Важнейшие компоненты топлива

ТОПЛИВО

Топливо – горючее вещество, выделяющее при сжигании значительное количество теплоты, которая используется непосредственно в технологических процессах или преобразуется в другие виды энергии (например, в механическую на транспорте, в электрическую на тепловых электростанциях и др.).

В народном хозяйстве применяются многочисленные виды топлива. Топливо подразделяют на естественное (природное), непосредственно выделяемые из недр земли, и искусственное, получаемые переработкой природного топлива.

Ниже приведена классификация естественного и искусственного твердого, жидкого и газообразного топлива.

Т а б л и ц а 1

Классификация топлива

Твердое		Жидкое		Газообразное
Естест- венное	Искус- ственное	Естест- венное	Искус- ственное	Естест- венное	Искус- ственное
Дрова Торф Бурый уголь Каменный уголь Полуантра цит Антрацит Сланцы Битуминоз ные пески	Древесный уголь Торфяной полукокс Буроугольный полукокс Каменно угольный полукокс Брикеты торфяные и угольные Промышленные и коммунальные отходы	Нефть Газовый конден- сат	Бензин Керосин Дизельное топливо Мазут Смола Сланце- вое масло Метанол Этанол	Природный газ Попутный нефтяной газ Шахтный газ	Нефтезаводской Сжиженный Полукоксовый Коксовый Водяной Смешанный Генераторный Воздушный Доменный Ваграночный Водород Газы процессов брожения

Не все из перечисленных видов имеют широкое применение. Состав и свойства наиболее важных видов естественного и искусственного топлива будет рассмотрен ниже.

Важнейшие свойства топлива

Основные характеристики топлива, определяющие его ценность, удобство использования, эффективность и др., приведены ниже:

1. Теплотворная способность, или теплота сгорания. Представляет собой количество теплоты, которое выделяется при сгорании либо 1 кг, либо 1м³ топлива. Эта характеристика определяет расход топлива и транспортные расходы на единицу энергии.

2. Жаропроизводительность. Представляет собой максимальную температуру, которой можно достигнуть при сжигании топлива в адиабатических условиях. Определяет эффективность топлива в высокотемпературных процессах.

3. Содержание балласта, т.е. минеральной несгораемой массы, а также влаги в твердом и жидком топливе, а азота и углекислого газа – в газообразном топливе. Чем выше содержание балласта, тем ниже теплотворная способность и жаропроизводительность.

4. Содержание вредных примесей, снижающих ценность топлива и обуславливающих загрязнение окружающей среды (например, серы).

5. Выход летучих веществ и обуглероженных остатков (например, кокса), определяющий легкость его зажигания и целесообразность применения в данном технологическом процессе.

6. Удобство сжигания топлива (простота устройств для сжигания, легкость регулировки процесса горения).

Сложность и затраты подготовки топлива к сжиганию.

8. Степень сложности разведки, трудности добычи и себестоимость топлива.

9. Удаленность месторождения от районов потребления и стоимость перевозки, транспортировки.

Главные требования, предъявляемые к технологическому топливу

• низкая стоимость добычи,

• низкая стоимость транспортирования,

• удобство применения,

• возможность использования с высоким коэффициентом полезного действия,

•  малое содержание вредных примесей.

Важнейшие компоненты топлива

Углерод. Имеет наибольшее значение. Его содержание в горючей массе (массе за вычетом воды и минеральных примесей) находится обычно в пределах от 50 до 99%.

Далее в тексте содержание какого-либо компонента в горючей массе обозначается верхним индексом "г".

В таблице 2 приведено содержание углерода и других важных компонентов в некоторых твердых видах топлива.

В природном газе содержится 75-90% углерода, в бензине 85%, в керосине – 86%.

В среднем горение углерода в различных видах топлива, независимо от его состава, дает около 33мДж/кг.

Жаропроизводительность углерода равна 2240°С (средняя по всем видам топлива).

 

Т а б л и ц а 2

Содержание важных компонентов в некоторых твердых видах топлива

(в горючей массе), %

Топливо	Сг	Sг	Hг	Ог	Выход летучих
Дрова	51	-	6,1	42,3	85
Торф	50 - 60	0,1 – 1,5	5 – 6,5	30 - 40	70
Сланцы	60-75	4-13	7-10	12-17	80-90
Бурый уголь	64-78	0,3-6	3,8-6,3	15-26	40-60
Каменный уголь	75-90	0,5-6	4-6	2-13	9-50
Антрацит	93-94	2-3	2	1-2	3-4

 

Водород. Второй по значению компонент. Содержание в твердых видах топлива см. табл. 2. В дизельном топливе содержится 13%, в мазуте – 11-12%, в керосине 14%, в бензине 15%, в сжиженном газе 18%, а в природном газе до 25%.

В среднем сгорание 1 кг водорода в составе топлива дает 141,5мДж теплоты, что в 4,2 раза выше теплоты сгорания углерода. Поэтому с увеличение содержания водорода в топливе растет его теплотворная способность и жаропроизводительность. Из углеводородов наибольшая теплотворная способность у метана (50мДж/кг). У мазута, к примеру, она равна 42мДж/кг.

Жаропроизводительность водорода равна 2235°С.

Кислород. Третий важнейший компонент горючей массы. Его практически нет в жидком и газообразном топливе.

Чем моложе твердое топливо, тем больше оно содержит кислорода (см. табл. 2, в которой сверху вниз растет возраст топлива).

Кислород в топливе снижает теплоту сгорания. В этом смысле он является балластом. В основном он находится в составе таких функциональных групп, как -ОН, -СООН, и уже не способен окислять углерод и водород топлива.

С другой стороны, топливо с высоким содержанием кислорода характеризуется высоким выходом летучих веществ и легко зажигается.

  Сера. Сера может содержаться в трех состояниях:

· Органическая – в составе сложных органических соединений. Встречается в жидком и твердом топливе.

· Колчеданная, или пиритная. Содержится в виде железного колчедана FeS₂. Содержится только в твердом топливе.

· Сульфатная – в составе сульфатов различных металлов (кальция, железа и др.). Содержится только в твердом топливе.

Сера не только снижает теплотворную способность, но и сильно загрязняет окружающую среду, выделяясь в виде оксидов.