для бытовых нужд топливо с влажностью 12-15 %, теплотой сгорания около 18,8 МДж/кг (4500 ккал/кг) и механической прочностью на изгиб 30-35 кгс/.
В современной энергетике широкое применение находит только фрезерный торф, как наиболее дешевый. При фрезерном способе добычи торфа торфяную массу взрыхляют на не- большую глубину (5-35 мм). Получающаяся торфяная крошка подсушивается, после чего ее убирают в штабеля. Большие запасы торфа имеются в Беларуси, в Ленинградской, Тверской, Ивановской, Нижегородской и Кировской областях России, а также на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке. Для ряда районов европейской части СНГ использование фрезерного торфа экономичнее, чем дальнепривозного угля. Однако малая транспортабельность фрезерного торфа и ограниченная мощность отдельных месторождений затрудняют строительство современных мощных электростанций, работающих на торфе.
Сланцы - минеральные глинистые или мергелистые породы, пропитанные органическими веществами, содержащими клетчатку, воск, жирные кислоты и т.д. Куски сланцев обычно имеют серый цвет, легко делятся на слои. Зольность сланцев доходит до 50-60 %, влажность также повышенная - 15-20 %. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая - 5,87-10 МДж/кг (1400-2400 ккал/кг) при высокой теплоте горючей массы = 27,2-33,5 МДж/кг (6500-8000 ккал/кг).
Топливо с высокими зольностью и влажностью из-за большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги. Основным районом добычи сланцев является северо-запад европейской части, однако роль сланцев как топлива значительна лишь в Эстонии. Добытый сланец идет на переработку для получения сланцевого масла, газа и другого химического сырья и применяется в качестве топлива на электрических станциях.
Древесина (дрова) - топливо, потребляемое только в мелких бытовых установках, в промышленных установках используются отходы производства и лесозаготовок (древесная щепа, опилки, обрезки, стружка, кора).
Мазут - остаточный продукт нефтепереработки; в соответствии с ГОСТ 10585 применяется в качестве жидкого котельного топлива, бывает двух марок: 40 и 100. Марка топлива определяется предельной величиной вязкости при 80 °С составляющей.
Газообразное топливо - смесь горючих и негорючих газов, содержащих некоторое количество примесей в виде водяного пара и пыли (механические примеси).
Различают следующие виды газообразного топлива: природный газ, попутные газы и промышленные газы (доменный, коксовый, синтез-газ).
1.2 Химический состав топлива
Органическое топливо состоит из горючих веществ, негорючих минеральных примесей и влаги.
Древесное топливо представляет собой в основном клетчатку (), образующую стенки клеток, и лигнин - межклеточное вещество со сложной молекулярной структурой (C = 54-58 %, H = 5,8-6,3 %, О = 35-39 %). Содержание в древесине клетчатки достигает 50-70 %, лигнина - 20-30 %, несколько процентов составляют воски, смолы, жирные кислоты.
Ископаемое твердое топливо характеризуется общностью происхождения горючей части и состоит в основном из растительной массы, но также содержит большее или меньшее количество белковых и жировых веществ животного происхождения.
Разнообразие видов твердых ископаемых топлив обусловлено различием состава исходной материнской массы и условий, при которых происходили процессы ее преобразования. Начальные стадии разложения в толще отмершей многоклеточной растительности, происходящие в заболоченных местах, где слой воды препятствует свободному доступу воздуха, называются оторфенением.
Дальнейшие процессы преобразования торфяной массы приводят к образованию бурых углей. Продуктами последующих процессов преобразования бурых углей являются каменные угли и антрацит.
Естественным жидким топливом является нефть - смесь жидких углеводородов различных молекулярных весов и групп. Кроме того, в ней содержится некоторое количество жидких кислородных, сернистых и азотистых соединений.
Природный газ чисто газовых месторождений состоит в основном из метана (95-98 %). В составе природных газов, сопутствующих нефтяным месторождениям (попутных газов), имеются относительно большие количества других углеводородов метанового ряда с общей формулой .
Химический состав газообразных топлив определяется сравнительно просто газовым анализом. Горючая часть жидких и особенно твердых топлив состоит из весьма сложных органических соединений, молекулярное строение и свойства которых изучены пока еще недостаточно. Элементарный химический состав топлив не может дать полного представления о свойствах топлива, так как он не отражает химической природы: входящих в него соединений. Однако он дает возможность производить ряд важных технических расчетов (например, подсчет количества необходимого воздуха для полного сгорания топлива, объемов продуктов сгорания и т.д.).
Условная горючая часть топлива содержит углерод, водород, кислород, азот и серу.
Основным элементом горючей части всех топлив является углерод. Углерод в топливе обусловливает выделение основного количества тепла.
Чем больше углерода в твердом топливе, тем труднее оно воспламеняется.
Содержание водорода в горючей массе твердых и жидких топлив колеблется от 2 до 10 %: больше его в мазуте и горючих сланцах, меньше всего в антраците. Особенно много водорода в природном газе. При сгорании водород выделяет на единицу массы примерно в 4,4 раза больше теплоты, чем углерод.
Кислород и азот являются органическим балластом в топливе и уменьшают содержание в нем горючих элементов - углерода и водорода. Кроме того, кислород, находясь в соединении с водородом или углеродом топлива, снижает количество теплоты, которое выделяется при сгорании топлива. Особенно велико содержание кислорода в древесине и торфе. По мере увеличения степени углефикации топлива количество кислорода уменьшается.
Азот при сжигании топлива в атмосфере воздуха не окисляется и переходит в продукты сгорания в свободном виде. В горючей массе различных твердых топлив и мазута он составляет 0,5-2,5 %.
Вредной примесью топлива является сера. Содержание серы в топливе вызывает сильную коррозию низкотемпературных поверхностей нагрева, так как продуктом ее окисления наряду с сернистым газом является и серный ангидрид , который сильно повышает температуру конденсации водяных паров продуктов сгорания топлива.
Наконец, присутствие сернистого газа в продуктах сгорания топлива, выбрасываемых в атмосферу через дымовую трубу, приводит к вредному загрязнению окружающего воздуха.
Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю для использования, называется рабочим.
В лабораторных условиях поступившее для анализа воздушно-сухое топливо называется аналитической пробой топлива. Воздушно-сухое топливо - твердое топливо с установившейся в естественных условиях влажностью (т.е. при комнат- ной температуре и влажности воздуха).
От химического состава топлива зависят его свойства. Важнейшими техническими характеристиками топлива являются теплота сгорания, выход летучих веществ, свойства твердого горючего остатка, количество и состав минеральных примесей, влажность, сернистость.
1.3 Теплота сгорания топлива
Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшей теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 газообразного топлива.
а - калориметрическая установка: 1 - оболочка(кожух); 2 - привод к мешалке; 3 - мешалка; 4 - калориметрическая бомба; 5 - калориметрический сосуд; 6 - лупа; 7 - электрощиток с мотором-трансформатором, реостатом и выключателями; 8 - пресс для брикетирования топлива; 9 - брикет топлива; 10 - нить для запала; 11 - зажим верхний; 12 - зажим нижний; 13 - установка для зарядки бомбы кислородом; б - калориметрическая бомба: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - тигель (чашечка); 4 - топливо; 5 - свинцовая прокладка; 6 - изоляционные прокладки; 7 - сальники; 8 - запорные вен- тили; 9 - канал для наполнения бомбы кислородом; 10 - канал для выпуска газов из бомбы; 11 - клеммы (электрические контакты); 12 - зарядная трубка; 13 - токоведущий штифт; 14 - кольцо; в - термометр переменного наполнения ртутью
Рисунок 2.Схема калориметрической установки, калориметрическая бомба и термометр
В эту теплоту сгорания входит теплота, выделяющаяся при конденсации водяных паров, которые содержатся в продуктах сгорания топлива.При температурах уходящих газов котельных агрегатов влага в продуктах сгорания находится в парообразном состоянии. Поэтому при тепловом расчете котельных агрегатов обычно пользуются низшей теплотой сгорания топлива, которая не учитывает скрытую теплоту парообразования водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания топлива. Горючие элементы топлива - углерод, водород и сера - находятся в составе горючей массы топлива в сложных соединениях, что не позволяет рассчитать теплоту сгорания топлива. Определение теплоты сгорания любого вида топлива осуществляют опытным путем с помощью калориметра рисунок 2.
Калориметр состоит из металлического сосуда, заполненного водой и сосуда-бомбы, внутри которых находится исследуемое топливо. Полость сосуда-бомбы заполняется кислородом под давлением 2-3 МПа (20-30 кгс/ ). Если сжечь топливо, воспламенив его электрическим током, то по повышению температуры воды в сосуде, измеряемой термометром, можно найти количество выделившейся теплоты, отданной продуктами сгорания.
2. Подготовка топлива к сжиганию в камерных топках
2.1 Общие сведения
2.1.1 Подготовка к сжиганию твердого топлива
Твердое топливо поступает на электростанцию в виде кусков различных размеров (от долей миллиметра до 100-200 мм и выше). В небольшом количестве в нем содержатся щепа и металлический лом. В процессе подготовки топливо превращается в сухой порошок (угольную пыль) с линейными размерами от долей микрона до долей миллиметра.
Процесс подготовки твердого топлива определяется целым рядом его свойств: влажностью, крупностью кусков угля и др. В большинстве сырое топливо обладает хорошей сыпучестью, т.е. угол естественного откоса менее 40-50°. Течки для подачи угля, выполненные под углом, превышающим угол естественного откоса, обеспечивают его хорошую транспортировку. Лишь некоторые сорта очень влажных топлив при определенной влажности теряют свойство сыпучести. Угол естественного откоса резко возрастает (вплоть до 90°) и топливо застревает в бункерах и течках. Наряду с этим некоторые сорта переувлажненного топлива приобретают тестообразную структуру, склонную к налипанию на ограждающие стенки и рабочие органы топливоподготовительных механизмов. Это снижает производительность и экономичность подготовки топлива. Явления замазывания и потери сыпучести устраняются при снижении влажности топлива. Некоторые сорта топлива обладают способностью примерзать к стенкам топливоподающих устройств и терять свою сыпучесть, что приводит к снижению производительности топливоподачи, а иногда и к полному нарушению ее работы.
Подсушка топлива до безопасной влажности является кардинальным способом устранения смерзания топлива и всех связанных с этим затруднений.
Выбор оборудования топливоподготовительных устройств и его эксплуатация зависят от фракционного состава, т.е. распределения кусков угля по размерам.
Подготовка твердого топлива обычно осуществляется в две стадии: 1) удаление металла, щепы и колчедана с предварительно грубым дроблением в дробильной установке; 2) подсушка и размол в системе приготовления пыли.
2.1.2 Удаление из топлива посторонних включений
При добыче и транспортировке твердого топлива в него случайно попадают различные металлические предметы (болты, гайки, куски проволоки и рессорных пружин, тормозные колодки, железнодорожные костыли и пр.). Если эти предметы поступят совместно с топливом в меха-
низмы топливоподачи, пылеприготовления, может произойти заклинивание или поломка оборудования и, как следствие, временное снижение нагрузки агрегата или даже полный аварийный сброс нагрузки и выход оборудования из строя на длительный срок.
Попадание металла приводит к поломке решеток молотковых дробилок, обрыву бил и поломке ими сепарационных вставок и броневых листов в молотковых мельницах, заклиниванию и повреждению питателей топлива и т.п.
Во избежание поломки оборудования в тракте топливоподачи необходимо выделять из топлива металлические включения с помощью специальных электромагнитных сепараторов двух типов: шкивных и подвесных.
Магнитные сепараторы устанавливают на первом ленточном конвейере с тем, чтобы защитить от металла дробилки, особенно молотковые, а иногда также и на ленточном питателе быстроходных мельниц.
.
1 - подвесной сепаратор; 2 - шкивный сепаратор; 3 - течка топлива; 4 - течка металла;5 - магнит; 6 - намагничивающая катушка; 7 - транспортер
Рисунок 3. Схема установки и работы шкивного и подвесного магнитных сепараторов
Электромагнитный шкивный сепаратор совмещается с передним (натяжным) барабаном ленточного конвейера или питателя. Поэтому его часто называют барабанным магнитным сепаратором. Устройство и схема действия представлены на рисунке 3.
Магнитную систему сепаратора устанавливают внутри полого вращающегося барабана из немагнитного металла так, чтобы магнитное поле возникало на той его части, которая соприкасается с лентой конвейера (а также несколько дальше по ходу вращения барабана). Двигаясь на ленте совместно с топливом, предмет из магнитного металла попадает в магнитное поле сепаратора и притягивается к барабану.