Виды топлива

Для более рационального сжигания топлива сооружаются печи, которые способны сжигать его в пылеобразном состоянии.

Теплота сгорания дров разных пород в абсолютно сухом состоянии в расчёте на 1 кг одинакова: около 18800 кдж (4500 ккал) с отклонениями не более 3—5 %. Теплота же сгорания дров в расчёте на 1 дм3 различна и составляет в среднем (кдж (ккал)); для дуба 12500 (3000), берёзы 10900 (2600), чёрной ольхи 8400 (2000), сосны 7500 (1800), ели и осины 7100 (1700). По теплоте сгорания 100 кг сухих дров соответствуют 31 кг нефтяных остатков, 43 кг каменного угля, 50 кг сухого и 120 кг полусухого торфа. В топливном балансе удельный вес незначителен и неуклонно снижается.

Древесина почти не применяется в качестве топлива для промышленности, так как широко используется в качестве строительного материала, а также для химической переработки.

Торф, горючие сланцы и бурый уголь вследствие их низкой теплотворной способности являются топливом местного значения; хотя они и потребляются в значительных количествах, но лишь вблизи от места их добычи.

Высококалорийными видами топлива являются каменный уголь (в первую очередь — тощий), антрацит и практически без балластное жидкое котельное топливо, и их перевозят на большие расстояния.

Устройства для сжигания топлива называются топками. При сжигании твердого топлива в виде кусков (каменный уголь, антрацит, торф) оно забрасывается на колосниковую решетку, состоящую из отдельных чугунных брусков или плит — колосников — и имеющую отверстия. Через эти отверстия проходит снизу воздух, необходимый для горения топлива, и проваливается зола или образующийся при ее плавлении шлак. Загруженное в топку топливо, попадая в зону высоких температур, подсушивается, а затем коксуется, выделяя летучие продукты, сгорающие в топочном пространстве над колосниковой решеткой; кокс сгорает на самой решетке. Чем выше выход летучих продуктов из горючей массы топлива, тем больше должен быть объем топочного пространства, чтобы летучие продукты успевали в нем сгорать. Топливо, содержащее много балласта, должно сжигаться в толстом слое, который бы аккумулировал тепло, обеспечивая быструю подсушку и нагревание топлива. Например, торф сжигают в слое толщиной 50—90 см, тогда как при сжигании антрацита слой не должен быть выше 10—12 см во избежание порчи колосников. Продукты горения (топочные, или дымовые газы) используются в промышленности в качестве теплоносителя — чаще всего для нагревания воды и получения водяного пара в паровых котлах, для нагревания реагентов в промышленных печах, аппаратах. После этого газы отводятся в канал (боров) и далее — в дымовую трубу. Воздух должен подаваться в топку в количестве, несколько превышающем (примерно в 1,2—1,5 раза) теоретически необходимое для сгорания топлива, чтобы обеспечить по возможности полное сгорание. Подача большего избытка воздуха нежелательна, так как увеличивает объем продуктов горения и, следовательно, потерю тепла с отходящими в трубу газами и снижает температуру в топочном пространстве.

С целью устранения тяжелого ручного труда и повышения производительности топки в крупных котельных теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), государственных районных электростанций (ГРЭС). Применяются механические топки с подвижной цепной колосниковой решеткой, состоящей из отдельных колосников, связанных между собой в одну бесконечную цепь, похожую на гусеницы танка. В этих топках осуществлено непрерывное поступление топлива и удаление шлака. Топливо медленно перемещается вместе с решеткой на расстояние до 8 м и при этом сгорает, после чего шлак удаляется шлако-снимателем. Воздух, нагретый до 2500, подается из окон 4 в отверстия решетки и дополнительно — в месте поступления топлива (унося из него пыль) и в топочное пространство с целью завихривания факела пламени — для ускорения сгорания летучих продуктов. Для использования мелкозернистого топлива (мелочи) его превращают в брикеты — правильной формы куски, для этого каменный уголь измельчают, смешивают с пеком и нагретую смесь подвергают прессованию, после чего полученные брикеты охлаждают; бурый уголь подсушивают и прессуют без добавки связующего вещества.

Другой, широко применяемый на электростанциях и в промышленных печах способ использования мелочи (например, фрезерного торфа, мелкого антрацита — штыба, а также тощего угля) заключается в измельчении ее путем дробления в мельницах в пыль и сжигания в виде аэрозоля, подобно обжигу флотационного колчедана.

Для сжигания пылевидного топлива применяют камерные топки в виде камер из огнеупорного кирпича, в которые вдувается с большой скоростью смесь пыли с воздухом, нагретым до ~4000. Для полного сгорания пыли и завихривания в факел.

Котельное топливо подается дополнительно сбоку воздух. Частицы шлака, падая вниз, удаляются через отверстие в нижней части топки. Стенки камеры защищаются от расплавления расположенными вертикально близко друг от друга трубами парового котла, в которых образуется пар; далее он поступает в горизонтальный цилиндрический сосуд — барабан котла — в верхней части топки и затем в трубы пароперегревателя.

Сжигаемые материалы должны пройти полный анализ, включающий в себя расчет необходимого для горения объема воздуха, определение объема выхлопных и отработанных газов, массы шлака и получаемого топлива. При оценке возможности применения установок для производства твердого топлива необходимо определить, насколько они удовлетворяют экологическим требованиям, предъявляемым к таким печам в стране, где предполагается их использовать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 ПРИМЕНЕНИЕ ТОПЛИВА

 

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Очень перспективным является сжижение (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1 тонны нефти расходуется 2-3 тонны каменного угля, в период эмбарго ЮАР практически полностью обеспечивала себя топливом за счёт этой технологии. Из каменных углей получают искусственный графит.

От каменного угля бурый уголь внешне отличается цветом черты на фарфоровой пластинке - она всегда бурая. Самое важное отличие от каменного угля заключается в меньшем содержании углерода и значительно большем содержании битуминозных летучих веществ и воды. Этим и объясняется, почему бурый уголь легче горит, даёт больше дыма, запах, а также и вышеупомянутую реакцию с едким калием и выделяет мало тепла. Из-за высокого содержания воды для сжигания его применяют в порошке, в который он неминуемо превращается при сушке. Содержание азота значительно уступает каменным углям, но повышенное содержание серы.

Применение бурого угля-как топливо, бурый уголь в России и многих других странах употребляется значительно меньше, чем каменный уголь, однако из-за низкой стоимости в мелких и частных котельных он более популярен и занимает иногда до 80 %. Применяется для пылевидного сжигания (при хранении бурый уголь высыхает и рассыпается), а иногда и целиком. На небольших провинциальных ТЭЦ он также нередко сжигается для получения тепла. Однако в Греции и особенно в Германии бурый уголь используется в паровых электростанциях, вырабатывая до 50 % электроэнергии в Греции и 24,6 % в Германии. С большой скоростью распространяется получение жидких углеводородных топлив из бурого угля перегонкой. После перегонки остаток годится для получения сажи. Из него извлекают горючий газ, получают углещелочные реагенты и монтан-воск (горный воск). В мизерных количествах он применяется и для поделок.

Торф - горючее полезное ископаемое, образующееся в процессе естественного отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затрудненного доступа воздуха. Торф представляет собой продукт первой стадии угле образовательного процесса. Первые сведения о торфе как о «горючей земле», применяемой для приготовления пищи, относятся к 16 веку нашей эры (упоминаются римским писателем и учёным Плинием Старшим в «Естественной истории»). Был известен в 12–13 веке, в Голландии и Шотландии. Начало изучения и применения торфа в России относится к концу 17 века - в начале 19 века появились фундаментальные исследования болот России (труды В.В. Докучаева, А.А. Флёрова). Позже были разработаны основы комплексного использования торфа, построены торфоперерабатывающие предприятия, позволившие начать производство полукокса, смол, торфоаммиачных удобрений. Торф широко применяется в коммунальном хозяйстве как топливо, при озеленении газонов, выращивании рассады, для получения ряда химических продуктов (этиловый спирт, активированный уголь), при торфогрязелечении, в строительстве.

Кокс. Кокс получается из каменного угля обработкой в специальных коксовых печах без доступа воздуха. В Англии в 1735 году научились выплавлять чугун на коксе. Каменноугольный кокс применяют главным образом в доменном процессе. Он также используется в литейном производстве (литейный кокс), для агломерации руд, в химической промышленности, цветной металлургии . В состав каменноугольного кокса входят: нелетучий углерод (85–92 %), зола (6—14 %), летучие вещества (0,8–1,5 %) и сера (0,4–2,0 %). Влажность кокса зависит от способа его тушения и составляет: при мокром тушении (водой) 3–6 %; при сухом (азотом) – 0,4–0,8 %. Электродный пековый и нефтяной коксы имеют по сравнению с каменноугольным очень низкую зольность, как правило, не выше 0,3 % (до 0,8 % у нефтяного кокса). Они служат основным сырьём для производства электродов.

Древесина−твердое вещество, образующее стволы деревьев; а именно ксилема, составляющая основной объем стеблей и корней, поддерживающих растение. Она состоит из тонких трубочек-клеток, вертикально расположенных вдоль ствола - это волокно, которое можно видеть в любой древесине. Относительно мягкая, светлоокрашенная древесина называется лубом. Более старая, темная, непроводящая древесина называется ядровой древесиной; она, как правило, пропитана смолой, камедью, минеральными солями и танином (дубильной кислотой). Легко обрабатываемая мягкая древесина (обычно хвойных деревьев, к примеру, сосновая) состоит из простых трахеид, обеспечивающих поддержку и проводящих воду и солевые растворы. В более прочной древесине (обычно лиственных пород, к примеру, дубовой) одревесневшие волокна служат только опорой, а для переноса воды и солей существуют другие, отдельные сосуды. Древесина еще и сейчас широко применяется как строительный материал, горючее, сырье для некоторых сортов бумаги, а также источник древесного угля, целлюлозы, эфирного масла, лигнина, дубильных веществ, красителей.

Антрацит— самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации.

Характеризуется большой плотностью и блеском. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800—8350 ккал/кг).Антрацит применяется в энергетике, чёрной и цветной металлургии, а также для производства адсорбентов, электродов, электрокорунда, микрофонного порошка.

Преимущества твёрдого топлива:

-невысокая стоимость  топлива;

-большой срок эксплуатации  оборудования.

Минусы твёрдого топлива:

-требуется постоянный  контроль.

-трудоемкий уход.

- эффективность сжигания  твердого топлива значительно  ниже, чем газа и солярки.

- Необходимо помещение  для хранения запаса топлива.

 

3.УСЛОВИЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВ

Ископаемое твердое топливо представляет собой сравнительно нестойкий продукт, который при хранении окисляется кислородом воздуха. В результате этого изменяется его химический состав, т. е. понижается содержание углерода и водорода, что приводит к уменьшению теплоты сгорания.  
                Процессы окисления сопровождаются также потерей прочности кусков топлива и повышением их температуры. В результате этого происходит самосогревание, а при недостаточном теплоотводе — самовозгорание твердого топлива.  
                Склонность к самовозгоранию (стойкость) зависит от химического возраста топлива: чем оно моложе, тем более склонно к самовозгоранию, т. е. менее устойчиво.  
                По склонности к самовозгоранию ископаемые угли подразделяются на четыре группы:  
1 — наиболее устойчивые к окислению, несамовозгорающиеся при хранении;  
2 — устойчивые к окислению, самовозгорающиеся в редких случаях;  
3 — средней устойчивости к окислению и самовозгоранию;  
4 — неустойчивые, с повышенной активностью к самовозгоранию.  
               К ископаемым углям первой группы относятся антрациты всех месторождений, второй, третьей и четвертой групп — каменный уголь марки Д, бурые угли и смеси углей разных марок.  
              Запасы ископаемого твердого топлива хранят на специальных резервных (для длительного хранения) и расходных складах, оборудованных площадками с твердым покрытием, навесами, бункерами, котлованами или закрытыми помещениями, подъездными путями и соответствующим погрузочно-разгрузочным оборудованием.  
               Для предотвращения выветривания и окисления ископаемое твердое топливо складывают навалом в штабеля (кагаты), поверхность которых утрамбовывают, покрывают угольной мелочью, защитными пленками или раствором извести. Высота и ширина штабелей, размеры проходов и проездов между ними зависят от способности сохраняющегося топлива к самовозгоранию.  
               Каждый штабель оснащается табличкой с указанием его номера, марки, сорта, класса, количества хранящегося топлива, процентного содержания золы, серы, видимой породы. В штабеле, как правило, должно храниться топливо одной марки.  
               Обязательными являются контроль температуры внутри штабелей и соблюдение предельных сроков хранения. Так, в штабеле до 100000 т предельные сроки хранения для каменных углей первой группы — 2—3 года, второй — 1,5, третьей — до 1 года и четвертой — не более 0,5 года. Для штабелей более 100000 т предельные сроки хранения — 2—3 года, для бурых углей — от 3 до б месяцев.  
               При складировании брикетов обязательным является их предохранение от воздействия солнечных лучей, атмосферных осадков и механических воздействий, приводящих к измельчению.  
               Транспортируется твердое топливо в полувагонах навалом (древесина — в пакетированном виде). При этом основной проблемой является предохранение угля от выветривания. Так, в целом по стране за год при перевозках выдувается от 3 до 5 млн. т угля, что равно годовой потребности мощной электростанции.  
              Наиболее эффективный способ борьбы с выдуванием — нанесение на поверхность топлива водно-мазутной эмульсии, отработанных масел и отходов нефтехимии.