Наличие внешнего балласта снижает содержание горючих элементов, теплоту сгорания и повышает расход сжигаемого топлива.

ЛЕКЦИЯ № 4-6

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ТОПЛИВА И ЕГО КЛАССИФИКАЦИЯ.

Топливом называют горючие вещества, обладающие высокой скоростью горения и сжигаемые в энергетических установках для получения теплоты.

Топливо должно удовлетворять следующим требованиям:

1. Обладает значительным количеством теплоты;

2. Запасы топлива достаточно большие и доступны для разработок при минимальных капвложениях;

3. Хорошо транспортируется;

4. Легко загорается;

5. Содержит малое количество негорючих примесей;

6. При горении не выделяет токсичных веществ;

Происхождением топливо обязано солнечной энергии. Частицы (фотоны) внедряются в поверхность растений. В процессе фотосинтеза поступающие в растения СО₂ (из воздуха) и Н₂О (из почвы) разрушаются с образованием С, О, Н, участвующих в образовании органических соединений и построении растительных клеток.

Растительные клетки включают:

1. Углеводы (целлюлоза или клетчатка)

СО₂ + Н₂О + Q_солн → С₆ Н₁₀ О₅ + О₂ ↑

клетчатка, которая переходит в атмосферу

остается в органической

массе

2. Лигнин – вещество в межклеточном пространстве.

3. Белки – основная часть протоплазмы,

4. Липоиды – входят в состав оболочек растительных клеток.

В сухом виде деревья, травы и мхи содержат:

30-70% углеводов, 10-30% лигнина, 1-20% белков, 1-10% липоидов.

После отмирания растений в зависимости от условий накопления и залегания происходит преобразование органической массы с различной степенью разложения.

Три стадии преобразований:

1. Торфяная – разложение растений начинается при контакте с воздухом и завершается под слоем воды при переходе останков растений в бурую бесструктурную массу с минимальным содержанием углерода и максимальным содержанием кислорода.

2. Буроугольная – после покрытия торфяника слоем минеральной породы с увеличением продолжительности залегания при повышенных давлении и температуре без доступа воздуха происходит уплотнение массы с выделением газов СО2, О2, Н2О и повышением содержания углерода.

3. Каменноугольная – с увеличением продолжительности залегания в недрах (с увеличением геологического возраста) дополнительно повышается степень углефикации (при увеличении концентрации С и снижении О

Нефть и природный газ образовались в полостях земли на значительной глубине залегания при высоком давлении и температуре с участием бактерий и естественных катализаторов (глины, входящей в состав ила).

В зависимости от агрегатного состояния топливо делят на твердое, жидкое, газообразное. При этом различают:

1. Естественное топливо (в том виде, в каком получено при добыче).

2. Искусственное топливо (полученное в результате технологической переработке естественного).

3. Топливные отходы (образуются при переработке естественного топлива в искусственное).

Твердое	Жидкое	Газообразное
Естественное
Дрова, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, горючие сланцы	Нефть	Природный газ
Искусственное
Брикеты, литейный и металлургический кокс	Моторное топливо, спирты, синтетическое жидкое топливо	Генераторный газ, газ подземной газификации углей
Топливные отходы
Отходы углеобогащения, кокс газовых заводов, древесные отходы (щепа, опилки)	Мазут, кислый гудрон	Доменный газ, коксовый газ, газ нефтепереработки

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВЁРДОГО И ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Технические характеристикиопределяют в лаборатории в результате анализа порции топлива в стандартных условиях.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ СОСТАВ ТОПЛИВА.

Все виды топлива включают:

- горючую часть (при сжигании которой выделяется теплота);

- негорючую часть (внутренний и внешний балласт).

Горючая часть топлива состоит из сложных химических соединений, определение которых затруднено. Количественный анализ этих соединений оценивают по содержанию горючих элементов: С, Н, S.

1.Углерод С – основной горючий элемент, теплота сгорания которого Q=34 МДж/кг

Особенности:

а) для твердого топлива С = 20-75%;

б) для мазута (природного газа) С = 80-85%;

в) для твердого топлива с увеличением продолжительности залегания в недрах содержание С возрастет;

г) реакция горения: С+О₂= СО₂.

2. Водород Н - горючий элемент, теплота сгорания которого Q=121 МДж/кг

Особенности:

а) низкое содержание в топливе (для твердого топлива Н = 1,5 – 4%; для мазута и природного газа Н = 10-11%);

б) с увеличением продолжительности залегания в недрах содержание Н снижается;

в) реакция горения: 2 Н₂ + О₂ = 2 Н₂О.

3. Сера S - горючий элемент, теплота сгорания которого Q=9,3 МДж/кг

Особенности:

а) низкая теплота сгорания;

б) низкое содержание в топливе S = 0,1-6%,

Общее содержание серы в топливе, %: S = S гор + S негор,

Где Sгор – содержание горючей серы, при сжигании которой выделяется теплота; Sнегор – содержание негорючей серы, находящейся в связанном состоянии с минеральной частью топлива.

Содержание горючей (летучей) серы, %:

Sгор = Sл = S орг+ S колч,

Где S орг – органическая сера, входящая в состав сложных органических соединений.

Реакция горения: S + O₂ = SO₂.

Sколч – колчеданная сера, входящая в состав железного колчедана (пирита) FeS₂, представляющего твердые прослойки золотистого цвета.

Реакция горения: FeS₂ + О₂ → Fe2O₃ + SO_2.

Негорючая (сульфатная) сера S негор входит в состав сульфатов минеральной части топлива: CaSO₄, MgSO₄, FeSO₄ доокисление которых невозможно.

Недостатки содержания серы в топливе:

а) минимальное удельное тепловыделение при сжигании (Qs = 0,27 Qc)

б) в факеле при t >1500° C

3 - 5% SO₂ + O₂ → SO₃.

Образование в факеле и выброс в атмосферу токсичных оксидов SO₂, SO₃ отрицательно влияет на окружающий растительный и животный мир;

в) сернокислая коррозия низкотемпературных поверхностей нагрева парового котла.

При взаимодействии SO₃ с водяными парами Н₂О в продуктах сгорания образуются пары серной кислоты с tросыH₂SO₄ = 110-160° C:

SO₃ + Н₂О → H₂SO₄ (пары)

В ВЗП при tствзп < tpH₂SO₄ пары H₂SO₄ конденсируются на трубах, вызывая коррозию металла:

Fe + H2SO4 → FeSO + H2↑ .

Внутренний балласт топлива определяется содержанием кислорода и азота (O, N), которые находятся в связанном с горючими элементами состоянии, %:

Б внутр = O + N.

Особенности внутреннего балласта:

1. Наличие O и N снижает содержание горючих элементов, уменьшая теплоту сгорания и повышая расход сжигаемого топлива.

2. Кислород топлива принимает участие в сжигании горючей части (в окислении C, H, S до СО2 , Н2О, SO2), снижая потребление окислителя из атмосферы, что учитывается в расчетах.

3. Азот топлива не участвует в окислении C, H и S, при сжигании в свободном виде в основном переходит в продукты сгорания (N топл SO₂→ N ₂ пр.сгор.).

Внешний балласт топлива определяется содержанием в нем влаги W и негорючих минеральных примесей М,%:

Б внеш = W + M.

Внешний балласт не связан с горючими элементами и внесен в топливо в результате его длительных превращений при залегании. Он зависит от вида и возраста топлива.

С геологическим возрастом снижаются пористость топлива и его влагоемкость. Одновременно возрастает вероятность внедрения в органическую часть топлива вносимых в него минеральных примесей.

Количество минеральной примеси оцениваются зольностью топлива (содержанием твердого негорючего остатка), т.е. М = А.

Наличие внешнего балласта снижает содержание горючих элементов, теплоту сгорания и повышает расход сжигаемого топлива.

ВИДЫ ИСХОДНОЙ МАССЫ ТОПЛИВА.

Сухая

Горючая

S_орг

Органическая

С H O N S A W

Аналитическая W^a

Рабочая

ВЛАЖНОСТЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА.

Различают четыре вида влажности:

- внешняя (поверхностная),

- капиллярная,

- коллоидная,

- кристаллогидратная.

Влажность рабочей массы топлива, %:

W ° = W внеш + W кап + W колл + W гидр.

Внешняя – влага, которая задерживается на поверхности частиц топлива. Поступает на поверхность кусков из грунтовых вод и с атмосферными осадками. Зависит от способности поверхности к смачиванию. Возрастает с уменьшением размера частиц, составляя W внеш = 3-5%.

Капиллярная – влага, которая содержится в капиллярах (тонких каналах и полостях кусков). Это основная составляющая влажности твердого топлива, снижающаяся с возрастанием геологического возраста. При этом ввиду снижения пористости частиц (объема капилляров) капиллярная влажность уменьшается. Для торфа W кап = 35%, для каменных углей - W кап < 10%.

Коллоидная – влага, которая в виде мельчайших коллоидных частиц (10 - 10 м) адсорбируется органической массой топлива. Зависит от химической структуры и состава топлива. С повышением геологического возраста (с увеличением степени углефикации) коллоидная влажность снижается, так как топливо теряет способность удерживать коллоидные частицы из-за их старения.

Кристаллогидратная – влага, входящая в кристаллическую структуру топлива и связанная с ее минеральной частью. Она входит в состав:

Силикатов Al₂O₃×2SiO₂×2H₂O; Fe₂O₃×2SiO₂×H₂O,

Сульфатов CaSO₄×2H₂O; MgSO₄×2H₂O.

Особенности гидратной влаги:

а) очень низкое содержание (< 0,1%);

б) не зависит от условий хранения;

в) увеличивается с повышением зольности топлива;

г) при сушке до 110º С сохраняется в топливе;

д) исключается только при t > 600° С в результате разрушения кристаллогидратов.

Влажность твердого топлива оценивается по убыли массы навески (1 ± 0,1 г), выдерживаемой 30-60 мин в сушильном шкафу при 102 - 105° С.

Отрицательное влияние влажности топлива на работу парового котла:

1. повышается расход сжигаемого топлива;

2. плохо зажигается и медленно горит;

3. снижается полнота сгорания;

4. повышается расход теплоты на сушку;

5. снижается сыпучесть частиц;

6. происходит смерзание кусков в штабелях;

7. подвергаются коррозии системы пылеприготовления.

ЗОЛЬНОСТЬ ТОПЛИВА.

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 242; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!