1. Введение

      Развиваясь, человечество начинает использовать все новые виды ресурсов (атомную и геотермальную энергию, солнечную, гидроэнергию приливов и отливов, ветряную и другие нетрадиционные источники). Однако главную роль в обеспечении энергией всех отраслей экономики сегодня играют топливные ресурсы. Это отражает "приходная часть" топливно-энергетического баланса.

Энергетическим топливом называются горючие вещества, которые экономически целесообразно использовать для получения в промышленных целях больших количеств тепла. Основными его видами являются органические топлива: торф, горючие сланцы, угли, природный газ, продукты переработки нефти.

 По способу получения различают природные и искусственные топлива. К природным относятся натуральные топлива: уголь, сланцы, торф, нефть, природные газы. Из твердых топлив к искусственным относятся кокс, брикеты угля, древесный уголь. Из жидких - мазут, бензин, керосин, соляровое масло, дизельное топливо. Из газовых — газы доменный, генераторный, коксовый, подземной газификации.

   Весь материал подготовлен на основе [1,2].

Состав твердого, жидкого и газообразного топлива

 Твердые и жидкие топлива представляют собой сложные соединения горючих элементов, молекулярное строение которых еще недостаточно изучено, и включают в себя минеральные примеси и влагу. Элементарный химический анализ этих топлив не раскрывает химической природы входящих в них соединений и поэтому не может дать достаточно полного представления об их свойствах, но позволяет рассчитать тепловой и материальный баланс горения топлива. Соответственно степени углефикации содержание углерода в органической массе топлив увеличивается, а кислорода и азота уменьшается, что способствует повышению энергетической ценности топлива.

 Химический состав газообразных топлив, представляющих собой простые смеси, определяют полным газовым анализом и выражают в процентах от их объема.

 Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю, называется рабочим, а вещество, составляющее его, — рабочей массой. В элементарный химический состав его, выражаемый следующим образом:

 .

входят горючие вещества: углерод С, водород Н, сера S, а также кислород О и азот N, находящиеся в сложных высокомолекулярных соединениях. Топливо содержит негорючие минеральные примеси, превращающиеся при сжигании топлива в золу  и влагу .

 Минеральные примеси и влажность одного и того же сорта топлива в разных районах его месторождения и различных местах могут быть разными, а также могут изменяться при транспортировке и хранении. Более постоянным является состав горючей массы топлива. Имея в виду это обстоятельство, для сравнительной теплотехнической оценки различных сортов топлива ввели условные понятия сухой, горючей и органической массы, составляющие которых, выраженные в процентах, обозначаются теми же символами, что и рабочая масса, но соответственно с индексами «с», «г» и «о» вместо индекса рабочей массы, «р».

Характеристики и состав твердого топлива, в том числе выход летучих, спекаемость кокса, оказывают сильное влияние на процесс горения угля. С увеличением выхода летучих и содержания в них более реакционно-способных газов воспламенение топлива становится легче, а кокс благодаря большей пористости получается более реакционно-способным.

 По этим свойствам каменных углей проводят их классификацию. Ископаемые угли подразделяются на три основных типа: бурые, каменные угли и антрацит.

Бурые угли. К бурым углям относят угли с неспекающимся коксом и высоким выходом летучих, обычно более 40%, и с высшей теплотой сгорания рабочей массы без зольного угля, меньшей 5700 ккал/кг (23883 Дж/кг).

 Бурые угли характеризуются высокой гигроскопической и в большинстве случаев высокой общей влажностью, пониженным содержанием углерода и повышенным содержанием кислорода по сравнению с каменными углями. Вследствие сильной балластированности золы (зольности) ( =15-25%) и влаги ( =20—35%) низшая теплота сгорания бурых углей пониженная  МДж/кг (2500-3600 ккал/кг).

Каменные угли. К каменным углям относят угли с высшей теплотой сгорания рабочей массы без зольного угля большей 5700 ккал/кг (23883 Дж/кг) и с выходом летучих более 9%. Основная масса их спекается. Часть их с выходом летучих веществ большим 42—45% (длиннопламенные) и меньшим 17% (тощие) - не спекается.

 Каменные угли обладают относительно меньшим балластом: =5-15%, =5—10% и более высокой теплотой сгорания  МДж/кг (5500—6500 ккал/кг).

Торф является химически и геологически наиболее молодым ископаемым твердым топливом и обладает высоким выходом летучих ( =70%), высокой влажностью ( =40—50%), умеренной зольностью ( =5—10%), низкой теплотой сгорания  МДж/кг (2000—2500 ккал/кг).

Сланцы. В Эстонии большое значение имеют горючие сланцы, добываемые открытым способом. Зольность сланцев очень большая и доходит до Aр=50-60%, влажность также повышенная =l5—20%. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая  МДж/кг (1400—2400 ккал/кг) при высокой теплоте сгорания горючей массы  МДж/кг (6500—8000 ккал/кг). Высокое содержание водорода в горючей массе =7,5—9,5% обусловливает большой выход летучих у сланцев, достигающий 80—90%, и их легкую воспламеняемость.

 Топливо с высокой зольностью и влажностью вследствие большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги. В этом смысле такие топлива принято называть местными. К ним, в частности, относятся некоторые бурые угли, как, например, подмосковные, башкирские, украинские, торф и сланцы.

Мазут. Из жидких топлив в энергетике используется мазут трех марок — 40, 100 и 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей при 80°С для мазута 40 — 8,0; для мазута 100 — 15,6; для мазута 200 — 6,5—9,5 град. усл. вязкости (°УВ) при 100°С.

 В мазуте содержится углерода 84—86% и водорода — 11—12%, содержание влаги не превышает 3—4%, а золы — 0,5%. Мазут имеет высокую теплоту сгорания  МДж/кг (9400—9600 ккал/кг).

 По содержанию серы ( ) различают малосернистый мазут Sр≤0,5%, сернистый —  до 2% и высокосернистый  до 3,5%; по вязкости — маловязкий и высоковязкий, содержащий смолистые вещества и парафин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25—35 0С. В связи с этим при сжигании применяется предварительный нагрев вязких мазутов до температуры 80—120°.

Кроме того в промышленности широко применяются искусственные газы. Вот некоторые из них:

Природный газ. Большое значение в топливном балансе России имеют природные газы, представляющие собой смесь углеводородов, сероводорода и инертных газов: азота и углекислоты. Основной горючей составляющей природных газов является метан (от 80 до 98%), что обусловливает их высокую теплоту сгорания. В них инертных газов содержится немного: 0,1—0,3% С  и 1—14%  

 Теплота сгорания сухого природного газа  МДж/м3 (8000—8500 ккал/м3).

Доменный газ образуется при выплавке чугуна в доменных печах. Его выход и хим. состав зависят от свойств шихты и топлива, режима работы печи, способов интенсификации процесса и других факторов. Выход газа колеблется в пределах 1500-2500 м3 на тонну чугуна. Доля негорючих компонентов  и С ) в доменном газе составляет около 70%, что и обуславливает его низкие теплотехнические показатели (низшая теплота сгорания газа равна 3-5 МДж/м3).

 При сжигании доменного газа максимальная температура продуктов сгорания (без учёта тепловых потерь и расхода теплоты на диссоциацию С  и O) равна 1400-1500 0C. Если перед сжиганием газа его и воздух подогреть, то температуру продуктов сгорания можно значительно повысить.

Ферросплавный газ образуется при выплавке ферросплавов в рудовосстановительных печах. Газ, отходящий из закрытых печей, можно использовать в качестве топливных ВЭР (вторичные энергетические ресурсы). В открытых печах в связи со свободным доступом воздуха газ сгорает на колошнике.

 Выход и состав ферросплавного газа зависит от марки выплавляемого сплава, состава шихты, режима работы печи, её мощности и т.п. Состав газа: 50-90% СО, 2-8% , 0,3-1% C , <1%, 2-5% С , остальное . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 0C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м3.

Конвертерный газ образуется при выплавке стали в кислородных конвертерах. Газ состоит в основном из оксида углерода, выход и состав его в течение плавки значительно изменяются. После очистки состав газа примерно таков: 70-80% CO; 15-20% С ; 0,5-0,8% ; 3-12% . Теплота сгорания газа составляет 8,4-9,2 МДж/м3. Максимальная температура сгорания достигает 2000 0С.

Коксовый газ образуется при коксовании угольной шихты. В чёрной металлургии он используется после извлечения химических продуктов.

 Состав коксового газа зависит от свойств угольной шихты и условий коксования. Объёмные доли компонентов в газе находятся в следующих пределах, %: 52-62 ; 0,3-0,6 ; 23,5-26,5 C ; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 С . Теплота сгорания равна 17-17,6 МДж/м3, максимальная температура продуктов сгорания - 2070 0С.

Заключение

Топливом называется горючее вещество, используемое в качестве источника получения теплоты в энергетических, промышленных и отопительных установках.

В данном реферате представлены состав и некоторые характеристики твердого, жидкого и газообразного топлива.

В настоящее время органическое топливо является основным источником энергии (теплоты) для промышленного использования. По прогнозам до 2030 г. эта картина сохранится.

Список литературы

1)    ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ

для специальностей: металлургическое оборудование и

технология машиностроения

Цикл лекций.

2)    Частухин В.И., Частухин В.В. Топливо и теория горения: Учеб. пособие. – К.: Высш. шк. Головное изд-во, 1989.-223 с., ил.

Ссылка: http://stringer46.narod.ru/Fuel.php