Читальный зал -->  Изменение энтропии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

Часть третья

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Глава пятнадцатая

ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВА

15.1. СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

[До определению Д. И. Менделеева, топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты !

В данной главе будут рассматриваться органические топлива, применяемые в промышленности и энергетике.1 По своему состоянию они делятся на твердые, жидкие и газообразные, а по способу получения на естественные и искус-cTBeHHbieJ

Ископаемые твердые топлива (за исключением сланцев) являются продуктами разложения органической массы растений. Самое молодое из них - торф, представляет собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по возрасту являются бурые угли - землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется ( выветривается ) и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них - антрацитов - претерпела наибольшие изменения и на 93 % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твердостью. Возобновляемым твердым топливом яв-

ляется древесина. Доля ее в энергобалансе мира сейчас чрезвычайно невелика, но в некоторых регионах древесина (а чаще ее отходы) еще используются в качестве топлива.

Свойства топлива как горючего материала определяются составом его в с у-хом беззольном состоянии (обозначается индексом daf ) *, в который включаются элементы, составляющие органическую массу топлива, и колчеданная сера, сгорающая вместе с органической массой. Поскольку химический состав твердого топлива сложен и обычно неизвестен, его характеризуют массовым содержанием образующих элементов, определяемым в результате элементного анализа (в английской литературе используется термин ultimate). (Таким образом, С + Н + О + N + S = = 100%, где Sc - суммарное содержание горючей серыД

Собственно горючими в органическом топливе являются углерод, водород и сера. С увеличением возраста топлива содержание углерода увеличивается (от 40 у древесины до 93 % у антрацита), а водорода - слегка уменьшается (от 6 до 2 %). Кислород, как и осталь-

* dry ash -free - условное состояние топлива, не содержащего общей влаги и золы (Стандарт СЭВ 750-88, ГОСТ 27313-89).

ные элементы, содержится в виде сложных органических соединений. Чем больше в них кислорода, тем большая доля водорода и углерода топлива химически связана с ним, т. е. фактически сгорела, и тем меньше выделится теплоты при сгорании единицы массы. С увеличением возраста топлива С* уменьшается от 42 у древесины до 2 % у антрацита.

При полном сгорании углерода образуется относительно безвредный диоксид углерода СО2 и выделяется 32,8 МДж теплоты на I кг углерода. При неправильной организации процесса горения (обычно при недостатке воздуха) продуктом сгорания является очень токсичный оксид углерода СО и выделяется всего 9,2 МДж теплоты.

При сгорании серы образуется токсичный сернистый ангидрид SO2 и (в небольших количествах) еще более токсичный серный ангидрид SOa- Выброс их с продуктами сгорания вызывает загрязнение воздушного бассейна. Количество серы, входящей в состав органической массы топлива (так называемой органической серы SlJ ), не зависит от возраста угля и различно в углях разных месторождений.

Количество колчеданной серы S определяется составом минеральной части, которая может содержать железный FeS2 и медный СиРеЗг колчеданы. В большинстве углей восточных районов страны (за исключением кизеловского) содержание серы невелико (Sj = Sg + + S<1 %), в то время как у украинских, подмосковных и некоторых других углей = 6 + 9 %.

Содержание азота в сухом беззольном состоянии твердых топлив обычно составляет 1-2 % по массе. Несмотря на столь малое количество, азот является весьма вредным компонентом, поскольку при сгорании азотсодержащих соединений в высокотемпературных топках образуются сильнотоксичные оксид NO и диоксид NO2 (при температуре свыше 1200 °С они образуются также и из атмосферного азота).

[Допливо в том виде, в котором оно сжигается в технических устройствах, характеризуется его рабочим со-

стоянием (индекс г). В его состав входят зола А и влага W, составляющие балласт топлива:

С + W + (У + К +S +А + W = 100 % j

Содержание любого элемента Э** в сухом беззольном состоянии легко подсчитывается по известному его содержанию Э в рабочем состоянии из очев1дного соотношения Э (100-Г-Л) = = 1005.

Влажность топлива определяется по ГОСТ 11014-81 с изменени ши от 01.02.87 г. высушиванием навески при 105-110 С. Максимальная влахность в рабочем состоянии W доходит до 50 % и более и определяет экономическою целесообразность использования дивного горючего материала и возможносгь его сжигания, поскольку для превращения 1 кг воды, взятой при О °С, в пар комнатной температуры нужно в соответствии с формулой (4.64) затратить npi-мерно 2,5 МДж теплоты.

Состав топлива всухом состоянии: С + Н + 0+Ы + 5Н-Л = = 100 %; 5 (100- ¥)= 1003.

Зола включает в себя минеральные примеси, занесенные водой и Еетром в период образования пластов то1лива, и просто частицы породы, захва-ывае-мые вместе с ним при добыче. Небопьшое количество минеральных примесей (не более 1-2 %) входит в состав растений, из которых образовалось топливо.

При сгорании топлива минергльная часть его тоже претерпевает изме1ения, зависящие от условий сжиганип. По ГОСТ 11022-75 с изменения\и от 01.01.86 г. зольность топлива в сухэм состоянии А определяют путем прокаливания при температуре 800-825 °С (для жидких топлив 500 °С) предвари-ельно высушенной пробы до прекращении убыли массы. Зольность топлива в рабочем состоянии подсчитывается по фсрмуле 100Л = (100-Г)Л.

В соответствии с существующи ии санитарными нормами образующуюся при сгорании топлива золу необходимо улавливать. Транспорт ее в отвалы усложняет и удорожает производство, поэтому ее стараются использовать в народном хо-

зяйстве (добавка к цементу, раскисление почв).

Встречаются твердые топлива (прежде всего древесина, торф, угли некоторых пластов), зольность которых в сухом состоянии Л * не превышает 10 %. Максимальное значение А доходит до 50 % и более. Поскольку большая часть золы не связана с органической массой, зольность можно существенно уменьшить путем обогащения, т.е. отделения пустой породы (с небольшим количеством топлива). Процесс этот достаточно дорогой, поэтому применяется главным образом для углей, предназначенных для коксования. Отходы обогащения часто используют в энергетике в качестве топлива.

При нагревании твердого топлива без доступа воздуха его органическая масса разлагается, в результате чего образуются газы, водяные и смоляные пары и углеродсодержащий остаток. Суммарное количество выделяющихся л е-тучих веществ увеличивается с ростом температуры и времени выдержки. Этот процесс в основном заканчивается при 700-800 °С. По ГОСТ 6382- 80 (стандарт СЭВ 2033-79) выход летучих V в процентах на сухое беззольное состояние определяется путем прокаливания 1 г топлива в закрытом тигле при 850±10°С в течение 7 мин. Выход летучих является важнейшей характеристикой топлива и уменьшается по мере увеличения его возраста. Чем больше выход летучих, т. е. чем больше сухой беззольной массы превращается при нагревании в горючий газ, тем проще зажечь это топливо и легче поддерживать устойчивое горение. Органическая часть древесины и горючих сланцев при нагревании без доступа воздуха почти целиком переходит в летучие вещества (V = 85-90 %), в то время как у антрацитов = 3-4 %. Именно большой выход летучих определяет хорошую горючесть древесины.

Определение зольности, влажности, выхода летучих и теплоты сгорания (о ней будет сказано ниже) составляет содержание так называемого технического анализа топлива (на

английском языке используется термин proximite). Иногда в него включают и содержание нелетучего углерода (по стандарту СЭВ он называется нелетучий остаток без золы (NV)ci, которое в расчете на сухое беззольное состояние, например, равно (NV)=(100-1/) %.

На определенной стадии разложения органической массы при нагревании она может становиться вязкой, текучей, пластичной. При дальнейшем разложении пластичная масса снова затвердевает. В зависимости от того, происходит пластификация или нет и какова степень ее (а это зависит от сорта угля), коксовый остаток может быть плотным спекшимся или рыхлым рассыпающимся. В первом случае угли относятся к разряду коксующихся. Запасы таких углей относительно невелики, они весьма дефицитны и используются только для получения металлургического кокса.

В энергетических и технологических установках сжигают только угли, непригодные для получения кокса, или коксовые отсевы мельче 10 мм и отходы углеобогащения.

1.5.2. СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Практически все жидкие топлива пока получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300-370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре сжиженный газ (выход около 1 %), бензиновую (около 15%, /K = 30-f 180 °С), керосиновую (около 17%, 120 135 С), дизельную (около 18%, /к = 180-350 °С). Жидкий остаток с температурой начала кипения 330-350 °С называется мазутом. Указанные фракции служат исходным сырьем для получения смазочных материалов и топлив для двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок - бензина, керосина, дизельных топлив и т. д.

Мазутная фракция может подвергаться дальнейшей переработке на светлые нефтепродукты путем крекинга, т. е. расщепления тяжелых молекул на более легкие. Первый патент на уста-

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.