6 (Лекции)

ТОПЛИВООБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВАКлассификация топлива.В основном топливо классифицируют по его происхождению и агрегатномусостоянию (табл. 1.1). В соответствии с этим топливо всех видов подразделяют наестественное и искусственное, каждое из которых в свою очередь подразделяют на твердое,жидкое и газообразное.Общая классификация топливаАгрегатноеВид топлива по происхождениюсостояниетопливаестественномуискусственномуТвердоеДрова, торф, бурый уголь,Древесный уголь, кокс, угольная пыль,каменный уголь, антрациты,термоантрацит, полукоксгорючие сланцыЖидкоеНефтьБензин, керосин, мазут, спирт,каменноугольная смола и др.ГазообразноеПриродный газКоксовый, доменный, светильный,генераторный, водяной газыТеория горения топлива.Горением называют химический процесс соединения топлива с окислителем(кислородом воздуха), сопровождающийся интенсивным тепловыделением и быстрымподъемом температуры продуктов сгорания. Молекулярные связи исходных веществ топлива и окислителя - нарушаются и образуются новые связи в молекулах продуктовсгорания.Горение топлива в промышленных топках – очень сложный процесс, состоящий изсовокупности следующих физических и химических явлений:1.

Нагрева топлива до температуры воспламенения с одновременным частичнымразложением и выделением газообразных (летучих) веществ;2. Смешения топлива и продуктов его термического разложения с воздухом(диффузия в пограничном слое для твердого топлива);3. Окисление горючих составляющих топлива кислородом воздуха с одновременнымтеплообменом как в внутри зоны горения, так и с окружающей средой;4. Удаление продуктов горения, нагретых до высокой температурыВ таблице представлены основные уравненияГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВОГазообразное топливо по сравнению с жидким и твердым имеет ряд преимуществ,главные из которых:- более простое смешение горючего и воздуха, позволяющее проводить сжигание газас меньшим избытком воздуха;- легкость транспортировки;- простота обслуживания печей, работающих на газе.Все это приводит к тому, что газообразное топливо становится преобладающим.Газообразное топливо бывает естественное и искусственное.

Естественными видамигазообразного топлива являются природный газ и попутный газ, который улавливают придобыче нефти. Искусственными видами газообразного топлива являются коксовый идоменный газы, получаемые соответственно при коксовании угля и при доменной плавке.Кроме того, к искусственным относятся генераторные газы, которые в последние годыполностью вышли из употребления на предприятиях черной металлургии.Природный газ.Природный газ - наиболее дешевое топливо. Себестоимость его значительно нижесебестоимости угля и нефти.Природный газ основных месторождений России состоит главным образом из метанаи содержит небольшой процент его гомологов. Содержание в нем балласта (N2 и С02)невелико.

Важно отметить, что природный газ большинства месторождений России несодержит сероводорода и других сернистых соединений (табл. 1.2).В связи с ростом добычи и переработки нефти соответственно возрастают ресурсынефтепромысловых газов, добываемых попутно с нефтью. Нефтепромысловые газыотличаются от природных чисто газовых месторождений большим содержанием гомологовметана (этана, бутана и др.) и соответственно более высокой теплотой сгорания.Искусственное газообразное топливо.Коксовый газ, получаемый при коксовании углей, играет очень важную роль втопливном балансе металлургических заводов. В табл. 1.3 приведен состав коксового газа.Колебания в содержании отдельных компонентов объясняются различием в составекоксуемых углей, температурах и режимах коксования.Доменный (колошниковый) газ получают в больших количествах (около 3 м3 на 1 кгчугуна) в процессе доменной плавки.

На металлургических заводах доменный газ играетсущественную роль в тепловом балансе, на его образование расходуется свыше 40 %теплоты сгорания кокса, загруженного в доменную печь. Доменные воздухонагреватели,печи коксовых и прокатных цехов в большей или меньшей мере отапливают доменным газомв смеси с коксовым или природным газом. Средний состав доменного газаГенераторные газы представляют собой продукты безостаточной газификациитвердого горючего.

Газификация может быть проведена при помощи кислорода, вводимого своздухом, или водяного пара. Аппараты, в которых твердое топливо превращается вгазообразное, называют газогенераторами, процесс газификации - газогенераторным.На рис. 1.1 изображена схема работы газогенератора, который представляет собойшахту - железный кожух, изнутри футерованный огнеупорным кирпичом. Топливозагружают в газогенератор сверху через загрузочное устройство. Дутье (воздух, водяной пар)поступает снизу под колосниковую1.3. ЖИДКОЕ ТОПЛИВОЕстественное жидкое топливо.К естественным жидким топливам относят сырую нефть, которую как топливоиспользуют очень ограниченно. Использование продуктов переработки нефти дает болеевысокий эффект, чем использование нефти в сыром виде.Искусственное жидкое топливо.Основную массу искусственного жидкого топлива составляют продукты переработкисырой нефти.Бензин представляет собой жидкое топливо, состоящее из наиболее легкокипящихфракций нефти (температура кипения до 473 К).

Элементарный состав бензина зависит отсодержания в нем различных углеводородов. Можно считать, что бензин в среднем состоитиз 85 % С и 15 % Н. Низшая теплота сгорания составляет около 41900 кДж/кг. Бензинслужит топливом для авиационных и автомобильных двигателей.Несколько более высокую температуру кипения (473...493 К) имеет лигроин,используемый в качестве топлива для тракторных двигателей.Керосин представляет собой фракцию, в основном кипящую при температуре свыше523 К.

При дальнейшем повышении температуры из него отгоняется соляровый дистиллят.В зависимости от типа нефти выход легких фракций при перегонке составляет 25...30%. Остальная часть - это более тяжелые фракции (мазут). Мазут широко применяется дляотопления металлургических печей.Мазут различного происхождения по элементарному анализу мало отличается один отдругого: 86,3...87,1 % Сг, 12,3...13,1 % Нг, 0...0,35% Ог, 0,05% Nrn0...10%^p.Содержание серы в мазуте, получаемом при переработке малосернистой нефти,составляет около 0,5 %; в мазуте, получаемом из высокосернистой нефти, содержание серыможет быть около 4 %.

Выпускают топочные мазуты марок 40, 100, 200 или МП (мазут длямартеновских печей). Для этих мазутов температура вспышки составляет 363...383 К, атемпература застывания 283.. .298 К.Важными показателями, характеризующими качество мазута, являются температуразастывания и вязкость. Вязкость в значительной степени снижается при повышениитемпературы нефтепродукта. Поэтому для обеспечения возможности перекачивания исжигания в форсунках вязкие мазуты приходится предварительно подогревать до 343...353 К.Низшая теплота сгорания мазута в зависимости от его состава и содержания влагиколеблется в пределах 35615...39805 кДж/кг.Большое значение жидкого топлива заставляет изыскивать пути для замены нефтидругими видами горючих ископаемых, которые можно использовать для получениямоторных топлив.

Существует ряд методов переработки твердого топлива: гидрогенизация,синтез углеводородов и другие.В практике металлургического производства в качестве заменителя мазута в видедобавки к газообразному топливу (для увеличения излуча-тельной способности факела)нередко применяют смолы, получаемые как продукт переработки твердых топлив.1.4. ТВЕРДОЕ ТОПЛИВОДля естественного твердого топлива всех видов общим является не только одинаковоеагрегатное состояние, но и общность условий происхождения. Твердое топливоестественного вида - растительного происхождения. Чем старше топливо, тем вышесодержание углерода (табл.

1.5) и теплота сгорания.Твердое топливо, кроме данных элементарного анализа, характеризуется такжеданными технического анализа, при котором определяют содержание влаги, выход летучихвеществ и кокса, зональность, количество серы, теплоту сгорания топлива.Влажность является весьма важной характеристикой твердого топлива и в большеймере определяет эффективность его использования.Летучие вещества выделяются из топлива при его термическом разложении бездоступа воздуха. При этом происходит разложение неустойчивых молекул и выделениегазообразных горючих веществ.

Кроме летучих веществ, продуктом термическогоразложения является также кокс - твердый остаток продуктов разложения. Летучие веществаиграют весьма важную роль в процессе сгорания твердого топлива, ибо воспламеняютсяпервыми и способствуют развитию процесса горения.Твердое топливо содержит в составе негорючие элементы, составляющие основузолы.

Чем выше количество этих негорючих элементов и выше зольность, тем ниже качествотоплива.Сера является крайне вредной примесью твердого топлива. При сжигании топлива, всостав которого входит сера, образуется окись серы S02, она является очень сильнымокислителем..