Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы - страница 5

Если пойти еще дальше и исключить золу (точнее – минеральную массу), то можно получить состав горючей массы топлива:

C^>daf + H^>daf + N^>daf + O^>daf + S_>л^>daf = 100 %. (2.3)

Индекс «daf» в этом уравнении обозначает топливо – «dry ash free», то есть «сухое и свободное от золы».

Сера со значком «л», входящая в вышеприведенные уравнения, во-первых, не включает серу, входящую в состав золы, и, во-вторых, состоит из двух частей: серы органической и серы колчеданной (Fe_>2S), которая присутствует в некоторых марках углей в заметном количестве.

Следовательно, можно рассматривать еще и органическую массу топлива, которая не содержит серы колчеданной:

C^>o + H^>o + O^>o + N^>o + S^>o = 100 %. (2.4)

Для пересчета состава топлива, величины выхода летучих и теплоты сгорания с одной массы топлива на другую необходимо воспользоваться коэффициентами пересчета, приведенными в табл. 2.1.

Некоторые особенности при пересчете характеристик топлива возникают при использовании сланцев, имеющих повышенное содержание карбонатов. Если для обычных видов топлива горючая масса – это разница 100 – W^>r – А^>r, то при содержании карбонатов больше 2 % необходимо считать горючую массу по другой формуле:

100−W^>r−A_>испр^>r −(СО_>2)_>K,

где А_>испр – зольность без учета сульфатов, образовавшихся при разложении карбонатов и с поправкой на сгорание серы колчеданной, то есть

A_>испр^>r = A^>r−[2,5(S_>a−S_>ст)d + 0,375 S_>к^>d]·(1−W^>r/100),

где S, S_>ст и S_>к – содержание серы в лабораторной золе, сульфатной серы в топливе и колчеданной серы соответственно.

Горючими элементами топлива, как уже отмечалось, являются углерод, водород и сера. При полном сгорании с теоретически необходимым количеством окислителя эти компоненты выделяют разное количество теплоты:

С + О_>2 = CO_>2 − 8130 ккал/кг (34,04 МДж/кг);

2Н_>2 + O_>2 = 2Н_>2O − 29 100 ккал/кг (121,8 МДж/кг);

S + O_>2 = SO_>2 − 2600 ккал/кг (10,88 МДж/кг).

Следует учитывать, что углерод составляет большую часть рабочей массы топлива: в твердом топливе его доля равна 50–75 % (в зависимости от возраста углей), а в мазутах – 83–85 %. Водорода в топливе меньше, но он отличается очень высокой теплотой сгорания. Если продукты его сгорания сконденсировать (то есть учитывать не низшую, а высшую теплоту сгорания), выделенная теплота составит даже не 121,8, а 144,4 МДж/кг.

Серу отличает невысокая теплота сгорания, да и количество её, как правило, невелико. Следовательно, сера не представляет существенной ценности как горючий элемент, а вот проблемы, связанные с наличием SO_>2 в продуктах сгорания, – весьма существенны.

Таблица 2.1 Коэффициенты пересчета характеристик топлива

Всё вышесказанное относится в основном к твердому и жидкому топливам. Газ, в отличие от них, – механическая смесь нескольких компонентов. В природном газе большинства месторождений основной составляющей является метан – СН_>4, количество которого колеблется от 85 до 96 %. Кроме метана, в составе природного газа обычно имеются более тяжелые углеводороды: этан С_>2Н_>6, пропан С_>3Н_>8, бутан С_>4Н_>10 и др. Газ некоторых месторождений, кроме углеводородов, содержит и другие горючие компоненты: водород Н_>2 и оксид углерода СО. Из негорючих компонентов в состав газа входят азот N_>2 и диоксид углерода CO_>2.

Основной характеристикой любого вида органического топлива является его теплота сгорания, то есть количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы массы (для твердого и жидкого топлива) или единицы объема (для газа). В расчетах чаще всего используют