Характеристика топлива

Угли принято разделять на следующие марки: бурый Б, газовый Г, газовый жирный ГЖ, длиннопламенный Д, жирный Ж, паровично-жирный ПЖ, паровично-спекающийся ПС, коксовый К, коксовый жирный КЖ, отощенный спекающийся ОС, слабоспекающийся СС, тощий Т, полуантрацит ПА, антрацит А.

Каждая из марок угля подразделяется на классы (сорта). Так, например, каменные угли марок Д, Г и антрациты в зависимости от размеров кусков, разделяются на следующие классы:

Для улучшения качества угля его в необходимых случаях подвергают обогащению (механическому или промывкой водой) с целью удаления из него минеральных примесей (породы).

В результате обогащения получаются:
чистый уголь, называемый концентратом, для получения которого из исходного угля удаляется значительная часть минеральных примесей и сконцентрирована основная, большая часть всего горючего вещества;
отходы обогащения: промпродукт, шлам, сухая мелочь и пр.

Промпродукт (промежуточный продукт) представляет собой сростки угля с породой, содержащие по сравнению с исходным углем меньше горючих веществ и больше минеральных примесей; обычно зольность промпродукта составляет 30 …35 %.

Шлам состоит из смеси тончайших углистых и глинистых частиц размером 0,1 … 1,0 мм. По содержанию углистого вещества он приближается иногда к концентрату.

Сухая мелочь (отсев) получается в сухом виде при грохочении угля на обогатительной фабрике. Она по своему качеству приближается иногда к исходному углю.

Каменные угли

Каменные угли относятся к геологическим ископаемым и по внешнему виду представляют чаще всего блестящую однородную черную массу, имеющую при изломе раковистый вид. Встречаются также так называемые матовые угли серовато-черного цвета и рыхлые угли матово-черного цвета, сходные по виду с древесным углем.

Каменные угли в своей горючей части содержат 74…91 % углерода, 4,5…5,7 % водорода. Выход летучих веществ для различных углей колеблется в широких пределах и достигает 50 % и выше.

Каменные угли делятся на марки. В основу подразделения углей на марки положены выход летучих веществ и свойства кокса. По этим свойствам угли классифицированы:

Длиннопламенные угли (Д) обычно бывают матового серо-черного цвета, средней плотности, довольно пористые. Они отличаются высоким выходом летучих веществ, поэтому загораются быстро, горят длинным коптящим пламенем, быстро прогорают, при горении не спека­ются, зола тугоплавкая, не шлакуется. Газовые (Г) и газовые жирные (ГЖ) угли по цвету имеют серовато-матовый оттенок. Куски их средних размеров, пластинчатого строения, большей плотности, чем угли марки Д. Они быстро загораются и горят коптящим пламенем, прогорают медленно, давая менее короткое пламя, чем угли марки Д. Отдельные сорта газовых углей дают при сгорании рыхлый, пористый шлак (кузнецкие, букачачинские, сахалинские и др.).

Газовые и длиннопламенные угли являются взаимозаменяемыми марками топлива.

Паровично-жирные (ПЖ) и жирные (Ж) угли черного или матового цвета. Они содержат много мелочи, почти без больших кусков, хорошо впитывают влагу. Эти угли загораются медленнее, чем угли марок Г и Д, при горении дают пламя ярко-белого цвета средней длины, хорошо спекаются, образуют плотные шлаки. Применяются они главным образом (как технологическое топливо) дли получения кокса, газа, для кузнечных, литейных работ и т. п. При отоплении паровых и водяных котлов паровично-жирные и жирные угли рекомендуется сжигать в смеси с другими неспекающимися или слабоспекающимися углями.

Паровично-спекающиеся угли (ПС) обычно черного цвета с блестящими вкраплениями, загораются трудно, при горении дают короткое ослепительно-белое пламя. Зола часто бывает плавкая. При хранении уголь частично теряет свойства спекаемости и тогда должен быть отнесен к тощим углям.

Слабо спекающиеся угли (СС) по внешнему виду представляют мелкие угли черного цвета с блеском. По своим свойствам близко подходят к углям марки ПС, за исключением спекаемости. Они загораются медленнее, чем угли марки ПС. Обладают способностью давать при горении кокс различной плотности. Эти угли являются хорошим энергетическим топливом.

Коксовые (К), коксовые жирные (КЖ) угли, как показывает их наименование, идут преимущественно для коксования; употребляются также для газогенераторов и котельных. По своим свойствам отличаются от углей марок ПЖ и Ж тем, что имеют меньший выход летучих веществ, загораются труднее, горят менее длинным пламенем и обладают большой плотностью кокса.

Тощие угли (Т) отличаются от углей других марок большим содержанием мелочи, малой механической прочностью, блестящим черным цветом. Загораются они с трудом, горят коротким пламенем, совершенно не спекаются, при сжигании дают большой унос в трубу. Зола легкоплавкая, дает плотный шлак. Тощий уголь Куйбышевского месторождения Кузнецкого бассейна по своим свойствам стоит ближе к антрацитам, поэтому его называют полуантрацитом. Куски этого угля бывают блестящие и матовые. Блестящие куски содержат больше золы, чем матовые. Полуантрацит устойчив против измельчения, загорается очень медленно; при горении часть кусков дает пламя, а часть горит почти без пламени. При этом некоторые куски обволакиваются белой золой. С повышением форсировки и увеличением толщины слоя топлива на колосниковой решетке повышается его температура и куски угля начинают распадаться в мелочь.

Тощие угли, обладая высокой теплотой, сгорания, являются ценным компонентом для составления смесей разных видов топлива. При хранении устойчивы и самонагреваются очень редко.

Антрациты

Антрациты имеют черный или черно-серый цвет, блестящую (зеркальную у больших кусков) поверхность, мелкозернистый излом. Они механически прочны, обладают большой плотностью и наибольшим удельным весом, чем каменные и бурые угли.

Антрациты дают очень малый выход летучих (2,5…8 %), поэтому они с трудом разгораются и горят коротким синеватым пламенем без дыма. Термически устойчивы и лишь некоторые антрациты при горении растрескиваются, образуя мелочь. Многие из антрацитов имеют легкоплавкую золу, образующую при высоких температурах плотные стекловидные шлаки. Антрациты имеют хорошую механическую прочность, не выветриваются и не разрушаются при перевозках, а также допускают длительное хранение.

Бурые угли

Бурые угли имеют разнообразный цвет: от бурого до черного с блеском, обладают высокой гигроскопичностью (содержание влаги в отдельных углях доходит до 36…40 %, а в украинских до 56 %). Они имеют меньшую плотность и термическую устойчивость, чем каменные угли и антрациты.

Загораются быстро, горят коптящим пламенем, совершенно не спекаясь. В них содержится обычно много золы (до 40 %). Зола тугоплавкая, а поэтому при горении такого угля не образуются шлаки, что облегчает его сжигание.

При неправильном хранении бурые угли подвержены измельчению и самонагреванию. Эти угли по своему составу и качеству могут быть использованы: в котельных установках с большим объемом топочных пространств (выносные топки), отопительных печах, печах обжига извести, кирпича и т. д.

Подмосковный и кзилкийский бурые угли имеют высокое содержание серы (до 7 %), поэтому сжигать их в топках стальных водогрейных котлов не рекомендуется.

Вследствие высокой температуры плавления золы (выше 1450°), она имеет порошкообразный вид и легко проваливается через колосниковую решетку.
Бурый уголь является хорошим компонентом для смеси с другими видами топлива.

Горючие сланцы

Горючие сланцы представляют собой твердую и плотную горную породу (смесь глины или мергеля с органическими веществам») слоистого строения. Горючие сланцы имеют содержание горючих летучих веществ до 80 %, поэтому загораются они очень быстро, горят длинным коптящим пламенем и совершенно не спекаются. Зольность их колеблется от 40 до 61 %, а влажность от 11 до 23 %,, что влияет на снижение их теплоты сгорания. Теплота сгорания рабочего топлива горючих сланцев колеблется от 1610 до 2330 ккал. Горючие сланцы сжигаются в чистом виде и в смеси с углем.

Торф

Торф образуется в болотах (торфяниках) вследствие длительных процессов разложения трав, мхов и деревьев без доступа воздуха и при большой влажности. Качество торфа, как топлива, с возрастом его образования улучшается. Состав горючих веществ торфа зависит от тех растений, которые пошли на его образование, и степени их разложения.

Торф имеет высокий выход летучих веществ (до 70 %). Зольность его колеблется от 5 до 35 % в зависимости от степени и характера засорения болот. Зола обычно средней плавкости. Температура плавления золы 1200…1400°.

Теплота сгорания кускового торфа составляет в среднем 2730 ккал/кг, фрезерного — 2450 ккал/кг.

Торф по природным свойствам и условиям добычи вначале содержит влаги до 90 %. Влагу различают: внешнюю и внутреннюю. Внешняя влага (капиллярная) находится в свободном состоянии в порах торфа, и количество ее зависит от условий добычи, сушки и хранения. Внутренняя влага (гигроскопическая) входит в состав торфа, связана с торфяной массой, и количество ее зависит от свойств самого торфа и внешних условий. Внешняя влага может быть отжата или удалена сушкой торфа. Если из торфа удалена только внешняя влага, то при повторном смачивании (во время дождя и других осадков) он вновь быстро увлажняется.

В случае удаления из торфа небольшой части внутренней влаги сушкой, повторное его увлажнение затруднено. Поэтому такой торф хорошо хранится. Торф, хорошо высушенный, не боится морозов. Недосушенный и замороженный торф трудно поддается досушиванию и впоследствии очень легко и быстро увлажняется. Влага удаляется из торфа естественной сушкой. В сухом торфе влага составляет от 15 до 35 %.

Торф в пять—шесть раз легче угля, загорается легко, горит длинным коптящим пламенем, дает сильное искрение и совершенно не спекается.
В зависимости от способа добычи торф различают:

• кусковой или резной ручной добычи, при котором торфяные кирпичики нарезаются лопатой из предварительно осушенного торфяного массива;
• кусковой машинно-формовочный, при котором торфяная масса подается из разрабатываемого карьера элеваторами или элеваторами-багерами непосредственно с места добычи на торфяной пресс, где перемешивается и формуется в виде ленты, разрезается на кирпичики, которые затем подвергаются сушке;
• кусковой гидравлический, получаемый путем размыва торфяного слоя сильной струей воды при помощи специальных насосов с последующим всасыванием торфяной массы торфососами и подачи ее на поля сушки, после этого торфяная масса формуется в виде кирпичей;
• фрезерный, добываемый особыми фрезерными плугами, разрыхляющими торфяной слой. Полученная торфяная крошка подсушивается на месте естественным путем, после чего транспортируется в места потребления. Размер крошки торфа зависит от характера торфяного болота, типа машин и способа получения торфа. В зимнее время во фрезерном торфе появляются смерзшиеся куски, количество ко­торых зависит от влажности торфа и иногда превышает 40 %.

Дрова

Дрова по назначению различают: для отопления, для сухой перегонки и для углежжения.

Дрова для отопления разделяются по древесным породам на группы:

• первая группа — дуб, вяз, бук, граб, клен, ясень, ильм, береза, лиственница;
• вторая группа — ольха и сосна;
• третья группа — ель, осина, тополь, липа, пихта, ива, кедр.

По влажности дрова разделяются:

• на воздушно-сухие с относительной влажностью до 20 %, т. е. дрова, пролежавшие в поленницах на сухом месте не менее одного года со времени их заготовки;
• на полусухие с относительной влажностью от 21 до 33 %, т. е. дрова, пролежавшие в поленницах на сухом месте после их заготовки не менее шести месяцев, в том числе двух летних месяцев;
• на сырые с относительной влажностью более 33 %, т. е. дрова, пролежавшие в поленницах на сухом месте менее шести месяцев со времени их заготовки.

Время года рубки деревьев оказывает значительное влияние на понижение содержания в них влаги. В деревьях зимней рубки влаги меньше, чем в деревьях летней рубки, так как летом содержится в них больше соков. Лучшим временем года для заготовки дров следует считать позднюю осень и первую половину зимы (до конца января).

Содержание влаги изменяется в зависимости от длительности сушки, примерно, следующим образом (в процентах):

Из данных приведенной выше таблицы видно, что сушка дров заканчивается обычно через 1,5 года.

Скорость сушки дров на воздухе в значительной степени зависит от разделки поленьев. Дрова перед укладкой в поленницы для ускорения сушки, сохранения качества и удобства при использовании разделывают на требуемые размеры (обычно по длине 0,75—1 м и толщине до 14 см).

В древесине, предназначенной для отопления, допускаются следующие пороки: гниль внутренняя, заболонная и мраморная, при условии если она занимает не более 65 % площади торца полена, причем количество дров с гнилью от 30 до 65 % площади торца не должно превышать 20 % сдаваемой партии дров.

Дрова с наружной трухлявой гнилью или пораженные домовыми грибками к поставке не допускаются.

При укладке дров на складах, в вагоны и суда с относительной влажностью более 20 % и абсолютной более 25 % делается надбавка на усушку и упадку по 3 см на каждый метр высоты поленницы.

Относительной влажностью дров называется процентное содержание влаги, определяемое как разность между весом влажной древесины и постоянным весом, после ее высушивания при температуре 100…105 °С, отнесенной к весу ее до высушивания.

Абсолютной влажностью дров называется количество влаги в дровах (в процентах), определяемое как разность между весом влажной древесины и постоянным ее весом, после высушивания, отнесенной к весу древесины, высушенной до постоянного веса.

Каменноугольные, буроугольные, торфяные и прочие брикеты

Брикеты изготовляются:

• каменноугольные из мелочи углей марок Д, Г, Т и других с добавлением связующих веществ;
• буроугольные — из мелочи бурых углей обычно без добавления связующих веществ;
• торфяные — из торфяной крошки без применения связующих веществ;
• прочие брикеты — из опилок, камыша, лузги, соломы и других горючих отходов без добавления связующих веществ (при изготовлении их промышленными установками); брикетирование таких отходов производится также со связующими веществами (глиной), изготовление их организуется потребителями хозяйственным способом на месте их образования.

Для брикетирования углей применяют в качестве связующих веществ каменноугольный пек, нефтяные битумы, торфяной пек, кислые гудроны. Связующие вещества придают брикетам механическую прочность, горючесть, влагоустойчивость, повышают их теплоту сгорания и создают условия для сжигания в обычных отопительных устройствах.

Особенно важное значение имеет брикетирование торфа вследствие трудности использования его в рядовом виде. Торфяные брикеты должны содержать не более 18 % влаги, 15 % золы, 6 % мелочи (куски размером менее 25 мм).

В настоящее время на отечественном рынке появились торфяные брикеты и пеллеты нового поколения производства ЗАО «ЭНБИМА-Групп».
Торфяные брикеты нового поколения содержат 2…4 % золы при теплотворной способности 5150 кКал/кг.
Прочие брикеты (из соломы, опилок и т. п.) изготавливаются произвольной формы и размеров в зависимости от технических возможностей потребителей.