Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Для нагрева используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа -- топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.

Твердое топливо: а) естественное -- дрова, каменный уголь, антрацит, торф; б) искусственное -- древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.

Жидкое топливо: а) естественное -- нефть; б) искусственное -- бензин, керосин, мазут, смола.

Газообразное топливо: а) естественное -- природный газ; б) искусственное -- генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный и другие газы.

Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. К первой группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К таким элементам относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода. Особо от названных элементов стоит сера. Она является горючим веществом и при горении выделяет тепло, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства.

Выше было сказано, что количество тепла, выделяемое топливом при сгорании, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м3 газообразного, называется теплотворной способностью. Теплотворная способность различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплотворная способность составляет около 10000 ккал/кг, для качественного каменного угля -- 7000 ккал/кг и т. д. Чем выше теплотворная способность топлива, тем оно ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности топлива применяется общая единица измерения. В качестве такой единицы принято топливо, имеющее теплотворную способность 7000 ккал/кг. Эта единица называется условным топливом.

Наибольшее распространение для сжигания в кузнечных печах находят следующие виды естественного топлива: бурый уголь, каменный уголь и газообразное топливо. Дрова и торф, обладая низкой теплотворной способностью, почти не пригодны для нагрева металла.

Бурые угли. Бурые угли представляют собой наиболее молодые сорта каменных углей. Золы в бурых углях содержится от 9 до 45%. Теплотворная способность от 2500 до 5000 ккал/кг. Только что добытый бурый уголь отличается большим содержанием влаги (до 60%). На воздухе бурый уголь теряет влагу, и содержание ее понижается до 30%. Под влиянием атмосферных условий эти угли быстро выветриваются и превращаются в мелочь. При длительном хранении бурые угли самозагораются. В чистом виде бурые угли лишь некоторых месторождений (карагандинское и др.) используются для кузнечных печей с полугазовыми топками, так как они не могут нагревать металл до необходимой температуры.

Каменный уголь. Каменный уголь--один из основных видов топлива для кузнечных печей. Образуется каменный уголь отложением растений в течение длительного времени. Образующиеся отложения со временем покрываются толстым слоем земли. Под большим давлением, при полном отсутствии воздуха, происходит разложение древесины и образование каменного угля.

Процесс образования угля идет очень медленно и длится тысячелетия. В зависимости от длительности образования получаются разные сорта каменного угля с различной теплотворной способностью. Для кузнечных печей наиболее приемлемым является уголь с большим содержанием летучих, т. е. длиннопламенный и газовый. При длинном пламени создается возможность получения более равномерного нагрева металла в печи.

Газообразное топливо. Единственным естественным (природным) газом является «горючий газ», который выделяется из земли через естественные выходы или буровые скважины. Теплотворная способность нефтяного (природного) газа около 8000-- 8500 ккал/м3 и может доходить до 15000 ккал/м3.

В настоящее время естественный газ находит широкое применение в промышленности и в быту, особенно в районах его образования.

Среди искусственных видов топлива особое значение для кузнечного производства имеют кокс, древесный уголь, жидкое, газообразное и пылевидное топливо. топливо сгорание уголь

Кокс. Кокс получается из каменного угля обработкой в специальных коксовых печах без доступа воздуха. При этом выделяются летучие, образуя богатый по калорийности газ, называемый коксовым, который, в свою очередь, является хорошим топливом.

Кокс содержит 87% углерода, 4% летучих веществ, 8% золы и 1--2% серы. Теплотворная способность кокса 5600--7000 ккал/кг. В кузнечном производстве кокс употребляется главным образом в горнах.

Древесный уголь. Древесный уголь выжигается из дров в специальных углевыжигательных печах и является лучшим топливом для кузнечных горнов. В древесном угле содержится очень мало золы и практически совсем не содержится серы. Однако ввиду дороговизны он употребляется редко. Древесный уголь содержит 84 % углерода, 14 % летучих и 2% золы. Теплотворная способность его 7000--8000 ккал/кг.

Жидкое топливо. Единственным жидким топливом естественного происхождения, имеющим промышленное значение, является нефть. Сырую нефть как топливо в печах не применяют, а применяют продукт ее переработки -- мазут, т. е. остатки, получаемые после отгонки из нефти керосина и бензина. Мазут по составу не постоянен, чаще всего содержит углерода 84--86%, водорода 12,4%, кислорода + азота + серы 1,3%, золы 0,3 %, воды 1--2%. Теплотворная способность мазута 9500--10000 ккал/кг.

Газообразное топливо. Искусственное газообразное топливо получается путем газификации топлива в газогенераторах или как побочный продукт при других процессах, например, при коксовании -- коксовальный газ, в доменном процессе--доменный газ. На металлургических заводах в специальных коксовальных печах вырабатывается кокс, который служит топливом для доменных печей. При этом как побочный продукт получается газ, который называется коксовальным. Теплотворная способность этого газа изменяется в пределах от 4000 до 5000 ккал/м3.

Для лучшего и более удобного использования твердого топлива его превращают в газ в специальных устройствах, которые называются газогенераторами. Например, из торфа получают торфяной генераторный газ, из каменного угля -- каменноугольный генераторный газ и т. д.

Теплотворная способность генераторного газа зависит от вида топлива, из которого получен газ, и от способа газификации. Например, торфяной генераторный газ имеет теплотворную способность от 1500 до 1600 ккал/м3, каменноугольный генераторный газ -- от 1200 до 1400 ккал/м3.

Пылеугольное топливо. Уголь для сжигания в нагревательных печах в виде пыли предварительно размалывается в специальных мельницах до частиц 0,07--0,05 мм. Сжиганием угольной пыли в печах достигается высокая температура нагрева металла.

Торф является химически и геологически наиболее молодым ископаемым твердым топливом и обладает высоким выходом летучих (VГ=70%), высокой влажностью (WP=40--50%), умеренной зольностью (AР=5--10%), низкой теплотой сгорания МДж/кг (2000--2500 ккал/кг).

Сланцы. В Эстонии большое значение имеют горючие сланцы, добываемые открытым способом. Зольность сланцев очень большая и доходит до AР=50-60%, влажность также повышенная WP=l5--20%. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая МДж/кг (1400--2400 ккал/кг) при высокой теплоте сгорания горючей массы МДж/кг (6500--8000 ккал/кг). Высокое содержание водорода в горючей массе HГ=7,5--9,5% обусловливает большой выход летучих у сланцев, достигающий 80--90%, и их легкую воспламеняемость.

Топливо с высокой зольностью и влажностью вследствие большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги. В этом смысле такие топлива принято называть местными. К ним, в частности, относятся некоторые бурые угли, как, например, подмосковные, башкирские, украинские, торф и сланцы.

Мазут.Мазут - остаток от перегонки нефти.Из жидких топлив в энергетике используется мазут трех марок -- 40, 100 и 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей при 80°С для мазута 40 -- 8,0; для мазута 100 -- 15,6; для мазута 200 -- 6,5--9,5 град. усл. вязкости (°УВ) при 100°С.

В мазуте содержится углерода 84--86% и водорода -- 11--12%, содержание влаги не превышает 3--4%, а золы -- 0,5%. Мазут имеет высокую теплоту сгорания МДж/кг (9400--9600 ккал/кг).

По содержанию серы различают малосернистый мазут SР0,5%, сернистый -- SР до 2% и высокосернистый SР до 3,5%; по вязкости -- маловязкий и высоковязкий, содержащий смолистые вещества и парафин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25--35 0С. В связи с этим при сжигании применяется предварительный нагрев вязких мазутов до температуры 80--120°.

Мазут является ценным сырьем для получения смазочных масел и гудрона. Поэтому применение его в качестве топлива в настоящее время ограничено.

Определение моторному топливу дать легко – это горючее для двигателей внутреннего сгорания. Традиционно классификация основных видов моторного топлива связана с тем, из чего они производятся. То есть топливо рассматривается как продукт перегонки нефти. По этому критерию нефтепродукты делятся на две группы – дистиллятные и остаточные. К первым относятся все виды бензинов, некоторые виды дизельного топлива, керосин и некоторые другие малоизвестные виды. Например, газойль и лигроин. А вот солярка и мазут – это остаточные виды. Их фракции получаются при максимальных температурах перегонки.

Разумеется, дизельное топливо евро 4 относится к дистиллятным продуктам, и в его названии мы видим ещё один признак классификации моторного топлива – экологические свойства. Но он не единственный. На основные характеристики по назначению, то есть для применения в двигателе, влияют и другие факторы. У всех видов топлива, представленных, к примеру, на сайте http://oilresurs.ru/, важнейшей характеристикой является воспламеняемость, то есть способность воздушно-топливной смеси эффективно сгорать.

Важна ещё испаряемость и вязкость топлива, от которой зависит способность его прокачки по топливной системе двигателя, а также содержание смолистых веществ. Эта характеристика, а также степень коксуемости и зольности, влияют на вредные отложения в двигателе. Качественное топливо должно иметь малую химическую активность и не иметь механических примесей. Именно такое моторное топливо перечисленных выше видов предлагает компания ООО «Ойл Ресурс Групп».

Однако, ими не исчерпываются все разновидности горючего для двигателей. Выше были рассмотрены только жидкие нефтепродукты, но широко используется и природный газ. Применяются две его разновидности – сжатый и сжиженный. Сжиженная смесь из пропана и бутана – это третий по распространённости в мире вид топлива. Преимущества – возможность использования на обычных бензиновых моторах и дизелях, экологичность и уменьшение износа двигателя. Разумеется, и меньшая стоимость.

Существуют и другие виды моторного топлива, альтернативные горючему из нефтепродуктов. На традиционных двигателях внутреннего сгорания используется в качестве топлива и спирт. Как правило, это не чистый этанол или метанол, а смесь с бензином в той или иной пропорции. Спирт могут добавлять и как присадку в небольшом количестве для улучшения характеристик, но альтернативным топливом такую смесь считают, если спирта в ней больше 85%. На основе растительного сырья и даже животных жиров производят биодизельное топливо, однако, в целом такие виды моторного топлива пока не получили широкого распространения.

Под энергетическим топливом понимают горючие ве­щества, которые экономически целесообразно использовать для получения тепловой и электрической энергии. По агрегатному состоянию топлива делят на твердые, жидкие и газообразные. По происхождению - на природные, образовавшиеся из остатков растительного и животного происхождения в течение длительного времени, и искусственные, полученные в результате переработки природных топлив. К первым относятся уголь, нефть, природный газ. Ко вторым - кокс, брикеты, отходы углеобогащения, дизель­ное топливо, мазут, доменный, коксовый и генераторный газы.

Топливо состоит из горючей и минеральной части и влаги. В состав горючей части входят углерод С, водород Н и сера S, на­ходящиеся в сложных соединениях с кислородом О и азотом N. Важной характеристикой топлива является теплота сгорания. Теплота сгорания - количество теплоты, выделяющейся при пол­ном сгорании топлива. Различают низшую и высшую теплоту сгорания.

Углерод является основной частью топлива. Чем больше его в составе, тем выше теплота сгорания топлива. Содержание углерода по массе в твердом топливе колеблется от 25 (сланец и торф) до 70 % (антрацит). Водород содержится в топливе в небольшом количестве 2-10 %. Теплота его сгорания в 4 раза больше, чем углерода. Кислород входит в состав топлива в виде различных соединений, в том числе с горючими элементами, что снижает количество теплоты, выделяемой при сжигании топлива. Поэтому кислород относят к балласту топлива. Азот также относят к бал­ласту топлива. Содержание его невелико (в твердом топливе до 3 % по массе). При горении большая часть азота топлива перехо­дит в токсичные оксиды N0 и N0*.

Серу в зависимости от вида соединения, в которое она входит, делят на органическую S0, если она связана с углеродом, водоро­дом, азотом и кислородом; колчеданную SK - соединение с желе­зом (обычно это железный колчедан); сульфатную Sc, находя­щуюся в виде соединений FeS04, MgS04, CaS04. Сера, входящая в состав органических и колчеданных соединений, участвует в про­цессе горения, выделяя при этом теплоту и образуя сернистый

S02 и серный S03 ангидриды. Поэтому часто органическую и кол­чеданную серу называют летучей горючей

Сера, входящая в состав FeS04, MgS04, CaS04 и т. п., не горит, так, при сжигании топлива сульфаты практически не разлагаются. В твердом топливе содержание серы достигает 5 %, в жидком 3,5 %. Наличие серы в топливе нежелательно, так как образую­щиеся при горении серы оксиды S02 и S03 в присутствии влаги дают растворы сернистой и серной кислоты, которые вызывают корро­зию труб поверхностей нагрева конвективной шахты котла и ока­зывают вредное воздействие на окружающую среду.

Под минеральной частью топлива понимают негорючие при­меси. Количество их зависит от происхождения топлива и техно­логии его добычи. Различают внутренние минеральные примеси, образовавшиеся при формировании угольной залежи, и внешние минеральные примеси, попавшие в топливо при его добыче из при­легающих пластов пород. Внутренние минеральные примеси в от­личие от внешних достаточно равномерно распределены в топливе и поэтому практически не могут быть отделены от горючей массы.

При горении топлива из минеральных примесей образуется зола А. Она характеризует минеральную часть топлива. Содер­жание золы А в топливе определяется по величине твердого остатка, полученного после сжигания предварительно высушен­ной пробы топлива определенной массы в платиновом тигле и последующего прокаливания до постоянного значения массы при температуре 800 °С. При проектировании котлов, и в первую оче­редь их топок, важное значение имеет температурная характери­стика плавкости золы. Она зависит от состава золы и окружающей ее газовой среды. Оценка плавкости проводится по температурам трех состояний золы: U - начала деформации; t2 - начала раз­мягчения; t3 - жидкоплавкого состояния:

Для принятия мер по исключению загрязнений поверхностей нагрева, расположенных за топкой, важно знать температуру затвердевания золы. Обычно эта температура на 50 °С ниже t2. При горении топлива в топке в зоне высоких температур проис­ходит частичное или полное расплавление золы. Некоторая ее часть уносится с продуктами сгорания из топки. Остальная зола, частично разлагаясь, сплавляется или спекается в шлак, который затем в жидком или твердом состоянии удаляется из нижней части топки. Под действием высоких температур содержащиеся в шлаке оксиды вместе с другими веществами образуют многоком­понентные соединения, и температура плавления шлака отли­чается от температуры ts жидкоплавкого состояния золы. В топках с жидким шлакоудалением для свободного вытекания шлака из топки его температура должна быть выше температуры ts жидко - плавкого состояния золы. Эту температуру называют температу­рой /нж нормального жидкого шлакоудаления, она определяется 22

Химическим составом шлака. Как правило, = ta + (100-4- 200) °С.

Влага W, как и минеральная часть, является балластом топ­лива. Она снижает его теплоту сгорания. Кроме того, на ее испа­рение расходуется часть теплоты сгоревшего топлива. Влагу, содержащуюся в топливе, делят на внешнюю и внутреннюю (гигро­скопическую). Внешняя влага попадает в топливо при его добыче, транспортировке и хранении. Количество ее колеблется в широ­ких пределах 1-40 %. Внешнюю влагу можно удалить из топлива при его сушке. Внутренняя влага связана как с органической частью топлива, так и с минеральной. К ней относят коллоидную и гидратную влагу. Коллоидная влага образует с топливом гели. Количество ее зависит от природы и состава топлива, содержания / влаги в атмосферном воздухе. Гидратная влага химически свя­зана с минеральными примесями топлива. Содержание ее невелико. При сушке топлива часть коллоидной влаги испаряется, а содер­жание гидратной влаги не меняется.

Влажные твердые топлива на воздухе теряют влагу, а подсу­шенные приобретают ее. Эти процессы происходят до наступления равновесия между парциальным давлением паров воды в воздухе и топливе. Топливо с полученной таким образом влажностью называют воздушно-сухим. Если воздушно-сухое топливо нагреть при атмосферном давлении до температуры 105 °С, то вся влага из топлива будет практически удалена. Количество влаги, удален­ной из воздушно-сухого топлива, называют гигроскопической влажностью WrH.

Состав топлива в том виде, в каком оно поступает на ТЭС, выраженный совокупностью отдельных элементов и компонент (по массе для твердого и жидкого топлива), называют рабочей массой топлива:

TOC o "1-3" h z cp + № + Sp 4-Op + Np + Wp + Ap = 100 %. (1)

Если из топлива удалена внешняя и внутренняя влага, то су­хая масса имеет следующий состав:

Cc-j-Hc-fSc + Oc-fNc+Ac = 100 о/0. (2)

Исключив из сухой массы золу, получим горючую массу топ­лива

Cr + Hr + Sr + Or-f №= 100 %. (3)

Если из горючей массы выделить колчеданную серу, то остав­шуюся массу топлива называют органической массой

Сг + Нг + Ог + № = 100 %. (4)

Состав рабочей и сухой масс одного и того же топлива в зависи­мости от условий добычи и погоды может колебаться в достаточно широких пределах. Состав горючей массы топлива постоянен. Поэтому его используют для проведения пересчета на сухую и ра­бочую массы. Формулы пересчета состава, например, с рабочей

Массы на сухую легко получить, поскольку в 1 кг рабочей массы содержится (100- №р)/100 (кг) сухой массы топлива. Следова­тельно,

CP + Нр + Sp + О" + Np + W" Н - А" _ 100 ~

С + нс -)- sc + ос + ne + ас 100 - w" 100 100 "

Ср = Сс(100- Wp)/100: НР = НС(100-Wp)/100

Коэффициент пересчета (100 -Wp)/100 постоянен для всех элементов топлива. Коэффициенты пересчета состава твердых и жидких топлив с одной массы на другую приведены в табл. 2.

Если топливо нагревать без доступа воздуха, то из него в ре­зультате термического разделения нестойких содержащих кисло­род углеводородистых соединений выделяются летучие вещества и остается твердый нелетучий остаток. Выход летучих и свойства твердого остатка являются важными теплотехническими характе­ристиками твердого топлива.

Выход летучих Ул определяют по уменьшению горючей массы топлива при его нагревании в їечение 7 мин без доступа воздуха при температуре 850 °С и выражают в % горючей массы топлива. В состав летучих обычно входят водород, углеводороды, оксид и диоксид углерода. Величина выхода летучих и температура 4ых начала их выхода зависят от возраста топлива. Чем выше выход летучих и ниже температура начала их выделения, тем легче воспламеняется топливо. Наибольший выход летучих и наи - 24

Меньшую температуру начала их выхода имеют молодые топлива: у торфа Vr„ = 70 %, *вых = 100-г - ПО °С; у бурого угля.Утя = « 40-1-65 %; W 130-і-170 °С.

Твердый остаток, который остается после выхода летучих из топлива может быть спекшимся, слабоспекшимся и порошкообраз­ным. Лишь некоторые каменные угли дают плотный спекшийся 1 остаток с большим числом пор, называемый коксом.

Теплоту сгорания топлива определяют опытным путем. Коли­чество выделяемой теплоты зависит от конечного состояния про­дуктов сгорания и в частности от того, в каком агрегатном состоя­нии находится влага (в виде пара или воды). В связи с этим разли­чают высшую Qb и низшую теплоту сгорания.

Различие между Qjj и Ql состоит в том, что первая учитывает теплоту, которая выделяется при конденсации водяных паров (влага в продуктах сгорания находится в виде воды), а вторая эту теплоту не учитывает. Так как в котле температура продуктов сгорания достаточна высока и конденсации водяных паров не про­исходит, теплота, затраченная на испарение влаги, теряется. По­этому в тепловых расчетах используется низшая теплота сгорания рабочего топлива. Если известно Qb, то = Ql - 25,2 (Wp/100 + 9Н7Ю0),

Где 25,2 (Wp/100 +9№/100) - количество теплоты, затраченной на испарение влаги (Wp/ЮО), содержащейся в топливе, и воды (9НР/100), образующейся при горении водорода, кДж/кг;

25.2 МДж/кг - значение скрытой теплоты парообразования для воды при давлении, равном 0,1 МПа.

При отсутствии опытных данных приближенное значение для твердого топлива и мазута может быть найдено по формуле, пред­ложенной Д. Н. Менделеевым,

QS = 0,339СР + 1,03НР - 0,109 (Ор - Sp) - 0,259WP.

Для сравнения различных топлив используют понятие услов­ного топлива, т. е. топлива, теплота сгорания которого равна

29.3 МДж/кг. Понятием условного топлива пользуются при опре­делении различных топливных ресурсов, сравнении удельных расходов топлива на единицу выработанной энергии и проведении технико-экономических расчетов. При сравнительной оценке ка­чества топлив удобны приведенные к низшей теплоте сгорания характеристики топлив % кг/МДж:

Wn = Wp/Qp„; Ап = Ap/Qp; Sn = SP/QH-

Приведенные характеристики топлив Wn, А" и S" показывают, сколько на 1 МДж низшей теплоты сгорания приходится влаги, золы и серы, в % рабочей массы топлива. В зависимости от при­веденной влажности принято считать топлива: маловлажными с W" = 0,7 % - кг/МДж, средней влажности с Wn = 0,7ч - 1,89 % кг/МДж, высоковлажными с Wn > 1,89 %■ кг/МДж.

Твердое топливо характеризуется абразивностью - свойством при контакте с другими материалами вызывать износ последних, что зависит от количества содержащихся в нем колчеданной серы, золы и ее состава. Эта характеристика топлива важна для выбора оборудования системы пылеприготовления.

Твердость твердого топлива и сопротивляемость его измель­чению (размолу) характеризуются коэффициентом размолоспо - собности &ло (отношение удельного расхода электроэнергии, за­траченного на помол антрацита, к удельному расходу энергии, требуемому для помола рассматриваемого топлива). Чем мягче топливо, тем больше величина kno. Этот показатель топлива учи­тывается при проектировании систем пылеприготовления и, в пер­вую очередь, при выборе типа и производительности размольного оборудования.

Плотность твердого топлива (в кг/м3), как одна из его ха­рактеристик, широко используется в расчетах систем загрузки, хранения и подачи топлива к системам пылеприготовления. Раз­личают кажущуюся и насыпную плотности. Под кажущейся плот­ностью понимают массу единицы объема куска топлива с внутрен­ними порами, заполненными воздухом и влагой. Насыпная плот­ность представляет собой массу топлива, содержащуюся в единице объема, заполненного кусками топлива, т. е. учитывает также объем воздуха между кусками топлива.

Ископаемые твердые топлива делят на торф, бурые, каменные угли и антрацит. Торф - геологически наиболее молодое твердое топливо. Характеризуется невысокой степенью разложения орга­нических остатков и относительно низкой теплотой сгорания, по­вышенным содержанием летучих (У"л да 70 %), водорода (Нг = = 5ч-6 %), кислорода (Ог > 30 %) и азота (Nr = 2-^2,5 %). Торфу свойственна очень высокая гигроскопичность и влажность (Wp = 35-=-60 %).

К бурым углям (марка Б) относят угли с высшей теплотой сгорания обеззоленной рабочей массы Q|l00/(l00 - Ар) < < 23,9 МДж/кг. По геологическому происхождению они близки к торфу. В бурых углях достаточно велико содержание летучих (К = 65-М0 %), водорода (Нг = 4-f-6,5 % и более) и кислорода (Ог = 15ч-30 %). Они отличаются высокой гигроскопичностью и влажностью, содержание углерода достаточно велико (Сг = = 55-^78 %), а количество слаборазложившихся растительных остатков мало. По влажности бурые угли классифицируют: Б1 - с влажностью более 40 %; Б2 - с влажностью 30-40 % и БЗ - с влажностью менее 30 %.

; К каменным относят угли, у которых 100/(100 - Ар) > > 23,9 МДж/кг. Они характеризуются высокими содержанием углерода (75-97 %), плотностью и теплотой сгорания. С увели­чением содержания углерода доли кислорода, водорода и летучих в топливе уменьшаются. По выходу летучих с учетом способности 26

Спекания твердого остатка принята следующая классификация каменных углей: длиннопламенные (Д), газовые (Г), газовые жир - ч ные (ГЖ), жирные (Ж), коксовые жирные (КЖ), коксовые (К), обогащенные спекающиеся (ОС), слабоспекающиеся (СС), тощие (Т). По мере перехода от углей марки Д к Т выход летучих ме­няется от 36 % и более (Д) до 9-17 % (Т), а влажность соответ­ственно от 14 до 5 %.

К полуантрацитам (ПА) и антрацитам (А) относят угли с QE 100/(100 - Ар) > 23,9 МДж/кг и выходом летучих менее 9 % В них содержится 89-f-92,5 % Сг, 2-ьЗ,6 % Hr, 0,8-f-l,3 % Nr, 2,2-5 % Or, 0,64-0,9 % Sr.

У полуантрацитов выход летучих больше 5 % и теплота сгора­ния выше чем у антрацитов. ПА и А являются высокосортными топливами; в энергетических котлах используют их отходы.

По размерам получаемых при добыче кусков уголь классифи­цируют следующим образом: плита (П), крупный (К), орех (О), мелкий (М), семечко (С), штыб (Ш) и рядовой (Р). Размер кусков угля от класса К к классу Ш уменьшается от 50-100 до 6-13 мм. В классе Ш куски угля мельче 6 мм, а в классе Р размер кусков неограничен и может составлять 0-200 (300) мм. В табл. 3 приве­дена характеристика твердого топлива некоторых месторождений.

Жидкое топливо характеризуется условной вязкостью и темпе­ратурами застывания и вспышки. Условную вязкость принято выражать в условных градусах (ВУ). Ее определяют как отноше­ние времени вытекания определенного объема (2-Ю-4 м3) жидкого топлива ко времени вытекания такого же объема воды при темпе­ратуре 20 °С.

Условную вязкость жидкого энергетического топлива (мазута) обычно включают в его маркировку. Так, цифры, стоящие после буквы М, в марках мазута (например, М 40 и М 200) - условная вязкость при температуре 50 °С (соответственно 40 и 200°ВУ). Условная вязкость сильно зависит от температуры:

°ВУ, = °ВУБО(50/г)п,

Где °Byj - условная вязкость жидкого топлива при темпера­туре °ВУ50 - условная вязкость при t = 50 °С; п - показатель степени, зависящей от величины °ВУ50.

Ниже приведены значения условной вязкости °ВУ50 при раз­личных п

"ВУы............................................ 2 5 10 15 20

Я. ................................................. 1,8 2,3 2,6 2,75 " 2,86

Для качественного распыливания и надежной транспортировки жидкого топлива по трубопроводам его вязкость не должна пре­вышать 2-3 °ВУ. Для выполнения этого условия необходим предварительный подогрев топлива. Температура подогрева ма­зута зависит от его марки и составляет 80-140 °С.

Температура застывания - минимальная температура, при которой жидкость теряет текучесть, и слив и перекачка ее стано­вятся невозможны. У мазута эта температура зависит от марки и составляет 5-25 °С.

Температура вспышки - температура, при которой пары жид­кого топлива в смеси с воздухом вспыхивают при соприкосновении с пламенем. Для мазута температура вспышки равна 80-140 °С. При открытой системе подогрева мазута температура его должна быть ниже температуры вспышки на 10-15 °С.

В качестве искусственного жидкого топлива в котлах исполь­зуется мазут трех марок: М40, Ml00 и М200 - тяжелый остаток перегонки нефти, получающейся после отделения из нее легких фракций (бензина, керосина, легроина и др.). Мазут - мало­зольное и почти безводное топливо. Его классифицируют по со­держанию в нем соединений серы и по вязкости. По количеству серосодержащих соединений мазут делят на малосернистый (Sc < 0,5 %), сернистый (Sc = 0,5-2 %) и высокосернистый (Sc > 2 %). В «Основных направлениях экономического и соци­ального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года» указывается на необходимость существенного сокраще­ния использования мазута в качестве топлива, в первую очередь на ТЭС.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих (во­дорода Н2, углеводородов метанового ряда, тяжелых углеводоро­дов СНа, сероводорода H2S и оксид углерода СО), небольшого количества негорючих газов (кислорода Оа, азота Na, диоксида 28

Углерода С02 и водяных паров Н20). Состав его записывают в виде составляющих его соединений (в % объема). Все расчеты проводят исходя из единицы объема сухого газа, взятого при нормальных условиях (давлении 0,1 МПа и температуре 20 °С)

СН4 + С2Нв + С3Н8 + ■ ■+ Н2 + H2S + СО + N2 + С02 +

Теплота сгорания газообразного топлива при нормальных условиях и известном содержании газов, входящих в его состав,

QM = 0,01 вычисляется по формуле Д.И. Менделеева:

Удельную теплоту сгорания газообразного топлива [кДж/м 3 ] определяют в расчете на сухую массу:

Для сопоставления различных видов топлива применяют понятие услов­ное топливо . При сгорании 1 кг условного топлива выделяется 29,3 МДж тепла ((Q р н) усл = 29,3 МДж/кг).

Выход летучих веществ характеризует жидкое и твердое топливо. Это смесь горючих и негорючих газов, выделяющихся из массы топлива при его нагревании от 110 до 1100° С. Чем больше выход летучих веществ, тем ниже температура воспламенения топлива и легче его зажигание. Данная характеристика зависит от возраста топлива и условий его формирования. Так, выход летучих веществ у торфа составляет 70%, бурого угля 45 ÷ 50%, каменных углей 25 ÷ 40%, у антрацита 3 ÷ 4%. Твердый остаток топлива после выхода летучих веществ называют коксом. Он может быть плотным, спекшимся или рыхлым. В энергетических установках используется топливо, непригодное для получения плотного кокса.

Зольность . Несгоревший остаток, образующийся после сгорания топлива и состоящий в основном из минеральных примесей, называется золой. Часть золы в процессе горения топлива под действием высоких температур оплавляется и превращается в шлак. Отношение массы золы к массе топлива в процентах называют зольностью. Бурые и каменные угли имеют зольность 10 ÷ 55%, сланцы 40 ÷ 60%, жидкое топливо 0,05 ÷ 1%. Зола уменьшает теплоту сгорания топлива, снижает интенсивность теплообмена вследствие осаждения на поверхностях нагрева, вызывает их износ, загрязняет окружающую среду.

Влажность – это количество влаги в топливе, выражен­ное в процентах. Повышенная влажность снижает теплоту сгорания топлива и вызывает трудности при его сжигании. Высокую влажность (до 50%) имеют бурые угли и торф, поэтому удельная теплота сгорания их невелика (8÷10 МДж/кг). Влажность каменных углей ниже и составляет 5 ÷ 8%.

Сернистость – это количество серы в топливе, выраженное в процентах. Наличие серы ухудшает качество топлива. При горении происходит соединение серы с кислородом, при этом образуется ядовитый газ. Происходит разрушение поверхности нагрева и выброс ядовитых газов в атмосферу.

Для сравнения топлива с различной влажностью, зольностью и сернистостью используют приведенные характеристики : характеристики рабочей массы топлива, отнесенные к его низшей теплоте сгорания (приведенные влажность W пр, зольность А пр и сернистость S пр, (%×кг)/МДж):

Топливо с W пр < 0,7 считается маловажным, а с W пр > 1,9 – высоковлажным. Топливо с A пр £ 1 – малозольное, а с A пр ³ 5 высокозольное.

Нефть и ее использование

Нефть образовалась в результате осадочных отложений в морской воде и недрах земли. Это бурая жидкость, имеющая своеобразный смоляной запах. Нефть состоит из трех углеводородных групп: 1) парафинов; 2) циклопарафинов (нафтены); 3) ароматических смол. В небольших количествах в нефти содержатся: сера (до 6%), кислород (до 4%), азот (до 1%) и следы некоторых металлов. По своим характеристикам (вязкость, цвет, содержание парафина и др.) нефть неоднородна, что обусловлено различным растительным происхождением и определяет возможность производства тех или иных нефтепродуктов.

Доля нефти в мировом энергетическом балансе составляет около 40%. По объему добычи нефти Россия занимает второе место в мире после Саудовской Аравии. Основные районы добычи в РФ: Западно-Сибирский, Волго-Уральский, Тимано-Печорский, Северо-Кавказский, север Сахалина. В Западной Сибири добывается самая дешевая и качественная нефть России. Глубина нефтеносных пластов достигает 2 км. Лидерами по добыче нефти в России являются компании «Роснефть», «Лукойл».

Добыча нефти. Разработка нефтяного месторождения начинается с бурения скважин. Буровая скважина использует ряд вращающихся стальных труб высокого давления, называемых установкой. Установка поддерживается буровой вышкой и управляется вращательным столом на платформе. Сначала из скважины бьет нефтяной фонтан, затем переходят на механизированные способы добычи: компрессорную, глубинно-насосную и др. После добычи нефть отделяется от сопутствующих воды и газов и перекачивается в нефтехранилища.

Переработка нефти . Переработка включает три основных процесса: перегонку, риформинг и ректификацию. В результате перегонки нефть разделяется на части – фракции, согласно молекулярному весу. Все фракции получают дальнейшую обработку для производства конечных продуктов. Наиболее ценные горючие продукты получают при химической переработке нефти: крекинге, пиролизе и ароматизации. Крекинг – это разложение высших углеводородов на простые. При сильном нагревании с катализатором (ок.500 о С) происходит каталитический крекинг, без катализатора – термический крекинг. При пиролизе нефти (700 – 900 о С) образуются этилен, бензол, толуол. Процесс ароматизации протекает в присутствии катализаторов по уравнению:

Переработка чаще сосредоточена в районах массового потребления нефтепродуктов и вдоль трасс нефтепроводов.

Транспорт нефти. Основными видами транспорта являются: трубопроводы, танкеры и железнодорожный транспорт. Так, почти вся добываемая на Ближнем Востоке нефть импортируется танкерами. Западная Европа с помощью танкеров ввозит около 90% сырой нефти, Япония – около 100%, США – 50%. Транспортировка Сахалинской нефти России также осуществляется танкерами. Водоизмещение современных танкеров составляет от 50 до 500 тыс. тонн. Имеется ряд супертанкеров водоизмещением до 800 тыс. тонн. В России основной вид транспорта нефти – нефтепроводы. Их протяженность составляет 70 тыс. километров. Для преодоления сопротивления трения вязкости нефтепродуктов в нефтепроводах требуется их насосная перекачка. Для горизонтальных трубопроводов мощность насосов равна:

где μ - вязкость передаваемой нефти; L - длина трубопровода; D -диаметр трубопровода; V - расход нефти:

,

где р 1 и р 2 – разность давлений в трубе.