Главная составляющая горючей части топлива – углерод. Теплота сгорания углерода – 33 650 кДж/кг. Содержание углерода по горючей массе топлива составляет: в антраците – 87…93%, в мазуте – 85…88, в бурых и каменных углях – 65…80, в торфе – 50…56, в сланцах _ 60…77%. Следовательно, с повышением геологического возраста топлива содержание в нем углерода возрастает. Чем выше содержание углерода в топливе, тем хуже его воспламеняемость.
Водород является важным горючим компонентом топлива. Теплота сгорания водорода – около 142 000 кДж/кг, то есть в 4,2 раза больше теплоты сгорания углерода. Содержание водорода в топливах (на горячую массу) составляет: в мазуте – 10…10,5%, в торфе и дровах – 6…6,2, в бурых и каменных углях – 4…6, в антрацитах – 2,0…2,4%. Содержание водорода в топливе с повышением возраста уменьшается.
Сера в составе твердого топлива разделяется на органическую Sop, колчеданную Sк и сульфатную Sc. Органическая сера и сера колчеданная в сумме составляют горючую, или летучую, серу Sл. При сгорании Sл образует окислы SO2 и SO3, вызывающие коррозию поверхностей нагрева котлоагрегатов и другой аппаратуры, а при попадании с дымовыми газами в атмосферу загрязняет окружающую среду.
Сульфатная сера в горении не участвует и попадает в состав золы.
Теплота сгорания серы составляет около 9000 кДж/кг. Содержание серы в углях доходит до 5…7%, в сланцах – до 15, в мазуте – до 3%, в природных газах сера практически отсутствует, и ее примеси встречаются только в оренбургском газе.
Кислород относится к негорючей части топлива. Он входит в химические соединения с некоторыми горючими компонентами (например, с водородом) топлива.
Азот не участвует в горении и является инертной частью топлива, образуя вместе с кислородом его внутренний балласт.
Зола топлива – негорючий остаток, получающийся при полном сгорании топлива. Она вместе с влагой образует внешний балласть топлива.
Как правило, в золе твердого топлива содержатся окислы серы (SO2), алюминия (Al2O3), железа (FeO) и в значительно меньших количествах MgO, K2O, щелочи и хлориды. Содержание золы после сгорания бурых и каменных углей составляет (в % от рабочей массы) 5…25, торфа – 5…7, мазута – 0,3, сланцев – 40…60.
Наличие значительного количества золы затрудняет эксплуатацию котельных агрегатов. Если зола легкоплавкая (температура начала жидкоплавкого состояния t3 £ 1350 0C), то она налипает на поверхности нагрева котлоагрегата и нарушает режим его работы.
Влага, как отмечалось выше, является балластом топлива, уменьшает его тепловую ценность. Кроме того, часть теплоты, выделяемой при сгорании топлива, расходуется на испарение влаги.
Важнейшей теплотехнической характеристикой твердого топлива является наличие в нем летучих веществ. Летучими веществами называют газообразные и парообразные продукты, которые выделяются при нагревании воздушно-сухого топлива массой 1 кг при температуре 850 0С в течение 7 мин без доступа воздуха. Твердый остаток, получающийся после удаления летучих веществ, называется коксом.
В состав летучих веществ входят СО, H2, CO2, O2, N2, H2O и др. Количество летучих веществ и их состав характеризуют воспламеняемость топлива, яркость пламени при горении и длину факела. С уменьшением содержания летучих веществ воспламенение происходит при более высоких температурах, а пламя теряет окраску. Выход летучих веществ для сланцев составляет 80…90%, для торфа – 70, для бурых углей – 30…60, для антрацитов – до 9%.