Водоснабжение и отопление

Топливо, топки, котельные установки

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Если твердое топливо нагревать без доступа воздуха, то оно распадается на две части: летучие вещества и твердый остаток — кокс. В летучие вещества переходят испаряющаяся из топлива влага, кислород, азот в виде сложных соединений с другими элементами, летучая сера, водород как в чистом виде, так и в соединениях с углеродом в виде различных углеводородов. В коксе остаются часть углерода и зола. Практически процесс коксования идет несколько сложнее, и в твердом остатке, кроме углерода и золы, обнаруживаются и другие элементы, но в незначительном количестве. Лабораторное определение выхода летучих должно проводиться в строго определенных стандартных условиях, иначе нельзя получить сравнимых величин.

Навеску топлива в 1 г помещают в фарфоровый или кварцевый тигель, перекрывающийся крышкой, чтобы предотвратить горение навески Тигель помещают в электропечь, где и выдерживают в продолжении 7 мин. при температуре 850°. Убыль веса, выраженная в процентах к весу навески топлива, после вычитания содержания влаги топлива в процентах и дает значение выхода горючих летучих.

Количество летучих в топливе обозначается аналогично с составом топлива в процентах к весу рабочего топлива или горючей массы и пр. (Vp, Vv и т. д.).

В составе летучих веществ и кокса находится горючие элементы, поэтому каждая из двух частей топлива горит, но условия их сжигания весьма различны. Характеристика топлива по выходу летучих накладывает отпечаток на конструкцию топки и методы ее эксплуатации. При сжигании в топках твердого кускового топлива процесса выхода летучих в его чистом виде не происходит, так как к топливу все время подводятся новые порции воздуха; однако свежезаброшенное топливо в первую очередь начинает по большей части бурно газифицировать, и затем процессы горения и газификации идут одновременно. Если, например, взять дрова — топливо с очень высоким выходом летучих (более 80% от веса топлива), то при сжигании их на колосниковой решетке конструктор должен озаботиться должным развитием объема топочного пространства, в котором будут сгорать горючие летучие вещества. Весь воздух, требующийся для горения как кокса на решетке, так и летучих веществ в топочном пространстве, подводится обычно через поддувало и колосниковую решетку.

Таким образом, значительная часть воздуха, направляясь в топочное пространство, пройдет через колосники и слой топлива транзитом. Этот воздух будет охлаждать колосники и лежащий на них слой топлива, поэтому при сжигании дров колосники не будут сильно нагреваться и могут быть простой формы.

Совершенно иная картина получается при сжигании антрацита— топлива с минимальным выходом летучих (около 4%). В этом случае через слой топлива почти не требуется пропускать транзитного воздуха для сжигания летучих веществ и не будет наблюдаться того охлаждения слоя, которое получалось при дровах. В результате этого колосники при сжигании антрацита сильно греются и часто перегорают.

Свойство топлива распадаться при нагревании на летучие вещества и твердый осадок (кокс) используется в промышленности для получения угля из дерева, кокса из каменного угля и торфа. Особенно большое значение имеет спекающийся кокс каменного угля, так как он обладает большой механической прочностью и используется в доменных печах и вагранках.

Однако не всякий уголь дает кокс в виде плотных и монолитных брусков. Имеется целый ряд ископаемых топлив, дающих в процессе перегонки кокс в виде сыпучего горошка; такое топливо, если оно к тому же имеет незначительный выход летучих, а следовательно, из него невозможно получить большое количество смолы или других продуктов перегонки, идет на цели сжигания и называется энергетическим.

Необходимо особо подчеркнуть, что принципиально наиболее рациональным использованием ископаемого топлива, запасы которого вообще ограничены, является предварительная его сухая перегонка с получением побочных высокоценных продуктов и затем уже сжигание. Практически пока это положение выполняется преимущественно в отношении топлива с повышенным процентом выхода летучих.

Образцами энергетического топлива являются антрациты и тощие угли, обладающие рассыпающимся коксом при малом выходе летучих, но в то же время выделяющие большое количество тепла при их сжигании. Указанные выше разновидности коксовой Массы — спекающаяся и сыпучая — являчэтся как бы границами лчя промежуточных стадий коксуемости. Например, имеются угли, кокс которых слипается, но легко разрушается от незначительных усилий, у других углей кокс принимает вспученную форму с опла-вливанием только внешних поверхностей и т. п. Характер кокса топлива играет большую роль в топочных процессах. Если сжигается на колосниковой решетке топливо, кокс которого распадается на мелкие частицы (примером может служить тощий уголь), то такое топливо может давать большой вынос несгоревших мельчайших частиц кокса в котельные газоходы, где температурные условия уже таковы, что сгореть эти частички не смогут, а будут уноситься в дымовую трубу или осаждаться в нижних частях газоходов и в дальнейшем удаляться вместе с золой. Наоборот, топливо, дающее спекающийся кокс, образует при сжигании сверху слоя корочку, предохраняющую от уноса мелкие частицы. В топках, сильно форсируемых, т. е. выделяющих большое количество калорий на квадратной единице площади горения, вследствие больших скоростей воздуха и газов, проходящих через слой топлива, унос особенно велик. Сюда относятся паровозные топки, при эксплуатации которых иногда к углю, имеющему сыпучий кокс, прибавляют небольшое количество спекающегося угля. Например, к подмосковному углю добавляют донецкий уголь марки ПЖ или ПС. Спекающийся уголь сжигают также в кузнечных горнах; получающаяся сверху корка способствует образованию в очаге равномерно распределенных высоких температур.