Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

сушенного торфа не страшна влага атмосферных осадков (дождь, снег), так как он уже не поглощает воду, а только несколько намокает с поверхности. Поэтому в производ­ ственных условиях нужно использовать высушенный торф

срабочей влажностью не более 30—32%.

Всостав органической массы торфа входят гуминовые кислоты, клетчатка, лигнин, битумы, дубильные вещества и другие органические соединения, могут находиться и неизмененные растительные остатки. Чем больше химиче­ ский возраст торфа, тем более глубокие изменения произо­ шли с исходной растительностью, тем выше степень раз­ ложения торфяной массы и тепловая ценность торфа. Обычно в горючей массе содержится 58—60% углерода, 5,8—6,0% водорода, очень небольшое количество серы — 0,1—0,2%; 1—3% азота и около 30% кислорода. Теплота сгорания такой массы около 6500 ккал/кг. Если степень разложения торфа неглубока, то снижается содержание углерода и повышается количество кислорода, теплота сгорания при этом уменьшается.

Рабочая масса торфа содержит до 30 % воды и около 7—12% золы, теплота сгорания рабочей массы торфа

<?низ=3000—4000 ккал/кг зависит от количества балласта. Повышенное содержание воды и золы не только умень­ шает тепловую ценность торфа, но и значительно снижает температуру горения, т. е. понижает жаропроизводитель­ ную способность. Так, при сжигании малозольного аб­ солютно сухого торфа температура горения доходит до 2200°, если же влажность этого торфа поднимется до 30%,

более однороден по составу, имеет большую плотность и

степень разложения, содержит меньшее количество бал­ ласта.

Прочность кирпичей даже хорошего качества неве­ лика, поэтому перевозить торф на большие расстояния не­ целесообразно, его используют как местное топливо. В сельском хозяйстве торфяное топливо применяют очень

широко для коммунально-бытовых и производственных нужд.

По запасам торфа наша страна занимает первое место в мире, более 60% мировых запасов находится в Бело­

184

руссии, Западно-Сибирской низменности, на Урале, в Се­ верных районах, в Московской, Ленинградской, Иванов­ ской областях и других районах страны. В отличие от нефти и ископаемых углей торф относится к возобновляемо­ му виду топлива. У нас в Союзе ежегодный прирост торфа выше, чем его расход.

В сельском хозяйстве торф используют не только как топливо, но и как удобрение, строительный, подстилоч­ ный и упаковочный материал.

§ 5. Древесина и отходы сельскохозяйственного

производства

Отходы сельскохозяйственного производства (солома, лузга, костра, рисовая шелуха и др.) по составу и тепло­ вой ценности близки к древесине, поэтому их рассматри­ ваем в одном разделе. Основная часть органической мас­ сы древесины состоит из целлюлозы и лигнина (до 90%), сопутствующих углеводородов (до 8%) и небольшого ко­ личества белковых и красящих соединений. Минеральных веществ в древесине около 1 %, а в отходах сельского хозяйства от 3 до 10%.

Влажность свежесрубленной древесины составляет 50—60%, сырую древесину подвергают естественной суш­ ке иногда в продолжение 1 V2—2 лет, влажность такой древесины снижается до 16—20%. По влажности древе­ сину делят на три группы: сырая (более 35%), полусухая (25—35%) и сухая (менее 25%). Из отходов сельскохозяй­ ственного производства наиболее гигроскопична рисовая шелуха, где содержится 25—20% воды.

По элементарному составу горючей массы различные породы древесины и отходы сельскохозяйственного произ­ водства довольно близки: около 51% углерода, 6% водо­ рода, азота и серы несколько десятых долей процента, остальное — кислород. Следовательно, количество внут­ реннего балласта (кислорода) высокое, а теплота сгорания

низкая (<?Lc 4560 ккал/кг). Теплота сгорания на рабочую массу для дров и отходов 2000—3500 ккал/кг (в зависи­ мости от количества воды).

Несмотря на то, что теплота сгорания различных пород древесины ненамного отличается друг от друга, в обиходе отдается предпочтение твердым породам (дуб, береза, граб, ясень, клен и др.), так как отпускной единицей из­ мерения дров является кубометр, а не тонна (масса 1 м3

185

твердых пород в 1,5—1,75 раза больше, тем мягких). Истинная (действительная) плотность древесины, исклю­ чая пустоту и поры, для всех пород примерно одинакова (около 1,5 т/м3). Кажущаяся плотность древесины со все­ ми пустотами и порами, заполненными воздухом, различ­ на и находится в прямой связи с твердостью (чем выше твердость, тем больше кажущаяся плотность).

Кажущаяся плотность в зависимости от породы и влажности древесины меняется от 0,36 до 0,95 т/м3. На­ пример, для абсолютно сухой древесины она составляет:

дуб — 0,64, береза — 0,57, сосна — 0,42, осина — 0,37 т/м3.

В связи с тем, что качество дров оценивают не массой (т), а объемом (м3), теплоту сгорания дров нужно также относить к объему, т. е. определять удельную теплоту сгорания, получаемую умножением теплоты сгорания соответствующей породы дров на их кажущуюся плот­ ность. В этом случае удельная теплота сгорания твердых по­

род дров (?выо будет составлять (ккал/кг): дуб 4530x0,64 = 2899; береза 4590 X 0,57=2616; а мягких — ель 4530 X0 38= 1721; осина 4450x0,37 = 1646.

В зависимости от плотности (твердости) все породы древесины по теплоте сгорания делят на четыре группы: первая — дуб, граб, ясень, бук, клен; вторая — береза, лиственница; третья —■ольха, сосна, кедр, пихта; чет­ вертая ива, осина, тополь, липа. Если принять теплоту сгорания 1 м3 дров второй группы за единицу, то теплота сгорания для остальных групп при всех прочих равных условиях равна: первой 1,2; третьей 0,8; четвертой 0,7.

Древесина относится к возобновляемому виду топлива. Ежегодный прирост древесины превышает 1,0% ее общих запасов, расход же как деловой, так и дровяной древеси­ ны меньше, поэтому наблюдается увеличение общих за­ пасов.^ 1 аспределение лесных массивов неравномерное: до 70% их сосредоточено на севере, значительно меньше —

всредней полосе и мало — на юге. Несмотря на большие запасы древесины (Советский Союз занимает первое место

вмире), ее ежегодный прирост около городов и крупных

населенных пунктов мал, поэтому необходимо проводить планомерные лесоразработки.

Древесину в основном используют как строительный и поделочный материал, а в лесных районах как удобное местное топливо (легкая воспламеняемость, небольшая зольность, отсутствие сернистых соединений). Из древе­ сины получают древесный уголь, который широко ири-

180

меняется в кузнечном произодстве. Отходы лесного произ­ водства (шш, сучья, корье) и отходы лесопильных заво­

дов (опилки, щепа и др.) используют как местное топ­ ливо.

Отходы сельскохозяйственного производства в без­ лесных районах используют как бытовое топливо. При­ менение и транспортировка отходов из-за большого удель­ ного объема сопряжены с дополнительными трудностями, поэтому их удобнее брикетировать и сжигать как кусковое топливо.

Примерный состав и теплота сгорания древесины и не­ которых видов отходов сельскохозяйственного производ­ ства приведены в таблице 23.

§ 6. Искусственное твердое топливо

Искусственное твердое топливо в сельском хозяйстве имеет ограниченное применение; используют брикеты, древесный уголь, а иногда и пылевидное топливо.

Брикетирование — получение брикетов из несортового мелкого топлива прессованием его в смеси со связующим веществом в специальных прессах. Давление сжатия 1000—1500 кгс/см2, в качестве связующего вещества ис­ пользуют пек, смолу, патоку, крахмальный клейстер (4—5% от массы топлива). Брикетируют различные от­ ходы сельскохозяйственного производства, а также опил­

187

ки, угольную мелочь, фрезерный торф. Топливо, подвер­ гающееся брикетированию, должно быть однородно но размеру частиц, содержание воды в нем не должно пре­ вышать 15%.

При горячем брикетировании связующим веществом является смола, выделяющаяся при разложении топ­ лива без доступа воздуха при повышенной температуре. Оптимальную температуру (200—320°) подбирают для каждого вида топлива. Топливо нагревают до заданной температуры и в специальных прессах подвергают не­ большому сжатию (250—300 кгс/см2). Форма и размеры брикетов зависят от того, в каких печах и установках пред­ полагается их сжигать. Хорошие брикеты не должны быть гигроскопичными, содержание воды в них допускается не более 15%, а золы не более 10%; они должны быть ме­ ханически прочными, выдерживать изменения температу­ ры и влажности окружающей среды.

Древесный уголь получают разложением древесины без доступа воздуха при температуре 500—600°. Выделяю­ щиеся при этом побочные продукты используют для полу­ чения метилового спирта, уксусной кислоты, скипидара и других веществ. Выход угля зависит от влажности дре­ весины (при разложении сухой древесины — около 30— 32%). Органическая масса угля содержит 85—90% угле­ рода, 2—4% водорода, остальное — кислород. Рабочая масса содержит около 10% воды и 2% золы. Низшая теп­ лота сгорания около 6400—6600 ккал/кг. Древесный уголь активно поглощает различные газы и пары воды. Отсут­ ствие в угле сернистых соединений и небольшое количе­ ство летучих веществ делают его хорошим топливом в различных металлургических процессах. В сельскохозяй­ ственном производстве древесный уголь применяют в кузнечном производстве и литейных установках.

Каменноугольный кокс и полукокс получают при разло­ жении каменного угля без доступа воздуха. Если ведется высокотемпературное разложение (900—1000°) — про­ цесс коксования, а низкотемпературное (до 550°) — полу­ коксование. При коксовании получают металлургический кокс, а выделяющиеся при этом газы и смолы служат сырьем химической промышленности.

Металлургический кокс должен обладать высокой прочностью и плотностью и в то же время быть пористым, хорошо сопротивляться истиранию, содержать небольшое количество летучих веществ и возможно меньше сернистых

188

соединений. Из каменноугольной смолы получают ани­ линовые красители, толуол, фармацевтические препараты, различные реактивы и многое другое.

В результате полукоксования получают смолы, кото­ рые перерабатывают на моторное топливо, а твердый оста­ ток — полукокс — используют как хорошее бездымное топливо, газы полукоксования обладают высокой теп­ лотой сгорания.

Способность угля спекаться зависит от химического состава. Схематично процесс спекания сводится к сле­ дующему. Масляный битум, находящийся в угле, при температуре 350—550° расплавляется, и в нем растворяется твердый битум, содержащийся в угле. Жидкая масса по­ степенно растворяет остаточную часть угля, образуется вязкое, пластическое вещество, которое при дальнейшем нагревании частично разлагается, выделяются летучие ве­ щества, масса становится все более тугоплавкой и затем твердой.

В органической массе кокса содержится до 96—98% углерода, около 1% водорода, почти всегда имеется сера (0,5—2,5%), которая может быть и в минеральной части. Рабочая масса кокса содержит 10—13% золы и 3—5% воды, при горении температура достигает 2400— 2500°, теплота сгорания около 7000 ккал/кг.

Пылевидное топливо получают измельчением твердых топлив (каменноугольной крошки, фрезерного торфа). Для получения ныли нужно, чтобы сырье содержало не­ много воды (каменные угли до 8%, бурые и торф до 14%) и возможно меньшее количество золы. Пылевидное топ­ ливо сжигают в аппаратах, напоминающих форсунки. Пыль к аппаратам подается по трубам сжатым воздухом. При сгорании пылевидного топлива развивается высокая температура горения и достигается значительная эконо­ мия топлива (до 40—45%), так как пыль сгорает сочень небольшим коэффициентом избытка воздуха (ос = 1,02—

1,05).

Для получения пыли воздушносухое топливо измель­ чают сначала на обычных, а затем на специальных мель­ ницах, позволяющих получать частицы очень небольших размеров (несколько микрон). Пылевидное топливо склон­ но к самовозгоранию, особенно если в нем повышенное со­ держание воды, поэтому запасы топлива должны быть не более суточных. Кроме этого, пылевидное топливо склонно к образованию смеси с воздухом, взрывающейся при со-

189