Элементарный состав твердого или жидкого топлива — процентное содержание в топливе горючих веществ: углерода (С), водорода (Н), летучей серы (SЛ) внутреннего балласта: кислорода (О) и азота (N) и внешнего баласта: минеральных примесей (А) и влаги (W).
Состав газообразного топлива — процентное содержание в топливе горючих соединений: водорода (Н2), метана (СН4),низкомолекулярных летучих углеводородов (СН), сероводорода (Н2S), оксида углерода (СО) и небольшого количества негорючих газов: кислорода (О2), азота (N2), диоксида углерода (СО2) и водяных паров (Н2О):
Углерод — главный элемент топлива, содержащийся в нем в виде сложных соединений с кислородом, азотом и серой. При полном сгорании 1 кг его выделяет 33,65 МДж теплоты, образует СО2, а при неполном -13,6 МДж и образует СО.
В твердом топливе содержание углерода колеблется от 25% у сланцев до 70% у антрацитов. В жидком топливе его содержание достигает 85%.
Водород — элемент с наибольшей теплотой сгорания в горючей массе топлива. При полном сгорании 1кг Н2 с образованием водяных паров выделяется около 121 МДж теплоты.
Содержится в топливе в незначительных количествах: от 1,5% у антрацитов до 14% у природных газов.
Сера — твердое хрупкое вещество желтого цвета с температурой плавления около 113 0С и с теплотой сгорания около 10,5 МДж/кг.
В топливе сера находится в виде различных соединений. Серу подразделяют на: органическую SО, если она связана с углеродом, водородом, азотом; колчеданную SК, связанную с железом (железный колчедан FeS ) и сульфатную SС в виде соединений RSО4. В горючую часть топлива включают только органическую и колчеданную серу, которые участвуют в процессе горения, образуя сернистый (SО2) и серный (SО3) ангидриды. Сульфатную серу относят к негорючей части топлива. В твердом топливе содержание серы достигает 5%, в жидком-3,5%.
Наличие серы в топливе нежелательно, т.к. образующиеся при горении оксиды серы в присутствии влаги образуют слабые растворы кислот, обуславливая коррозионную активность продуктов сгорания и оказывая вредное воздействие на окружающую среду (кислотные дожди).
Кислород — газообразное вещество, находящееся в топливе в виде соединений, в том числе и с горючими элементами, снижая тем самым содержание горючих элементов и уменьшая количество теплоты, выделяемой при горении топлива.
В твердом топливе содержание кислорода колеблется от 15-25% у торфа и дров до 1-2% у антрацитов. В жидких и газообразных топливах его содержится менее 1%. Участвует в процессе горения топлива.
Азот — газообразное вещество, находящееся в топливе в виде соединений. В горении топлива не участвует, но в высокотемпературных топках котельных агрегатов и промышленных печей образует токсичные оксиды NO2. Содержание азота в топливе невелико (0,5-2%).
Минеральные примеси — смесь негорючих минералов, находящихся в свободном состоянии или связанных с топливом. Возникли либо за счет минеральных веществ исходного органического материала, либо вследствие попадания их в массу топлива на стадиях образования или добычи.
Их соответственно подразделяют на первичные, вторичные и третичные или внешние. Основные компоненты: силикаты (глинозем, кремнезем и глина), сульфиды, сульфаты, карбонаты, закиси и окиси различных металлов, соли щелочных и щелочноземельных металлов и т.д. Кроме того в минеральных примесях присутствуют соединения многих редких и рассеянных химических элементов: платины, кобальта, германия, урана и других. О содержании минеральных примесей в топливе судят по его зольности. Присутствие минеральных примесей уменьшает долю горючих элементов в топливе и его теплоту сгорания. Не сгоревшая часть топлива образует очаговые остатки в виде золы и шлака.
Зольность топлива — негорючий остаток , образующийся при полном окислении всех горючих компонентов топлива в стандартных лабораторных условиях при температуре 800 0С, выраженный в процентах исходной массы топлива.
Зольность твердого топлива в зависимости от вида топлива, месторождения и способа добычи меняется в широких пределах: от 0,5% у дров до 60-70% у бурых углей, добываемых открытым способом. Зольность жидкого топлива не превышает 0,5%.
Зола — порошкообразный негорючий остаток, образовавшийся из минеральных примесей после термического воздействия.
Мельчайшие твердые частицы золы захваченные потоком дымовых газов, образуют летучую золу, которая способствует загрязнению и абразивному износу поверхностей нагрева и оказывает вредное воздействие на окружающую среду.
Шлак — минеральные примеси топлива, подвергшиеся высокотемпературному нагреву, в результате которого они расплавились или спеклись, приобретя значительную прочность.
Шлакование — прогрессирующее накопление на трубчатых поверхностях нагрева котельных агрегатов или промышленных печей отложений очаговых остатков, сопровождающееся упрочнением этих отложений, вследствие их оплавления и спекания.
Обладая низкой теплопроводностью, золовой или шлаковый слой на поверхности нагрева увеличивает термическое сопротивление при передаче теплоты от дымовых газов к рабочим телам (воде, водяному пару, воздуху и т.д.), что приводит к уменьшению количества передаваемой теплоты, к повышению температуры уходящих дымовых газов, к снижению КПД и, следовательно, к увеличению расхода сжигаемого топлива.
Влага — как и минеральные примеси относится к внешнему балласту топлива. На испарение влаги топлива затрачивается часть теплоты сгорания топлива.
Влага превращается в процессе горения в пар, отнимая часть теплоты сгоревшего топлива. Влагу разделяют на внешнюю или механическую (WМ) и внутреннюю или гигроскопическую (WГ). Внешняя влага попадает в топливо при его добыче, транспортировке и хранении. Количество её колеблется от 1 до 40%. Эту влагу удаляют из топлива сушкой при обычных температурах. Внутреннюю влагу подразделяют на коллоидную и гидратную. Коллоидная влага составляет большую часть внутренней влаги и присутствует в топливе в виде гелей. Удаляется из топлива при его нагреве до 102-105 0С. Гидратная влага химически связана с минеральными примесями топлива и выводится из топлива при его нагреве до 150-200 0С.
Влага влияет на сыпучесть, смерзаемость и размолотоспособность твердого топлива. В жидком топливе (топочные или печные мазуты) содержание влаги не превышает 3 %.
Рабочая масса топлива — топливо в том состоянии, в котором оно поступает к потребителю. Рабочую массу твердого или жидкого топлива оценивают в процентах по массе:
(1)
Аналитическая масса топлива — топливо, подготовленное к проведению его анализа — измельченное и подсушенное до такой влажности, которое при хранении, самопроизвольно не изменяется (воздушно-сухое топливо или рабочая масса топлива без механической влаги)
(2)
Сухая масса топлива — совокупность всех частей топлива, кроме влаги
(3)
Горючая масса топлива — сухая масса топлива за вычетом минеральных примесей. Наиболее стабильный состав топлива, не зависящий от условий добычи и погодных условий, который приводится в справочной литературе.
(4)