Джерела енергії і генератори енергії (стр. 3 из 13)
Вміст леткої (органічної і колчеданної сірки) в горючій масі різних видів палива S
може бути в межах: у торфі, деревині, малосірчастій нафті – 0,2–0,4%; в антрациті, кам'яному вугіллі, бурому вугіллі – 2–6%; сірчастому сланці – до 15%.Зола палива складається з внутрішньої (первинної) і зовнішньої (прошарки породи, мінеральні речовини, внесені в процесі добування і транспортування палива). Для проектування котельного агрегату треба знати не лише, скільки золи міститься в паливі, а й її плавкість, склад і характер реакції.
Вміст золи в абсолютно сухій масі різних палив А
коливається в широких межах: від 0,3% для нафти до 70% для сланців. Зольність кам'яного вугілля Ас становить 5–20%, бурого вугілля-15–35%; торфу (малозольного) – 4–10% і 10–20% (високозольного).Плавкість золи характеризується температурами початку деформації t1, розм'якшення t2 і рідкоплавкого стану t3. Їх визначають у лабораторній печі. Значення цих температур залежить від складу золи і температури газового середовища, в якому відбувається нагрівання. З них найбільший інтерес для проектування топок становить температура початку розм'якшення t2. Залежно від температури рідкоплавкого стану t3 розрізняють: легкоплавку золу, якщо t3 <1200°С, середньоплавку, якщо t3 = 1200–1400°С, і тугоплавку, якщо t3>1400°С.
Склад мінеральних домішок різних палив дуже різноманітний. Переважними компонентами звичайно є глинозем і кремнезем. Крім того, до складу золи входять сульфати, карбонати (кальцію), луги, хлориди та інші сполуки.
Сумарний характер реакції шлаку (кислий, основний, нейтральний), що утворюється під час спалювання палива, треба враховувати при виборі матеріалу для футеровки топки. Реакція шлаку і футеровки повинна бути одного знаку, бо інакше при різко вираженому характері реакції шлаку інтенсивно руйнуватиметься футеровка.
Вміст вологи в паливі Wр коливається від 2% у нафті до 65% у здубиці. Вологість кам'яного вугілля становить 5–10%, бурого вугілля 30–58%, торфу 35–50%.
Волога палива зменшує в ньому вміст горючих речовин, знижує нижню теплоту згоряння палива як споживач теплоти для свого випаровування; переходячи у вигляді водяної пари в продукти згоряння, збільшує їх сумарну теплоємність. Усе це температуру горіння і нерідко погіршує економічність і стійкість процесу спалювання.
Вихід летких речовин. При нагріванні палива без доступу повітря (суха перегонка) відбувається термічний розклад палива з виділенням так званих летких речовин і твердого нелеткого залишку. Леткі речовини – це суміш газів і пари (пірогенетичної вологи, СО2, пари первинних смол, СО, Н2, СmНn, Н2S). Їх кількість і склад є важливими характеристиками палива.
До складу твердого залишку, що називається коксом, або нелетким залишком, входять вуглець С і зола А. Кокс може мати вигляд порошку, мало зв'язаних крупинок, міцної щільної або ніздрюватої маси.
Вихід летких речовин у вагових процентах на горючу масу коливається від 4% для антрациту до 85% для нафти і сланців. Проміжне положення по значенню Vг посідають: пісне кам'яне вугілля 10–15%, полум'яне кам'яне вугілля 20–45%, буре вугілля 50–60%, торф 70%.
Процес сухої перегонки при температурі 1050–1100° С називається коксуванням і широко застосовується для добування високоякісного металургійного коксу. Рідше застосовується напівкоксування палива (в основному бурого вугілля) – суха перегонка при 500–600° С. Основна мета такого процесу – здобуття цінних рідких і газових продуктів.
1.3 Характеристика окремих видів палива
Дрова. Деревина є дуже цінним матеріалом для будівництва мебельної, целюлозної й інших галузей промисловості. Тому застосовувати її як паливо недоцільно. Роль деревини в паливному балансі нашої країни дуже мала і з кожним роком зменшується.
Основою деревини є клітковина, або целюлоза (С6Н10О5), її вдеревині близько 70%. Друга складова деревини – лігнін, (СmНnОр). У ньому більше вуглецю і менше кисню, ніж у клітковині. Середній склад органічної маси деревини С° = – 50,0%, Н° == 6,1%, O° +N° == 43,9%. Теплота згоряння Q
= 18 420 кДж/кг.Склад і теплота згоряння одного кілограма органічної маси деревини дуже мало залежить від породи дров. У деревині дуже мало сірки, небагато золи (А
=1¸2%), але багато вологи; у свіжоспиляних дровах W 
=50%, в однорічних W =25¸30%. Теплота згоряння однорічних дров Q 
=11720 кДж/кг.Торф. Торф – це перший (наймолодший за геологічним і хімічним віком) продукт розкладання скупчень рослинних залишків при дуже обмеженому доступі повітря. Під час розкладання виділяються СОз, Н2О, СН4 і NНз. Твердий продукт розкладання характеризується високим вмістом вуглецю і більш низьким вмістом кисню.
Склад торфу коливається в широких межах. Він визначається властивостями рослинних залишків (гумусовий, сапропелітовий, бітумінозний торф) і мірою їхнього розкладання (малорозкладений, дуже розкладений торф). Приблизний середній склад торфу такий: С°=58.0%, Н°=5,8%, О°=34,2%, N =2,0%, його теплота згоряння Q = 22 190 кДж/кг. Вміст сірки S=0,2–0,3%.
Зольність робочої маси торфу верхових торфовищ невелика (до 10%), низинних – значна (20% і більше). Вологість робочого палива 35–50%.
Залежно від способу добування розріняють кусковий (машиноформований, гідроторф) і фрезерний торф (дрібняк). У техніко-економічному відношенні найдоцільніший спосіб добування торфу – фрезерний.
Буре вугілля. Буре вугілля геологічно і хімічно старіший, ніж торф, продукт розкладання рослинних залишків. Міра його вуглефікації вища, склад і властивості коливаються також у широких межах. Приблизний середній склад і теплота згорання бурого вугілля:С°=68,5%, Н°=5,5%, О°=25%,N°=1,0%, Q°=27210 кДж/кг.
Робоче паливо характеризується звичайно високою сірчастістю (Sл – 1–3%), зольністю (А =10 – 25%) і вологістю. Вологість хімічно старого бурого вугілля Wр =30%, а молодого вугілля – 55–58%. Основні типи бурого вугілля за структурою: кускуваті, землисті, лігніти.
Торф і буре вугілля належать до місцевих низькосортних видів палив, яке доцільно використовувати недалеко від місця добування (в радіусі 100–150 км).
Кам’яне вугілля. Кам’яне вугілля – наступний (у розумінні геологічного і хімічного віку) продукт глибокої вуглефікації рослинних залишків. Термін « кам’яне вугілля» – широкий і збірний. Він об’єднує багато різноманітних за своїми властивостями видів палива. До загальних ознак, що відрізняють кам’яне вугілля від бурого вугілля і торфу належать: відсутність видимих неозброєним оком рослинних залишків, мала гігроскопічна вологість Wа <10%, загальна лужна реакція продуктів сухої перегонки, висока теплота згорання Q >31400 кДж/кг.
Основні марки кам’яного вугілля і його класифікацію подано в таб. 2. В основу класифікації покладено: вихід летких речовин Vі характеристика нелеткого залишку.
Таблиця 2
| Позначення | Назва марки вугілля | V, % | Характеристика нелеткого залишку |
| ДГГ ЖЖК ЖКО СССТПАА | Довгополум’янеГазовеГазове жирнеЖирнеКоксове жирнеКоксовеСпіснене спікливеМалоспікливеПіснеНапівантрацитАнтрацит | понад 37%менше 35%30 – 37%понад 24%менше 18%менше 17%14 – 22%17 – 37%7 – 8%менше 10%менше 8% | ПорошкоподібнийМалоспікливийПомірноспікливийПомірноспікливийЩільноспікливийЩільноспікливийПомірноспікливийМалоспікливийПорошкоподібнийПорошкоподібнийПорошкоподібний |
Кам'яне (і буре) вугілля класифікуються також за розміром кусків у мм: крупний К (50–100,) горіх О – «орех» (25–50), дрібний М – «мелкий» (13–25), насіннячко С – «семечко» (6–13) і штаб Ш (< 6). Для рядового вугілля розмір кусків – до 200 мм при шахтному добуванні і до 300 мм при відкритій розробці.
Дуже важливе значення для енергетики України має донецький антрацит. Склад його горючої маси: Сг =94%, Нг =2%, Ог =2%, Sг =1%. На великих електростанціях застосовують антрацитовий штиб АШ із зольністю А до 20% і вологістю W=5–10%.
Горючі сланці. Горючі сланці є сумішшю сапропелітових (нафтоподібних) продуктів, які утворилися внаслідок розкладання багатих на жири водних мікроорганізмів, що припинили свою життєдіяльність, з мінеральними речовинами, що потрапили в сапропелітові скупчення внаслідок обвалів, замулювань тощо. Сланці відзначаються великим виходом летких речовин (Vг до 85%), високим вмістом водню (Нг до 10%) і високою зольністю (Аг до 70%), помітну частину якої становлять карбонати (СаСО3).
Дуже ефективний метод використання сланців – суха перегонка. Їх застосовують також для енергетичних потреб і на великих теплових електростанціях.
Нафта. Нафта–складна суміш вуглеводнів різного складу. Розрізняють шість її типів. Основні з них – метанова і нафтенова. До останнього часу була загальноприйнятою органічна теорія походження нафти. Нині знову висувають варіанти теорії її мінерального походження. Нафту класифікують також за вмістом сірки (малосірчаста S<0,5%, сірчаста S< 1% і високосірчаста S<3,5%), смолистих речовин і за температурою застигання масляної фракції (малопарафіниста t заст. <–16 °С, парафіниста t заст. = -15 + 20° С і високопарафіниста t заст.>20°С).
Нафта – дуже цінна сировина для хімічної промисловості, виробництва легких палив, мастил та ін. Тому для енергетичних потреб використовують тільки відходи нафтопереробної промисловості – мазути. Склад мазуту мало відрізняється від складу нафти: C =86–88%, H =10 – 11%. Із сірчастих нафт виробляють високосірчасті мазути, в яких вміст сірки S досягає 4%.