Минеральные примеси топлива.

В твердом топливе значительную часть примесей, составляют внешние примеси (негорючие). Их содержание в одном и том же виде топлива может сильно колебаться. Основными минеральными примесями являются:

1) силикаты (кремнезем – SiO₂, глинозем – Al₂O₃, глина);

2) сульфиды (FeS₂ – пирит);

3) карбонаты (CaCO₃, MgCO₃, FeCO₃);

4) сульфаты (CaSO₄, MgSO₄);

5) окиси металлов;

6) хлориды;

7) соли щелочных металлов.

Балласт топлива.

Балласт топлива – это негорючие минеральные примеси и влага, содержащиеся в топливе, которые уменьшают концентрацию горючей массы. Кроме того, при сжигании происходит испарение влаги, на что затрачивается определенное количество тепла. Следовательно, с увеличением количества балласта уменьшается теплота сгорания топлива, увеличивается его расход и себестоимость. Иногда под содержанием минеральных примесей понимают зольность топлива.

По происхождению балласт топлива делится на 3 вида примесей:

1) первичные примеси – перешли в топливо из углеобразователей и связаны с органической массой топлива. Их относительно немного и они равномерно распределены по всей массе топлива;

2) вторичные примеси – внесены в топливо в процессе углеобразования с ветром и водой и распределены не равномерно, Чаще всего они встречаются в виде прослоек;

3) третичные примеси – попадают в топливо в виде породы при его добыче от внешнего минерального окружения.

Зола топлива.

Зола топлива – это твердый остаток, получающийся после разложения минеральной части топлива. Обычно масса золы несколько меньше минеральных примесей, особенно в горючих сланцах, так как вследствие разложения карбонатов золы получается значительно меньше. В топочных камерах при высоких температурах часть золы расплавляется, образуя раствор минералов, который называется шлаком.

Зольность.

Зольность – это процент засоренности горючей массы. Она определяется сжиганием предварительно высушенной пробы определенной массы в платиновом тигле. Например, зольность мазута и древесины составляет 60%.

Важнейшее свойство золы – плавкость, что является существенным недостатком, так как ведет к сильному износу поверхности нагрева и выводит из строя парогенераторы, топки дымоходы и другие устройства. Плавкость определяется через нагрев топлива в специальной печи. При этом фиксируются 3 температуры: температура начала деформации; температура начала размягчения; температура начала жидко плавкого состояния. По последней температуре судят о плавкости:

легкоплавкие – ниже 1030ºC,

среднеплавкие – 1300-1500ºC,

тугоплавкие – выше 1500ºC.

 

Влага топлива.

Влага в топливе образуется в процессе добычи, транспортировки и хранении. В естественном состоянии влага приходит через грунтовые и подземны воды. Во время хранения топлива влага приходит из атмосферы, что вызывает лишь поверхностное увлажнение.

Различают следующие виды влаги: капиллярная, коллоидная и гидратная (кристаллизационная).

Капиллярная влага заполняет капилляры и поры твердого топлива. Эта влага особых проблем не создает и может быть удалена путем размягчения породы и в процессе сушки.

Коллоидная влага – это естественная часть топлива, распределенная в ней равномерно. Ее количество зависит от химической природы топлива и условий происхождения. При повышении степени углефикации топлива содержание количества влаги падает.

Кристаллизационная влага – влага, химически связанная с минеральными примесями. Она может быть удалена при очень высоких температурах.

Гигроскопичность топлива.

Это важнейшая характеристика топлива, которая заключается в способности поглощать влагу. Знание о величине гигроскопичности необходимо для правильного выбора условий хранения топлива. Если топливо обладает высокой гигроскопичностью, то большое содержание влаги ведет к выветриванию топлива.

Выход летучих и свойства кокса.

Важнейшим свойством топлива является выход летучих.

Рассмотрим процесс горения в лабораторных условиях. При нагреве и горении топлива происходит распад горючей массы. Продукты горения разделяются на горючие и негорючие. Топливо нагревают до определенной температуры и смотрят на выход летучих.

Выход летучих определяют через нагрев 1 грамма воздушного сухого топлива без доступа воздуха. При этом меняется масса пробы. Это миниатюрная попытка к самовозгоранию. Температура 850ºC, время 7-10 минут. Качественный выход летучих: горючие – водород H₂, углеводороды C_nH_m, CO; негорючие – углекислый газ CO₂, вода H₂O. Изменение массы m в процентах – есть выход летучих компонентов.

Для разных видов топлив температура выхода летучих различна.

 

Наименование	t начала выхода, ºC	Выход летучих, %
Сланцы		80-90
Торф
Бурые угли	150-170	30-60
Каменные угли		30-50
Тощие угли и антрациты

 

После выхода летучих из топлива образуется коксовый остаток. Если в топливе есть битум, то топливо плавится. Это можно проверить, взяв топливо в виде порошка и нагреть. Топливо будет спекаться. Это свойство называется спекаемостью. В результате спекаемости существенно повышается прочность. В процессе спекаемости образуется более прочный кокс.

ЛЕКЦИЯ 5 (раздел 3)