Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТОПЛИВ



Учебные вопросы: Расчетные массы, горючие элементы и виды балласта. Методика расчета химического состава топлива. Методика определения характеристик золы. Влияние негорючих примесей на процесс сжигания и экологию (формы влаги, виды серы, минеральные соединения, их воздействие).

Органическая часть твердых и жидких топлив состоит из большого количества сложных химических соединений, в состав которых, в основном, входят пять химических элементов: углерод С, водород Н, кислород О, сера S и азот N. Изменение элементарного состава основных видов топлив приведено в таблице 3.1.

Кроме того, топливо содержит минеральные примеси А, попавшие в исходную залежь в основном извне, и влагу W Поэтому химический состав твердых и жидких топлив определяют не по количеству соединений, а по суммарной массе химических элементов в топливе в процентах от 1кг, т.е. устанавливают элементарный состав топлива.

 

1. Рабочая масса топлива:

C р+H рр+N р+Sл рр+W р= 100% (3.1)

Рабочей считается масса топлива в том виде, в каком она поступает на ТЭС. Расчет расхода топлива и полученных объемов продуктов сгорания производится по составу рабочей массы.

2. Аналитическая масса топлива:

C а+H аа+N а+Sл аа+W а= 100% (3.2)

Рабочее топливо, измельченное до порошкообразного состояния и доведенное в лабораторных условиях до воздушно-сухого состояния, теряет внешнюю влагу, и масса его называется аналитической. Оставшуюся влагу W а топлива, связанную с его исходным веществом, называют чаще гигроскопической, т.е. W а= W ГИ.

3. Сухая масса топлива:

C с+H сс+N с+Sл сс = 100% (3.3)

Если топливо нагреть до 102-105оС то испарится вся влага и тогда получится сухая масса топлива.

4. Условная горючая масса топлива:

C Г+H ГГ+N Г+Sл Г = 100% (3.4)

В горючую массу топлива входят химические элементы исходного органического вещества, сюда же причисляют серу минеральных горючих соединений (например, серного колчедана FеS2 поэтому она называется условной горючей массой).

В уравнениях (3.1...3 .4) через Sл обозначена летучая сера, представляющая собой сумму колчеданной и органической серы, способной к окислению в топке:

Sл= Sк+ Sо

5. Органическая масса топлива:

C о+H оо+N о+S о =100% (3.5)

Органическая масса отличается от горючей только отсутствием колчеданной серы. Кроме указанных двух видов серы, существует еще сульфатная сера Sс которая входит в состав высших окислов (например, СаSО4 и дальнейшему окислению не подвергается.

В составе топлива; различают внешний балласт, состоящий из влаги и минеральной части, и внутренней балласт, входящий в исходное органическое вещество топлива. К нему относятся кислород и азот.

Горючими элементами топлива являются углерод, водород и сера. Углерод является основным горючим элементом топлива. Он имеет высокую теплоту сгорания (34,1 МДж/кг) и составляет большую часть рабочей массы топлива (50...75% в твердых топливах и 83...85% в мазутах). Водород имеет еще более высокую теплоту сгорания (120,5МДж/кг), но его количество в твердых топливах невелико (НР = 2-4%) и несколько больше в жидких (10-11%). Сера имеет невысокую теплоту сгорания (9,3 МДж/кг) и содержится в топливах в малых количествах (S р = 0,3-4%), поэтому не представляет ценности как горючий элемент. Наличие окислов серы в продуктах сгорания увеличивает опасность коррозии металла поверхностей нагрева и, при определенных концентрациях, опасно для организма человека и растительности, что требует принятия мер для их улавливания.

Важнейшими характеристиками топлива являются: состав, теплотворность, температура горения и характер изменений в процессе нагревания.

Полный и точный химический анализ топлива должен дать ответ на вопросы о том, какие соединения и в каких качествах образует данное топливо. до настоящего времени не существует методов, позволяющих во всех без исключения случаях провести анализ топлива. Топливо различных видов по степени приближения их анализа к такому, который содержит данные, как о виде, так и о количестве образующих эти топлива соединений, может быть разделено на три группы:

Первую группу составляет топливо, образованное горючими веществами с индивидуальным химическим характером. Сюда относятся все виды газообразного топлива, состоящего из газов, поддающихся раздельному определению (СО2, СО, СН4, С2 Н4, Н2, N2, и т.д.), а также спирт (С2Н6О) и бензол (С6Н6).

Вторую группу составляет топливо, состоящее в основном из углеводородов различного строения и молекулярного веса. К этой группе относится жидкое топливо, получаемое путем переработки нефти.

Третью группу составляют горючие вещества неизвестной химической природы (смешанного характера). К этой группе относятся в первую очередь ископаемые угли.

Химический анализ топлива первой группы дает исчерпывающий ответ на вопрос о составе, а следовательно, и о свойствах топлива. Анализ газообразных горючих дает в процентах содержание составных частей газовой смеси.

Таким образом, результаты анализа газообразного топлива могут быть представлены в следующем виде (%) в табл. 3.2:

 

Таблица 3.2

Содержание непредельных углеводородов CnHm обозначено общей суммой, т.к. содержание указанных веществ определяется путем поглощения (измерения поглощенного объема) всех соединений этого типа одновременно. Такой метод приемлем ввиду того, что у большинства видов газообразного топлива общее количество этих соединений невелико и составляет всего лишь 0,1...2,09 %.

В приведенном выше составе топлива не указано содержание в нем влаги. В то же время следует отметить, что газообразное топливо содержит некоторое количество паров воды.

Содержание влаги в газообразном топливе определяют отдельно. Результат определения выражают отношением веса воды к единице объема сухого газа.

У остальных видов топлива первой группы, представляющих собой чистые вещества, характеризуемые известными, присущими только им свойствами, чистота определяется методами физико-химического анализа. Итак, можно сказать, что химический анализ топлива первой группы, не отличаясь особой сложностью, дает в результате данные о его составе, достаточные, как будет видно в дальнейшем, для всесторонней оценки топлива.

Пересчет состава топлива с одной массы на другую производится при помощи множителей, приведённых в таблице 3.3. для пересчета из одной массы в другую каждый элемент заданной массы умножают на множитель, соответствующий искомой массе из таблицы 3.3.

Так, для пересчета с рабочей на сухую массу следует определить количество отдельных элементов рабочей массы, например, углерода (Ср/100кг/кг), в процентах от количества содержащейся в ней сухой массы (100- Wр)/ 100кг/кг). Следовательно, для пересчета содержания углерода с известной рабочей массы топлива на сухую массу Сс, %, можно записать:

(3.7)

Пользуясь пересчетным коэффициентом 100/(100 - Wр), можно определить величину и других составляющих элементов сухой массы по величине соответствующего элемента в рабочей массе. Состав горючей массы при известном составе рабочей определяется по количеству отдельных элементов рабочей массы, например, водорода Нр/100кг/кг в процентах от количества содержащейся в ней горючей массы

, кг/кг ,т.е.

НГ= (3.8)

Пересчетный коэффициент с рабочей на органическую массу равен

, а с рабочей на массу аналитической пробы равен (100-Wа)/ (100-Wр).

При пересчете на массу, богатую горючими, можно пользоваться обратными величинами тех же пересчетных коэффициентов.

Для оценки эффективности использования топлив в парогенераторах и условий надежности работы важными теплотехническими характеристиками топлив являются: содержание и состав минеральных примесей, влажность, выход летучих веществ, свойства коксового остатка и величина теплоты сгорания. Определение этих характеристик входит в технический анализ.

Свойства топлива как горючего материала зависят от его химического состава, который определяется элементарным химическим анализом.

В твердом топливе значительную часть примесей составляют внешние примеси. Поэтому содержание минеральных примесей даже в одном и том же виде топлива может сильно колебаться. Основными минеральными примесями являются: силикаты (кремнезем SiО2, глинозем Аl2О3, глина); сульфаты (СаSО4, МgSО4); закиси и окиси металлов, сульфиды (преимущественно FeS2); карбонаты (СаСО3, МgСО3, FеСО3); фосфаты, хлориды, соли щелочных металлов.

В процессе горения в среде высоких температур в минеральных примесях топлива происходят физические и химические преобразования. По мере повышения температуры топлива гипс и силикаты теряют свою кристаллизационную влагу.

В интервале температур 400—600оС колчедан окисляется:

4 FeS2 +11О2 =2 Fе 2О3+8 SО2

Сернистый ангидрид, образующийся при окислении колчедана и органической серы, вступает в реакцию с СаСО3 и О2

2СО2 + 2СаСО32=2СаСО4+2СО2

При температуре выше 600оС разлагаются карбонаты по реакции типа

СаСО3=СаО+СО2

и улетучивается некоторая часть хлоридов и соединений щелочных металлов.

При температуре выше 1 000оС разлагаются сульфаты

СаSО4=СаО+SО3

При этих температурах начинается химическое взаимодействие между силикатной основой примесей и другими окислами. В окислительной среде закись железа переходит в его окись

4Fе О+О2=2 Fе 2О3,

а в восстановительной среде - в металл. В полувосстановительной среде закись железа может сохраниться и, при определенном температурном уровне, соединиться с кремнеземом, образуя легкоплавкие силикаты. Этим объясняется наблюдающееся значительное снижение температуры плавления шлаков в полувосстановительной среде.

Негорючие минеральные примеси, и влага являются внешним балластом твердого топлива. Своим присутствием минеральные примеси, и влага уменьшают содержание горючей массы в единице массы рабочего топлива; кроме того, при сжигании топлива на испарение влаги затрачивается определенное количество тепла. Поэтому, с увеличением зольности и влажности, уменьшается теплота сгорания топлива, увеличивается его расход у потребителя, соответственно увеличиваются расходы на добычу и перевозку.

ЛЕКЦИЯ 3




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.