Выход летучих веществ и коксовый остаток

Твердое органическое топливо является термически нестойким веществом, которое при нагревании разлагается, в результате чего происходит деструкция (распад) термически нестойких сложных углеводородсодержащих соединений массы топлива с выделением горючих (водорода, углеводородов, оксида углерода) и негорючих (углекислоты и водяных паров) газов. Оценку топлива по выходу летучих определяют путем нагревания измельченной пробы воздушно-сухого топлива массой 1 г без доступа воздуха при температуре 850 °С в течение 7 мин. Выход летучих , определенный как уменьшение массы пробы топлива за вычетом содержания в нем влаги, относят к массе топлива в сухом беззольном состоянии.

По мере увеличения степени углефикации топлива выход летучих веществ уменьшается.

Величина составляет, %: для сланцев – 80 – 90; торфа – 70; бурых углей – 40 – 60; каменных углей марки Г – 35 – 40; тощих углей – 11 – 13; антрацитов – 2 – 9. При нагревании выход летучих начинается при температурах, °С: для торфа – 100 – 120, бурых углей – 140 – 160; для тощих углей и антрацитов – 400 – 450 и завершается при температуре свыше 1000 – 1100 °С. После завершения выхода летучих из топлива остается высокопористый горючий твердый остаток, содержащий углеродный продукт деструкции угля и его зольную часть, называемый коксовым остатком. Остаток может быть спекшийся, слабоспекшийся и порошкообразный.

В воздушной среде кокс воспламеняется при t = 900 – 1200 ^оС. Температура воспламенения летучих веществ ниже температуры воспламенения коксового остатка, поэтому, как правило, горение частицы натурального твердого топлива начинается с воспламенения летучих, и скорость горения во многом зависит от параметра топлива.

Влияние летучих особенно велико на начальной стадии горения топлива. Чем выше выход летучих веществ, тем быстрее воспламеняется топливо и тем полнее оно выгорает. Топливо с большим выходом летучих называется высокореакционным.

Влага твердого топлива

Твердое топливо способно удерживать в своем объеме определенное количество влаги в результате химического и физико-химического гетерогенного взаимодействия с веществом угля. Влагу общую ,удерживаемую веществом угля, условно делят на внешнюю и гидратную . К внешней влаге относят влагу, попавшую в массу угля в пласте, а также влагу, попавшую при добыче, хранении и транспортировке топлива за счет грунтовых вод и из атмосферного воздуха (свободная влага); сорбированную влагу и заполняющую капилляры и открытые поры массы угольного вещества (связанная влага). Внешняя влага легко удаляется из угля механическими средствами и термической сушкой при температуре до 105 °С. К гидратной влаге относят влагу, входящую в состав кристаллогидратов минеральных примесей топлива, и коллоидную влагу, являющуюся составной частью угольного вещества. Гидратная влага выводится из топлива для большинства кристаллогидратов при температурах 150 – 200 °С, а при кратковременном пребывании в высокотемпературной среде полное выделение гидратной влаги происходит при температурах среды свыше 600 °С. Гидратная влага составляет лишь несколько процентов от общего содержания воды в топливе. При увеличении зольности топлива доля гидратной влаги растет.

Знание необходимо для оценки допустимой влажности угольной пыли для предотвращения слипания частиц (при повышенной ее влажности) или взрывоопасности пересушенной пыли.

Большая влажность рабочей массы топлива вызывает много трудностей при сжигании. Снижается теплота сгорания, растут расходы топлива и объемы продуктов сгорания, увеличиваются потери теплоты с уходящими газами и затраты энергии на привод дымососов. Увеличение влажности газов вызывает усиление коррозии металла воздухоподогревателя, приводит к повышенному загрязнению поверхности нагрева. В тракте доставки топлива и при его переработке нарушается нормальное движение топлива вследствие потери сыпучести, а в зимнее время топливо смерзается.

При длительном пребывании на воздухе (например, при хранении) влажность топлива стабилизируется, так что давление насыщенного пара влаги топлива уравновешивается парциальным давлением влаги воздуха, т. е. его относительной влажностью. Твердое топливо с такой установившейся влажностью называют воздушно-сухим топливом, а его влагу – влагой воздушно-сухого топлива, или лабораторной.