатории,

С^а + Н^а + S^а + O^а + N^а + W^а + A^а = 100% (W^а < W^p)

3) Сухая (W^р = 0),

С^с + Н^с + S^с + O^с + N^с + A^с = 100%

4) Горючая (W^р = 0, A^p = 0),

С^г + Н^г + S^г + O^г + N^г = 100%

Для произвольного элемента справедливо Х^р < X^а < X^с < X^г

Переход от одной массы к другой осуществляется с помощью коэффициентов пересчёта:

Исходная масса	Искомая масса
Рабочая	Сухая	Горючая
Рабочая
Сухая
Горючая

При изменении табличного состава:

Пример:

Н^р = 2% W^р = 50% Н^с =?

Влажность топлива

Примерный диапазон влажности рабочей массы топлива W^p = 5÷70%

1) Внешняя - 3÷10%, на поверхности кусков.

2) Капиллярная – 10÷30%, содержится в полостях и капилярах кусков древесины.

3) Коллоидная – 1% (Антрацит) ÷ 5% (КУ) ÷ 10% (БУ), удерживается органической частью топлива.

4) Гидратная – < 0, 1%, входит в состав кристаллогидратов минеральной части топлива (Al₂O₃·SiO₂·2H₂O, CaSO₄·2H₂O) и не удаляется при сушке.

С увеличением геологического возраста снижается пористость топлива и уменьшается его влажность.

Влажность плохо влияет на работу котла:

1. ↑W → ↓(C + H + S) → ↓Q → ↑B

2. плохо воспламеняется и медленно горит;

3. низкая полнота сгорания;

4. нарушается сыпучесть;

5. смерзается;

6. коррозирует оборудование;

Зольность топлива

Характеристика его минеральной части до сжигания. Состав золы:

1) Al₂O₃ 10÷40%

2) SiO₂ 30÷60%

3) FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄

4) CaCO₃, MgCO₃, FeCO₃ 5÷20%

5) CaSO₄, MgSO₄, FeSO₄

6)K₂O, Na₂O, 1÷10%

Различают примеси:

1) Первичные – попали в топливо при его формировании.

2) Вторичные – попали при залегании.

3) Третичные – при добыче, транспортировке и хранении.

При сжигании происходят изменения в минеральной части:

1) при t = 150÷400°С Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O = > Al₂O₃ + SiO₂ + 2H₂O

2) при t = 400÷600°С FeO + O₂ = > Fe₂O₃

3) при t = 600÷800°С CaCO₃ = > CaO + CO₂↑, CaSO₄ = > CaO + SO₃↑

Зольность и минеральная часть топлива соотносятся примерно так: А^р = 0, 95М^р.

Золовой баланс котла

Собственно баланс: 1 = а_шл + а_ун

После горения образуются очаговые остатки шлак (а_шл – доля шлакоудаления) и зола (а_ун – доля уноса золовых частиц).

Зольность определяют в результате сжигания и прокаливания навески топлива (30 мин., 850ºС):

Температурные характеристики золы

Нагревают образец золы и фиксируют характерные температуры.

t₁ = температура начала деформаций.

t₂ = температура размягчения.

t₃ = температура жидкоплавкого состояния.

t₀ = температура истинно жидкого состояния.

если t₃ < 1350ºС – легкоплавкая зола.
1350ºС < t₃ < 1450ºС – среднеплавкая зола.
t₃ > 1450ºС – тугоплавкая зола.

Компонент	Na2O	Fe2O3	SiO2	Al2O3	CaO
tпл-ия, ºС

Температурные характеристики необходимо знать для:

1) правильного выбора топочного режима

БУ u_т^” ≤ 1000ºС

КУ u_т^” ≤ 1100ºС

Если u_т^” > t₁, то расплавленные части попадут на фестон.

2) правильного выбора системы шлакоудаления (в твёрдом или жидком виде).

Дата добавления: 2014-01-20