Спалювання горючих копалин
Горючі корисні копалини, що спалюються для виробництва тепла, називають паливом. У промисловості використовують тверде, рідке і газоподібне паливо.
Галузі застосування
Горючі корисні копалини спалюють у великій (ТЕС) та малій (малі котлоагрегати) енергетиці, для одержання електроенергії, тепла для опалювання будов, у металургійних технологіях, хімічних технологіях, харчовій промисловості (випікання хліба, приготування пластівців тощо).
Вимоги до палива Паливо повинно відповідати наступним вимогам: — низька вартість видобування; — низька вартість транспортування; — зручність застосування; — можливість використання з високим коефіцієнтом корисної дії (ККД); — малий вміст шкідливих домішок.
Склад і основні теплотехнічні характеристики палива Тверді і рідкі горючі копалини складаються, в основному, з вуглецю, водню, кисню, сірки, азоту, мінеральних компонентів і вологи. Газоподібне паливо характеризується складом і кількістю газів, що входять в нього (метан, етан, пропан, бутан, оксид вуглецю, водень, бензол, сірководень та ін.).
Паливо характеризується кількома основними теплотехнічними показниками, головним з яких є теплота згоряння.
Процес горіння палива полягає в повному або неповному окисненні його вуглецю, водню і сірки з виділенням певної кількості тепла. Кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг або 1 м3 палива, називають теплотою його згоряння. Кількість теплоти вимірюється в теплових одиницях — калоріях. 1 кал відповідає кількості теплоти, необхідної для нагрівання 1 г дистильованої води від 19,5 до 20,5°С при 760 мм рт. ст. Оскільки теплота є видом енергії, здатної виконувати роботу, то вона в системі SI виражається спільною для всіх видів енергії одиницею — Джоулем (Дж), який рівний добутку сили 1 Н на шляху 1 м. 1 кал=4,1868 Дж 4,19 Дж.
Вища теплота згоряння — кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг або 1 м3 робочого палива за умови, що водень, який міститься в ньому, згоряє з утворенням води. Нижча теплота згоряння — кількість тепла, що виділяється 1 кг або 1м3 робочого палива, з урахуванням згоряння водню у водяну пару і випаровування вологи палива.
Нижчу теплоту згоряння використовують для підрахунку потреби в паливі і його вартості, при складанні теплових балансів і визначенні ККД установок, що використовують паливо. Для порівняння різних видів палива і підрахунку потреби в паль-ному введене поняття про умовне паливо та нафтовий еквівалент. Умовне паливо характеризується нижчою теплотою згоряння, рівною 7 000 ккал/кг або 29,33 МДж/кг, нафтовий еквівалент — 10 000 ккал/кг або 41,90 МДж/кг.
При підрахунку теплоти згоряння газоподібного палива зі значним вмістом в ньому неграничних вуглеводнів можлива похибка, зумовлена коливаннями в складі неграничних вуглеводнів, що визначаються спільно поглинанням бромною водою або іншими реагентами. За рубежем для підрахунку теплоти згоряння кам'яного вугілля використовують формулу Дюлонга і близькі до неї.
Основні параметри спалювання горючих копалин Для розрахунку об'ємів повітря, необхідного для згоряння палива, і продуктів згоряння необхідно мати в своєму розпорядженні дані про склад палива. При розрахунку об'єму повітря, необхідного для згоряння твердого і рідкого палива, елементний склад яких виражений в процентах за масою, і об'єму продуктів згоряння, що утворюються при спаленні палива, користуються рівняннями горіння вуглецю, сірки і водню, тобто горючих компонентів палива.
Паливо звичайно спалюють з деяким надлишком повітря з метою забезпечення повноти згоряння. Відношення об'єму повітря, що надходить у топку, до теоретично необхідної кількості називають коефіцієнтом витрати або надлишку повітря.
Об'єми кисню, необхідного для спалення газоподібного палива і продуктів згоряння, що утворюються, підраховують на основі рівнянь горіння компонентів, що входять до складу палива (об'ємні %). Теоретичний об'єм повітря, необхідний для спалення газу, підраховують з урахуванням вмісту в повітрі 21 % кисню.
Продукти повного згоряння палива
Продукти повного згоряння палива при спалюванні його в стехіометричному об'ємі повітря складаються з СО2, SO2, H2O і N2. Співвідношення між ними залежить від складу горючої маси палива і вмісту в ньому баласту, який переходить в продукти згоряння, тобто Н2О і N2 і СО2 в газоподібному паливі.
Див. також Пальник Спалювання висококонцентрованої водовугільної суспензії Спалювання відходів гравітаційного збагачення вугілля Комплексне використання продуктів переробки вугілля Методика дослідження горючих властивостей паливних зерен
Література В. І. Саранчук, М. О. Ільяшов, В. В. Ошовський, В. С. Білецький. Хімія і фізика горючих копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. — с. 600. ISBN 978-966-317-024-4. Исследование процесса горения углемасляного гранулята / В. С. Белецкий, А. М. Хидиятов // Теплоэнергетика. — 1991. — № 8. — С. 66–71.