Физико-химический состав топлива

Обозначения

Углерод С

Водород H

Кислород О

Азот N

Сера органическая Sорг

Сера колчеданная Sк

Гидратная влага Wг

Балласт

Зола А

Влага

Аналитическая

Внешняя

влага W а

влага W вн

О

Органическая масса

dаф

Сухая беззольная

d

Сухая

a

Аналитическая масса

r

Рабочая (рабочее топливо)

af

Влажная беззольная масса (-А)

 

Основными составляющими минеральной части топлива, поступающего на электростанцию, являются как простые оксиды и соли, так и сложные вещества:

– обводненные глинистые материалы (например, алюмосиликаты Al₂O₃2SiO₂2H₂O и др.);

- кремнезем (кварц) SiO₂;

- карбонаты СаСО₃, МgСО₃, FеСО₃;

- сульфиды FeS₂, СаS;

- сульфаты СаSО₄, МgSО₄, FеSО₄;

- оксиды железа FеО, Fе₂О₃, Fе₃О₄;

- соли калия и натрия KCl, NaCl, фосфаты и др.;

- шпаты (например, К₂ОAl₂O₃6SiO₂);

- доломит СаМg(СО₃)₂ ;

- так называемые малые отходы и др.

При всем многообразии состава минеральных веществ, для большей части топлива 95…98% из их балласта составляют алюмосиликаты, карбонаты и сульфаты.

Минеральная часть топлива в процессе горения балластирует горючую массу, образуя твердую или жидкую золу А, которая снижает теплотворную способность топлива. Участвуя в химических преобразованиях, она не создает теплового эффекта.

Отметим, что для выделения из минеральных веществ большинства из вышеназванных элементов (например, железа, алюминия и др.) в производственных технологиях используются термические приемы (расплавление).

2.4. Физико-химические процессы при сжигании топлива

Всякое топливо, как сырье тепловых электростанций, проходит цепочку технологических операций от момента добычи до выхода из котла в виде продуктов сгорания. Физико-химические преобразования его сопровождаются получением определенного количества энергии и выходом прогнозируемого количества различных газов, твердого шлака и золы (рис. 2.1).

Типичные экзотермические реакции горения топлива связаны, прежде всего, с процессами окисления различных химических элементов. В табл. 2.2 представлены такие реакции, проходящие с тепловым эффектом. Там же даны количественные характеристики, как самих химических элементов, так и энергетических результатов реакций. Как видно из табл. 2.2, основными продуктами реакций являются углекислый газ СО₂ и водяной пар Н₂О, при соединении которого с окислами серы, азота и углерода образуются кислоты. Помимо вышеперечисленных реакций, идут реакции с образованием из азота, находящегося в топливе и в воздухе, привлекаемом к процессам окисления. Сера в топливе может быть не только в чистом виде, но и в составе колчедана и сульфата (например, ), который может образовываться из реакции с карбонатами при температурах . При t >1000 ⁰С сульфаты, в свою очередь, разлагаются до окислов серы и кальция. Колчедан при >400 ⁰C окисляется с образованием окислов серы и железа.

В процессе горения минеральная часть топлива преобразовывается в основном в простые оксиды SiO₂, Al₂O₃, FeO, Fe₂O₃, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, TiO₂, количественное содержание которых в выбрасываемых на ТЭС золе и шлаке приведено в табл. 2.3. Однако в продуктах сгорания возможно существование сульфатов (СаSО₄, МgSО₄, FеSО₄) как первичного, так и вторичного происхождения, а также малые отходы.

В условиях больших температур (более 1000 ⁰С) из твердых составляющих продуктов сгорания образуются шлак (жидкий) и твердая зола. Шлак представляет собой минеральную массу с включением небольшого количества механического недожега. После высокотемпературной обработки шлак приобретает оплавленный (спекшийся) вид и повышенную прочность. В шлаковом расплаве между составляющими оксидами протекают химические реакции с образованием более сложных минералов кислотного и щелочного (основного) свойства.