Все топлива характеризуются определенными показателями качества, например по ГОСТ 4.19, ГОСТ 13674, ГОСТ 26098, ГОСТ 10585, ГОСТ 5542. Основные из показателей рассмотрены ниже.
Влажность топлива.Различают два вида влаги в топливе:
внешнюю и внутреннюю (или гигроскопическую), называемую также аналитической. Внешняя влага состоит из влаги, осаждающейся на поверхности, и капиллярной, содержащейся в капиллярах топлива. Гигроскопическая (аналитическая) влага находится частью в коллоидально-связанном состоянии и равномерно распределена в горючей массе топлива, а частью в виде гидратной влаги, входящей в состав молекул минеральных примесей.
Большое содержание внешней влаги приводит к смерзанию твердого топлива в зимнее время, ухудшению его размола, уменьшению сыпучести.
В зависимости от содержания влаги и ее вида твердые топлива подразделяются на три категории:
1) рабочее топливо (в том виде, как оно поступает в топку) с рабочей влажностью Wp;
2) воздушно-сухое топливо, влажность которого Wа = Wги приведена в равновесие с влажностью окружающего воздуха;
З) абсолютно сухое топливо, которое совершенно не содержит влаги.
Абсолютная влажность определяется отношением массы влаги к абсолютно сухой массе топлива, относительная — отношением массы влаги к общей массе топлива.
Для топочных мазутов, транспортируемых водным путем или слитых при подогреве свежим паром, устанавливается норма содержания воды — не более 5 %. Влагосодержание газообразного топлива при теплотехнических расчетах принимается 10 г/м3 при температуре 10 °С.
Содержание влаги не является достаточной характеристикой энергетической ценности топлива. Для сравнительной оценки топлив по содержанию влаги введено понятие приведенной влажности, кг∙ % / МДж
Wпр = Wр/Qнр.
Зольность топлива. Зола представляет собой твердый минеральный остаток после сжигания топлива и состоит из топочных шлаков и летучей золы. Состав шлаков и золы, определяющий их свойства: SiО2, Al2О3, FeO, Fe2О3, известь СаО, Na2O, K2O‚ V2О5, сульфаты СаSО4, MgSO4. Содержание минеральных примесей в твердом топливе изменяется от 1 % у древесины до 75 % в горючих сланцах. В международной геологической статистике запасы углей подсчитываются только до значения зольности 50 %.
Зольность мазутов колеблется от 0,04 до 0,12 %, а у мазута, вырабатываемого из бикинских нефтей, зольность может достигать 0,5 %. Для сравнительной оценки количества золы используется приведенная зольность топлива, кг· %/МДж
Апр=Ар/Qгр.
Важное практическое значение имеет плавкость золы, характеризующаяся следующими температурами: t1 − начало деформации, t2 − начало размягчения и t3 − начало жидкоплавкого состояния. Зола разделяется на тугоплавкую (t3 >1425 °С), среднеплавкую (1200 °С < t3 <1425 °С) и легкоплавкую (t3<1200 °С).
Выход летучих из топлива и коксовый остаток. После подачи в топку твердое топливо проходит следующие стадии перед воспламенением: нагрев и испарение поверхностной и капиллярной влаги; нагрев воздушно-сухого топлива и разложение его на газовую и твердую фазы. Газовая фаза называется выходом летучих и состоит из горючих соединений − углеводородов, окиси углерода и водорода и негорючих − углекислого газа, кислорода, азота и водяных паров. Твердая фаза, называемая также коксовым остатком, состоит из углерода, органической серы и минеральной части топлива.
Коксовый остаток в зависимости от типа топлива может быть спекшийся, слабоспекшийся и порошкообразный. Характер коксового остатка играет решающую роль при определении наиболее рационального пути использования топлива. Каменные жирные угли с большим содержанием битума дают спекшийся крупнопористый остаток, используемый в металлургических печах; в котлах и отопительных установках такие угли не сжигаются. Энергетические топлива имеют порошкообразный коксовый остаток.
Сернистость топлива. Сера, содержащаяся в твердом топливе, подразделяется на органическую, сульфидную, элементарную и сульфатную. Обычно в расчетах принято элементарную серу относить к органической. Таким образом, общее содержание серы в топливе
Sобщ =Sо +Sсд +Sст. (5)
Сульфатная сера Sст в горении не участвует.
При сжигании топлива Sобщ переходит в продукты сгорания. Так, при сжигании антрацита около 97 % Sобщ переходит в дымовые газы в виде SО2 и небольшого количества SO3(2...3) % Sобщ , содержится в летучей золе, которая уносится дымовыми газами, а шлак связывает менее 0,5 % Sобщ. При сжигании сланцев летучая зола может связывать больше половины общего количества серы в топливе. В рабочей массе твердого топлива содержится от 0,1 до 8,4 % серы.
Сера в жидком топливе содержится в виде сероорганических соединений (меркаптанов, сульфидов, дисульфидов в др.), элементарной серы и сероводорода. Все они участвуют в горении. Содержание серы в малосернистом мазуте — 0,5 %, в сернистом — 2,0 % , в высокосернистом — 3,5 %.
Сера в газовом топливе содержится в основном в виде сероводорода Н2S. В природных и промышленных газах сера практически отсутствует, в попутных газах содержание серы незначительно.
Важной характеристикой топлива является его теплота сгорания. Различают высшую Qвр и низшую Qнр рабочую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания называют то количество теплоты, которое будет отдано продуктами сгорания, полученными от сжигания одного килограмма топлива, если продукты сгорания будут охлаждены до 0 °С, включая и теплоту конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания.
Низшая теплота сгорания Qнр отличается от высшей на теплоту испарения влаги топлива и влаги, образующейся при горении водорода. В энергетических установках влага в продуктах сгорания остается в парообразном состоянии и теплота, затраченная на ее испарение, не используется. Поэтому экономические показатели работы котлов и промышленных печей определяются, как правило, по низшей теплоте сгорания.