Топливо и процессы его горения

Топливо - горючие вещества, предназначенные для получения теплоты в промышленном масштабе. Оно бывает природное и искусственное, твердое (каменный уголь, антрацит, кокс, дрова), жидкое (нефть, мазут, бензин), органическое, ядерное и газообразное (природный газ, генераторный, доменный газы). Органическое топливо состоит из следующих основных химических элементов: углерода С, водорода Н, серы S, кислорода О, азота N, минеральных примесей (золы) А и влаги W.

Состав топлива по элементарному содержанию выражается формулой

C^p + H^p + O^p + N^p + S^p_л + А^р + W^p = 100% (3.1)

где индексом р отмечается рабочее топливо.

Горючими элементами топлива являются углерод С, водород Н и летучая сера S_л.

Углерод С является основной горючей частью топлива. Удельная теплота сгорания углерода – 33, 65 МДж/кг. Содержание С в топливе 50 - 93%.

Водород Н также является горючей частью топлива. Удельная теплота сгорания – 142 МДж/кг, содержание Н в топливе 2 – 10%.

Сера S, входящее в состав топлива, разделяется на 3 разновидности: серо колчеданная S_к, серо органическая S_о и серо сульфатная S_c. Первые две разновидности принято называть летучей серой S^p_л.

С^р_л + S^p_o = S^p_л (3.2)

Эта сера является горючей частью топлива. Её теплота сгорания равна 9, 5 МДж/кг, общее содержание в топливе 2 – 15%.

Сера сульфатная в горении не участвует и переходит в золу.

Сера относится к вредным примесям топлива, т.к. продукты её сгорания SO₂ и SO₃ вызывают коррозию аппаратуры и загрязняют атмосферу.

Кислород и азот являются негорючей частью топлива и составляют внутренний балласт топлива.

Зола – твердый негорючий остаток, получаемый при сгорании топлива. Она состоит из химических соединений: S_iO₂, Al₂O₃, FeO, CaO.

Содержание золы в топливе колеблется от 0, 3% в мазуте, до 5-25% в каменных углях и до 40-60% в горючих сланцах.

Влага является балластной примесью и уменьшает теплотворную способность топлива. Одной из важнейших характеристик топлива является её теплотворная способность, т.е. количество теплоты, выделяемое при сгорании 1 кг топлива.

Различают высшую и низшую теплотворную способность.

Высшей теплотворной способностью Q^p_в называется теплота сгорания, которая определяется без учета расхода теплоты на испарение влаги топлива.

Низшей теплотворной способностью Q^p_н называется теплота сгорания, определяемая с учетом расхода теплоты на испарение влаги W.

Низшую теплотворную способность можно определить по приближенной формуле Менделеева

Q^p_н = 0, 3390^р + 1, 03Н^р – 0, 109(О^р – S^p_л) – 0, 025 W^p. (3.3)

Для сопоставления между собой различных видов топлива пользуются понятием «условное топливо», под которым подразумевают топливо с теплотворной способностью Q^p_н = Q_ус = 29, 33 МДж/кг (7000 ккал/кг). Перерасчет натурального топлива в условное осуществляется по формуле

В_ус = В. , (3.4)

где В – расход натурального топлива.