Минеральная часть и зола топлива.

Зола удаляется из котла в виде топочных шла­ков и летучей золы, покидающей топку с продуктами сгорания. В практике проектирования и эксплуатации котельных установок и оборудования тепло­вых электростанций, работающих на твердом топливе, необходимы данные о количественном содержании золы, ее составе и свойствах. Именно эти харак­теристики определяют наиболее важные решения по организации топочного процесса, тепловую и конструктивную схемы котла, выбор оборудования сис­тем шлакозолоудаления и золоулавливания.

Природные органические топлива состоят из минеральной части, органической части и воды:

M + O + W = 100% (1)

Содержание минеральных примесей колеблется в широких пределах. Состав как химический, так и минералогический весьма разнообразен. В топливах диагностировано свыше 50 минералов. Наиболее часто встречаются кварц, алюмосиликаты, карбонаты, окислы железа, пирит, рутил, гипс, соли щелочных металлов. Непосредственное определение содержания минеральных примесей представляет значительные трудности, поэтому об их содержании судят по косвенному показателю – зольности топлива.

Зола топлива - твердый остаток, образовавшийся после сгорания горючей массы топлива. Зола топлива и по составу и по количеству отличается от минеральной части топлива, так как частично зола образуется из органического вещества топлива, а так же потому, что при высоких температурах протекает ряд реакций в минеральной части топлива:

1. Дегидратация, т.е. удаление гидратной влаги из алюмосиликатов (глин), оксидов и гидроксидов железа (гематитов) при температуре выше 500 °С с образованием Al₂O₃, SiO₂, FeO₃ и H₂O, а также из гипса:

500 °С

CaSO₄×2H₂O ® CaSO₄ + 2H₂O

2. Разложение карбонатов с выделением двуокиси углерода в интервале температур 500 – 900 °С:

Ca (Mg, Fe) СO₃ ® Сa (Mg, Fe) O + СО₂.

3. Окисление дисульфидов железа (пирит, марказит) начинается при температуре 400 – 500 °С:

4FeS₂ + 11O₂ ® 2Fe₂O₃+8SO₂.

4. Разложение сульфата железа протекает при 850 – 950 °С:

2FeSO₄®2 FeO+2SO₂+O₂.

Сульфат кальция начинает разлагаться при 1300 °С, однако уже при 1100°С он реагирует с кремнеземом и алюмосиликатами с выделением SO₂.

5. Соединения щелочных металлов начинают улетучиваться при температуре выше 800 °С.

6. Образование сульфата кальция происходит в интервале температур 700 – 1100 °С:

2CaO + 2SO₂ + O₂ ® 2CaSO₄.

Эта реакция протекает по мере выделения SO₂ при сгорании органической серы и окислении дисульфида железа, а также разложения карбонатов, содержащихся в минеральной массе углей.

7. Окисление соединений Fe²⁺ до Fe³⁺:

4FeО + О₂ ® 2FeO₃.

Этот процесс происходит обычно после полного сожжения органической массы углей и является основной причиной увеличения массы золы при контрольных прокаливаниях.

В теплотехнических расчетах принимают условно, что топливо состоит из горючего, золы и влаги:

Г + А + W = 100% (2)

Поскольку количество золы зависит от температуры сжигания топлива, состава окружающей среды и длительности процесса горения, для сопоставимости результатов принимают стандартные условия определения количества золы топлива.

Зольностью топлива называют относительное количество негорючего остатка, полученного сжиганием топлива при стандартных условиях. Зольность является условной характеристикой топлива, так как зависит от условий сжигания. При выполнении практических расчетов необходимо учитывать возможное изменение количества золы при сжигании топлива в топочной камере.

В расчетах количества горючих по выражению (2) необходимо учитывать потерю массы твердого остатка при разложении минералов. Для топлив с содержанием карбонатов свыше 2% условный состав принимают в виде:

 

Г + А_испр + (СО₂)_К + W = 100%

 

где А_испр – зольность без учета сульфатов, образовавшихся при разложении карбонатов, и с поправкой на сгорание серы колчедана.

где S_a – содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива, S_ст – содержание сульфатной серы в топливе, S_к – содержание колчеданной сера в топливе.

Для топлив, содержащих в большом количестве кристаллическую влагу (например, экибастузский уголь повышенной зольности), условный расчетный состав можно записать в виде:

 

Г + А + W_к + W = 100%

 

Где W_к – кристаллическая влага топлива.

 

Методы определения зольности бурых, каменных углей и антрацитов.

Зольность топлива определяется путем озоления в стандартных условиях навески аналитической пробы и определения массы зольного остатка. Для получения воспроизводимых результатов озоление топлива необходимо выполнять при достаточном доступе воздуха и при возможно низкой температуре для исключения глубоких превращений в минеральной части. С целью устранения влияния теплоты сгорания топлива на температуру озоления в муфельной печи (рисунок 10) используют небольшие массы пробы 1±0,1г. и взвешивание производят с точностью до ±0,0002 г.

ГОСТом 11022-95 предусмотрено два варианта определения зольности: методом медленного и методом ускоренного озоления топлив. Если зольность, полученная в лаборатории для некоторых топлив по ускоренному и медленному методам, различается на величину, превышающую допустимые пределы, то эти топлива анализируются только по медленному варианту. Расхождение по параллельным пробам и по ускоренному и медленному методам не должно превышать следующих величин:

 

Зольность топлива, %	Допустимое расхождение, %
До 12	0,2
От 12 до 25	0,3
Более 25	0,5

Рисунок 10 – Печь муфельная