Компоненты, из которых состоит органическое топливо, делятся на горючие и негорючие. Количество и качество горючих компонентов определяют тепловую ценность топлива. Негорючие компоненты "засоряют" топливо, образуя "балласт", который ухудшает качество и технологические показатели топлива, снижает его тепловую ценность, ухудшает экономические и экологические показатели котельных установок.
Любое топливо можно рассматривать как вещество, состоящее из отдельных химических элементов. Поэтому, говоря о химическом составе, часто применяют термин "элементарный состав".
Состав твердого и жидкого топлива определяется в процессе лабораторного анализа, и его принято выражать в процентах по массе. Основу элементарного состава твердого и жидкого топлива составляют пять химических элементов: углерод С, водород Н, азот N, кислород О и сера S.
Углерод - наиболее важная составляющая твердого и жидкого топлива, так как его больше всего содержится в массе топлива. Сгорая, углерод выделяет значительное количество теп лоты.
В топливе углерод находится обычно в виде соединений с другими элементами, прежде всего с водородом. Эти соединения называют углеводородными.
Водород - вторая по важности горючая составляющая твердого и жидкого топлив. По количеству теплоты, выделяемой при горении, водород в 3,5 раза ценнее углерода, но содержание водорода в топливах значительно меньше, чем углерода. Водород в топливе может находиться в виде соединений с углеродом, серой, кислородом и в свободном состоянии.
Сера, содержащаяся в топливе, может находиться в виде горючих и негорючих соединений. Органическая (So) и колчеданная (FeS2) сера горючие, а сульфатная (CaSo4, FeSO4 и т.д.) - не горючая и входит в состав золы топлива.
Азот топлива является балластом, относится к негорючей части топлива, но при горении в условиях высоких температур может вступать во взаимодействие со свободным кислородом, образуя оксиды азота (NOх), переходящие в продукты сгорания и являющиеся веществами, оказывающими вредное воздействие на окружающую среду, особенно на живые организмы.
Кислород - нежелательная составляющая топлива. Находясь в свободном состоянии, кислород повышает способность топлива к самовозгоранию. Соединяясь с углеродом и водородом топлива, кислород образует негорючие составляющие (CO2 , H2O), снижающие тепловую ценность топлива.
В действительности каждое топливо состоит из различных химических соединений этих элементов. От вида соединения зависит агрегатное состояние топлива – жидкое или твердое.
Помимо этих элементов, в топливо входят минеральные примеси, из которых в процессе сжигания топлива образуются зола А и влага W. Зола и влага составляют так называемый внешний балласт топлива. К внутреннему балласту топлива относят входящие в его состав азот и кислород.
Таким образом, в состав твердых и жидких топлив входят:
· горючие элементы: углерод С, водород Н, летучая сера S, состоящая из органической серы Sор и колчеданной Sк, входящей в FeS2;
· негорючие элементы: азот N и кислород О;
· балласт: зола A и влага W.
Состав твердых и жидких топлив записывают в виде знаков химических элементов:
C + H + O + N + S + A + W = 100%, (3.1)
где символы C, H, O, N, S выражают процентное содержание по массе соответственно углерода, водорода, кислорода, азота и серы, а символы A и W – содержание золы и влаги.
Газообразное топливо представляет coбой смесь горючих (СО, Н2, СН4, СmНn) и негорючих (N2, О2, СО2) газов, а также небольшого количества водяного пара (Н2О). Состав газообразного топлива принято указывать в процентахпо объему.
Химический состав газообразного топлива непостоянен. Он зависит от места добычи топлива или способа его получения. Состав горючих газов можно также характеризовать соотношением (3.1). Однако удобнее (и принято) определять состав газообразного топлива по объемному содержанию отдельных его компонентов:
CO + H2 + CH4 + SCmHn + CO2 + H2S + О2 + N2 +…= 100%, (3.2)
где формулы соединений выражают их процентное содержание по объему.
В качестве окислителя, содержащего кислород, необходимый для процесса горения, обычно используется воздух. Состав воздуха и некоторые его свойства приведены в приложении в таблице D.2. Обычно с достаточной точностью можно принимать, что воздух состоит из азота и кислорода, причем содержание последнего по объему и по весу соответственно 21 и 23,2%, а средний молекулярный вес сухого воздуха – 28,97.