Твердое топливо

Твердое топливо, используемое в сельскохозяйственном производстве, делят на естественное (ископаемые угли, торф, древесные отходы сельскохозяйственного производства) и искусственное (различные брикеты, древесный уголь). В различных зонах страны широко применяют топлива местных видов. В твердом топливе в большом количестве содержится балласт, который резко снижает его тепловую ценность.

Ископаемые угли бывают двух основных видов: гумусовые, образовавшиеся из высших наземных растений (в основном древесины), и сапропелитовые, образовавшиеся из водных растений и водорослей, богатых жирами и воском. Широко распространены угли смешанного происхождения. В зависимости от степени изменения органического вещества, или от «химического» возраста, угли подразделяют на бурые, каменные и антрациты.

Угли классифицируют по размерам кусков: плита – размер кусков более 100 мм, крупный – 50... 100, орех – 25...50, мелкий – 13...25, семечко – 6... 13, штыб – менее 6 мм.

Бурые угли представляют собой бурую землистую или черную однородную массу, которая при хранении окисляется и рассыпается в порошок. Бурые угли имеют высокую зольность (15...30%) и влажность (15...50%), поэтому диапазон значений их теплоты сгорания очень большой (8,4... 18,8 МДж/кг). Они легко загораются и горят длинным коптящим пламенем. Бурые угли склонны к окислению и самовозгоранию, поэтому их рекомендуется укладывать в штабеля высотой не более 2,5 м и хранить не более месяца, чтобы избежать возможного самовоспламенения.

Состав бурых углей весьма неоднороден: С^г=65...78%, Н^г = 4,3...6,2, О^г= 16...27, N^r = 0,7... 1,8, S^r = 0,4...3,9%. Выход летучих веществ на горючую массу составляет 40...50 %, а в некоторых видах угля доходит до 60 %. Классифицируют его в зависимости от размеров кусков: бурый крупный (БК), бурый орех (БО), бурый мелкий (БМ), бурый семечко со штыбом (БСШ) и бурый рядовой (БР).

Каменный уголь имеет черный цвет и отличается от бурого меньшим содержанием золы и влаги. Состав органической массы каменных углей также неоднороден: С^г = 78...90%, Н^г = 4...5,8, О^г = 3...15, N^r = 0,5...2, S^r = I...6, зола-15...27, вода - 4... 12%. Низшая рабочая теплота сгорания колеблется от 20,73 до 31,4 МДж/кг.

Различают каменные угли шести марок. Угли, направленные на термическую переработку для получения смолы и газа, маркируют Д (длиннопламенные) и Г (газовые). Они имеют более 35% летучих веществ. Угли, идущие на переработку с целью получения металлургического кокса, обозначают К (коксующиеся) и Ж (жирные). Угли, используемые как топливо, обозначают ОС (отощенные спекающиеся) и Т (тощие).

Применяют также каменные угли, пригодные для сжигания в кузнечных горнах. Эти угли должны содержать не более 20% летучих соединений, небольшое количество серы, иметь теплоту сгорания 25...27 МДж/кг и обладать способностью спекаться, т.е. при разложении без доступа воздуха образовывать кокс в виде кусков, а не порошка. Такие угли обычно называют кузнечными.

Антрацит представляет собой разновидность каменного угля и содержит углерода 96.5 %. Он имеет черный цвет с сероватым оттенком, обладает высокой плотностью и большой прочностью. В антраците содержится небольшое количество воды (3...5 %), золы (10... 15 %) и летучих веществ (2...9 %). Теплота сгорания антрацита самая высокая среди ископаемых углей – 25...27 МДж/кг, а иногда 30 МДж/кг.

Антрациты маркируют по размеру кусков: АП – плитный; АК – крупный; АО – орех; АМ – мелкий; АС – семечко; АШ – штыб.

Сланцы характеризуются высоким содержанием золы (50...60 %) и влаги (15...20%). В горючей части сланцев содержится большое количество водорода (до 10%), а выход летучих веществ достигает 90 %, поэтому они легко воспламеняются. Теплота сгорания сланцев невысока и составляет 5,8... 10,8 МДж/кг. В сельском хозяйстве сланцы используют как котельное топливо.

Торф образовался в результате разложения растительных остатков в условиях избытка влаги и незначительного доступа воздуха. Если торф образовался из растительности, богатой минеральными солями (осоки, тростника, камыша), то его называют луговым или низинным. Он содержит 8...16% золы. Если торф образовался из растительности, бедной минеральными солями, то его считают моховым, или верховым; содержание золы в нем 2...4 %.

Имеются торфяники смешанного происхождения, зольность которых 7...9 %. Торф представляет собой однородную массу от желтого до темно-коричневого цвета, влажность которой 85...95 %.

Торф является обратимым коллоидом, т. е. при высушивании он выделяет воду, а намокая, поглощает ее вновь. Если влажный торф высушить до содержания влаги ниже 34 %, то он перейдет в необратимый коллоид. Воздушно-сухой торф удобен для транспортировки. Его можно хранить при любой погоде, так как он не изменяет форму и не поглощает воду, а лишь слегка намокают верхние слои. Органические масса торфа характеризуется следующим составом: С^г = 55...56%, Н^г = 5...6, О^г = 35...40, N^г = 0,5...3, S^г = 0,12...1,5 %. Низшая теплота сгорания горючей массы торфа составляет около 12,6 МДж/кг. Торф широко используют как топливо для тепловых установок и бытовых нужд, а также как удобрение и подстилку для скота.

Древесина содержит более 60% целлюлозы, около 30% лигнина и «коло 1% минеральных солей. Элементный состав органической части древесины следующий: С^г = 50%, Н^г = 6, О^г = 43, N^г = I%. Основным балластом в топливе этого вида яачяется влага, содержание Которой в свежесрубленной древесине достигает 50...60 %.

Дрова бывают сухие (влажность менее 25 %), полусухие (25...30 %) ¹¹ сырые (более 35 %). К сухим относят дрова, заготовленные в °сснний или зимний период и пролежавшие в поленницах нс менее гола: к полусухим – не менее 6 мес; сырым – менее 6 мес после рубки. Теплота сгорания горючей массы древесины составляет 18,8... 19,2 МДж/кг, однако при влажности 30% она снижается до 13.3 МДж/кг.

Теплоту сгорания (кДж/кг) дров различной влажности можно рассчитать по формуле

Теплота сгорания дров из лревссины различных пород колеблется в небольших пределах, однако масса 1 м³ твердых пород в 1,6... 1,8 раза больше мягких. Дрова отпускают потребителю по объему, а не по массе, поэтому предпочтение отдают твердым породам древесины. С учетом твердости древесины дрова но теплоте сгорания делят на четыре группы: 1 – дуб, граб, ясень, клен, бук – их тепловой эквивалент ТЭ = 1,2; 2 – береза, лиственница – ТЭ = 1; 3 – ольха, сосна, кедр, пихта – ТЭ = 0,8; 4 – ива, осина, тополь, липа – ТЭ = 0,7.

Сельскохозяйственные отходы используют для производственных и бытовых нужд, особенно в безлесных районах. К отходам относятся солома, подсолнечниковая лузга, костра, стебли подсолнечника, рисовая шелуха и т. п. По составу органической массы эти отходы ближе всего к древесине.

Искусственное топливо получают физико-механическими методами (сортировка, обогащение, сушка, брикетирование и др.) и физико-химическими (сухая перегонка, полукоксование, коксование и др.). Брикеты получают из отходов сельскохозяйственного производства с применением связующего вещества в прессах при давлении 100...150 МПа (холодное брикетирование). При горячем брикетировании торфа, пыли и крошки угля связующим веществом служит смола, выделяемая ими при нагревании. Давление такого брикетирования 25...30 МПа, температура 260...320ºС.

Древесный уголь получают в результате сухой перегонки древесины при температуре 400...450ºС без доступа воздуха. Органическая масса такого угля содержит 75% углерода. 4 – водорода, 20% кислорода и азота. Его зольность составляет около 1%, влажность – 10%. Низшая теплота сгорания древесного угля 27 МДж/ кг.

Контрольные вопросы и задания

1. В каких установках используют топочные мазуты? 2. Назовите марки топочных мазутов, поступающих в сельское хозяйство? 3. В каких установках сельскохозяйственного назначения применяют печное бытовое топливо? 4. Какай теплота сгорании у печного бытового топлива? 5. Какие твердые топлива используют в сельскохозяйственном производстве? 6. Каков состав бурых углей? 7. Назовите сельскохозяйственные отходы, используемые для отопления производственных помещений и бытовых нужд. 8. Расскажите о получении искусственного топлива.