Файл: Кашкаев, И. С. Производство глиняного кирпича учеб. пособие.pdf

Г л а в а X

ТОПЛИВО, ПРИМЕНЯЕМОЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КИРПИЧА

§ 46. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВЕ И ЕГО КЛАССИФИКАЦИЯ

Топливом, по определению Д. И. Менделеева, называются го­ рючие вещества, сжигаемые для производства тепла. Далеко не все вещества, способные выделять тепло при соединении с кисло­ родом, можно считать топливом. Только те вещества принято на­ зывать топливом, которые удовлетворяют следующим особым тре­ бованиям:

продукты сгорания топлива должны быть газообразными; это создает возможность гибкого управления процессом сгорания и использования тепла, получаемого при сгорании топлива;

продукты сгорания должны быть безвредными (в процессах, где используется теплота сгорания) для обслуживающего персо­ нала и аппаратуры, а также для животного и растительного мира при выбрасывании продуктов сгорания в окружающее простран­ ство.

Этим требованиям удовлетворяет топливо, содержащее химиче­ ские элементы — углерод С и водород Н, а также их соединения, которые, как правило, имеют органическое происхождение. Такие вещества, как алюминий, сера, фосфор и другие, выделяющие мно­ го тепла при соединении с кислородом, не могут быть причислены к топливу.

Основным поставщиком топлива является органический мир земного шара. Топливо в его естественном виде не всегда может удовлетворять предъявляемым требованиям, а потому часто его предварительно обрабатывают, в результате чего появляются раз­ личные искусственные виды топлива.

Большинство разновидностей твердого, жидкого и газообраз­ ного топлива применяют для отопления кольцевых и туннельных кирпичеобжигательных печей. Выбор того или иного вида топлива базируется в основном на технологических особенностях режима обжига и конструкции печи, но с учетом технико-экономических ха­ рактеристик самого топлива и местных условий.

Для кольцевых и туннельных печей целесообразно использовать природный газ, если данный район газифицирован и подача газа не лимитируется. Весьма ценным топливом для печей является мазут.

В современных туннельных печах процессы сжигания топлива должны обеспечивать автоматическое регулирование теплового ре­ жима. Наиболее просто это выполняется при сжигании газообраз­ ного топлива, несколько сложнее — при сжигании мазута и совсем не выполняется при применении твердого топлива, сжигаемого в рабочем канале кирпичеобжигательнон печи.

180

Это положение очень важно при выборе топлива для обжига

кирпича.

К характеристике топлива относятся классификация по проис­ хождению и агрегатному состоянию, химический состав топлива и количество тепла (теплота сгорания), которое выделяется при сгорании топлива.

В основу классификации положено физическое состояние и про­ исхождение топлива. Общая классификация различных видов топ­ лива приведена в табл. 23.

§47. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И М АССА ТОПЛИВА

Всостав топлива входят дза основных горючих элемента — углерод С и водород Н. Эти горючие элементы находятся в топ­ ливе в виде соединений один с другим. В связанном с ними состоя­

нии находится также кислород 0 2, азот N2 и сера S. Соединения из пяти перечисленных элементов принято условно называть горю­ чей массой топлива.

В состав твердого и жидкого топлива почти всегда входят зо­ ла А и влага W. Эти примеси топлива принято называть баллас­ том.

У г л е р о д С — главная горючая составляющая топлива. Со­ держание углерода в топливе колеблется от 50%' (в древесине) до 97% (в антраците). При полном сгорании 1 кг углерода выделя­ ется 7850 ккал. Большое количество углерода увеличивает тепло­ ту сгорания топлива и обусловливает его горение коротким пла­ менем и трудную возгораемость.

В о д о р о д Н2 в топливе содержится от 1%' (в антраците) до 25% (в природном газе). При сгорании водорода образуется вла­ га. Количество тепла, выделяемого при горении водорода, зависит от состояния продуктов горения (жидкого или парообразного) и составляет при сжигании 1 кг водорода соответственно 28 750 и 34 150 ккал.

Наличие водорода обусловливает выделение при горении смо­ листых соединений, дающих растянутое коптящее пламя.

181

К и с л о р о д 0 2 уменьшает горючую часть топлива, вследствие чего снижается его теплота сгорания. Содержание кислорода в раз­ личных видах топлива изменяется в пределах от 0 %' (в природном газе) до 44% (в древесине). При сжигании топлива кислород участ­ вует в реакциях горения, образуя Н20, С 02 и другие продукты. Большое содержание кислорода в некоторых бурых углях служит причиной их самовозгорания при хранении.

Аз от N2 является балластом топлива и при сжигании целиком переходит в продукты сгорания. Азот содержится в топливе в не­ большом количестве — от 0,3—-2,0%' (в твердом топливе) до 14,5% (в природном газе Бугурусланского месторождения).

С е р а S в твердом топливе содержится в виде органических соединений (органическая сера обозначается S0), сернистых соеди­ нений с железом (колчеданная сера FeS2 обозначается SK) и сер­ нокислых соединений в виде сульфатов (сульфатные CaS04, FeS04 обозначаются Sc).

Сера в топливе является вредной составляющей. Это объясняет­

(вентиляторов, вагонеток и др.). Кроме того, сернистый и серный газы, выбрасываемые с продуктами сгорания топлива в атмосфе­ ру, оказывают вредное действие на здоровье людей, а также на окружающий животный и растительный мир.

З о л а А представляет собой остаточный продукт, получаемый при полном сгорании топлива. Она является результатом раз­ ложения и частичного окисления минеральных примесей топлива. К таким примесям относятся: глины (А120 3 • 2Si02 -2H20 ) , сво­ бодный кремнезем (Si02), карбонаты (CaC03, MgC03, FeC03)y

сульфаты (CaS04 и MgS04), закиси и окиси металлов, хлориды и т. д.

Содержание золы в твердых топливах изменяется в широких пределах: от 1—2% (з древесном топливе) до 70%' (в горючих сланцах); в жидком топливе — до 1 %.

Впроцессе горения топлива минеральные примеси могут из твердого состояния переходить в жидкое. Плавкость золы, как ее основное свойство, определяется составом и температурными ус­ ловиями процесса горения.

Взависимости от температуры плавления различают золы: ту­

удаляемую с поверхностей. Легкоплавкая зола в процессе сгорания

его теплоту сгорания. На испарение влаги тратится часть теплоты, выделяемой при сгорании топлива. Влага топлива делится на внеш­ нюю (физическую) Wra (%) и внутреннюю (гигроскопическую)

182

Wrp (%'), сумма которых составляет рабочую влажность:

1ГР = W7BH+ 1^Гр, %■

В зависимости от элементарного состава топливо условно ха­ рактеризуется различными массами: рабочей, сухой, горючей и органической. Каждая из этих масс определяется компонентами,

включаемыми в нее.

Сумма содержания золы и влаги дает содержание балласта. Топливо, добытое из недр и доставленное потребителю без из­

менения, характеризуется рабочей массой.

Путем искусственного высушивания топлива при ^ 1 0 5 ° С мож­ но удалить из рабочей массы топлива всю содержащуюся в нем влагу. В этом случае состав топлива характеризуется абсолютно сухой массой.

Горючая масса топлива равна весу рабочей массы за вычетом балласта. Горючая часть топлива состоит только из углерода, во­ дорода и серы. Известно, что азот является инертным газом, а кис­ лород принимает участие в горении, но сам не горит. Однако азот и кислород находятся в связанном состоянии с другими элемента­ ми топлива, поэтому их включение в состав горючей массы условно.

Горючая масса является наиболее устойчивым составом топ­ лива.

Органическая масса топлива состоит из горючей части за вы­ четом серы.

§48. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА, УСЛОВНОЕ ТОПЛИВО

ИТОПЛИВНЫЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ

При сгорании топлива выделяется теплота. Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидко­

(раньше эта величина называлась теплотворной способностью или теплотворностью). Ее размерность в международной системе еди­ ниц СИ: для твердого и жидкого топлива — кдж/кг, а газообраз­ ного топлива — кдж/м3.

В науке и технике в качестве единицы количества теплоты по­ лучила весьма широкое распространение международная калория

1 кал = 4,187 дж; 1 ккал = 4,187 кдж.

Теплоту сгорания топлива обычно обозначают буквой Q с соот­ ветствующим индексом о, г, с или р (например, Qp— теплота сго­ рания рабочей массы).

Различают высшую QB и низшую QHтеплоту сгорания топлива. Высшая теплота сгорания соответствует условию, при котором водяные пары, находящиеся в продуктах сгорания, доводятся до

жидкого состояния.

В практических условиях сжигания топлива водяные пары не конденсируются, а удаляются из печи в виде пара с другими про­

183

дуктами сгорания и инертными газами в атмосферу. С целью при­ ближения к реальным условиям сжигания топлива введено поня­ тие низшей теплоты сгорания. Ее величину получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования влаги, как содержащейся в топливе, так и образующейся при его сжигании.

Зная состав топлива, можно рассчитать его теплоту сгорания. Если неизвестен химический состав топлива, а известен лишь род топлива, низшую теплоту сгорания его можно определить, ис­ ходя из теплоты сгорания горючей массы топлива по приближенной

формуле.

После определения в лабораторных условиях завода влажности и зольности твердого топлива Q£ находят из выражения

П р и м е р . Определить низшую теплоту сгорания подмосковного угля, если известно, что зольность его Лр= 25% и влажность W? = 35%.

Для сравнения и оценки разных видов топлива по их тепловой ценности и решения вопроса о замене одного топлива другим, а также составления норм расхода топлива и планов его потребле­ ния используют понятие об условном топливе и топливных экви­ валентах различных видов топлива.

Под условным топливом понимают такое топливо, которое при сгорании выделяет 7000 ккал/кг.

Любое топливо может быть пересчитано на условное:

184