Состав угля

Угли состоят из твердых углеводородов (молекул, образованных углеродом С и водородом Н), минеральных примесей и влаги. Когда угли предназначены для сжигания, их состав задают как механическую смесь химических элементов и примесей. Такой состав называют элементарным. Если порцию сухого угля размолоть и просеять через сито с числом отверстий 900 на один квадратный сантиметр, то получится тонкий угольный порошок. Он имеет влажность атмосферного воздуха и называется воздушно-сухим. Все лабораторные анализы проводят с этим порошком, поэтому его называют аналитической массой. В топливе горят три химических элемента: С, Н и S. Другие компоненты не горят и составляют балласт топлива.

Основным источником теплоты является углерод. Он сгорает в СО2 и выделяет на килограмм 33900 кДж теплоты. Некоторая часть углерода сгорает в СО с выделением только 9930 кДж теплоты на килограмм углерода, сrоревшего в СО. Водород сгорает в Н2О с выделением 1256000 кДж теплоты на один килограмм сгоревшего водорода, но масса водорода в углях мала. Сера топлива состоит из серы органической Sо, входящей в состав углеводородов угля, пиритной, или колчеданной Sк (колчедан – FеS2), и сульфитной Sс, входящей в соли СаSO4, NаSO4, FеSO4 и пр. Органическая и колчеданная сера горит, а сульфитная переходит в золу. Сгорает сера в SO2 и выделяет на килограмм всего 11000 кДж теплоты. Серы в топливе мало, и ее доля в общем тепловыделении топлива ничтожна, а вред от ее присутствия большой, так как SO2, растворяясь в воде, образует сернистую кислоту. Кислота вызывает коррозию металлических конструкций, поражает растительные и биологические объекты.

Зола топлива бывает тугоплавкой tпл > 1425 °С, легкоплавкой tпл < 1200 °С и среднеплавкой tпл = 1200–1225 °С. Легкоплавкая зола затрудняет сжигание угля в слое, образуя слипшуюся массу, ухудшающую подачу воздуха к горящему углю. Особенно нежелательна легкоплавкая зола при сжигании угольной пыли в энергетических котлах, где она уносится газами и налипает на поверхности нагрева, затрудняя теплообменные процессы. Состоит зола в основном из кремнезема SiO2, глинозема Al2О3, окислов железа FeO, Fе2O3 и пр. Влага снижает полезное тепловыделение топлива, так как забирает на испарение каждого килограмма влаги по 2260 кДж теплоты, которая уносится с парогазовой смесью в дымовую трубу.