Енергетичне паливо спалюється з метою отримання тепла з подальшим перетворенням його в різні види енергії, тому якісний склад енергетичного вугілля слід розгля-ривать з точки зору його впливу на зменшення або збільшення теплової енергії палива. Следо-вательно, основним корисним властивістю вугілля як палива є його теплота згоряння.
Розрізняють три види теплоти згорання: теплоту згоряння, певну в лабораторних умов-ях, яку називають теплотою згоряння по бомбі, вищу теплоту згоряння і нижчу теплоту згоряння робочого палива.
Теплота згоряння по бомбі - це кількість теплоти, що виділяється одиницею маси палива при повному згорянні в калориметричних бомбі в передбачених стандартом умовах постійного-ного обсягу, при яких водяна пара повністю конденсується, а кислоти, що утворилися від окислення азоту і сірки, розчиняються у воді. Вища теплота згоряння - це теплота згоряння по бомбі мінус теплота утворення азотної та сірчаної кислот. Нижча теплота згоряння QJ - це різниця між теплотою згоряння по бомбі і теплотою пароутворення, що наближає результат до практичних умов спалювання в топці, де водяна пара не конденсується і забирає з собою ті-плоту пароутворення.
Теплота згоряння залежить від елементарного складу палива, основними складовими кото-рого є вуглець, водень, сірка, азот, кисень, зола і волога.
Залежно від того, в якому вигляді розглядається паливо (тільки горюча його частина або повний склад, з урахуванням золи і вологи, або без вологи, або тільки органічний склад), розрізняють робочу, суху, горючу і органічну масу палива (табл. 1) .
Аналіз палива в різних станах
Під робочою масою мається на увазі елементарний склад палива, що доставляється споживча п-лю.
Якщо простежити за даними таблиці 1 за зміною змісту вуглецю і водню в зави-ності від стану палива, то виявиться свого роду «насичення» або накопичення цих ос-новних горючих компонентів у міру «звільнення» палива від інших складових.
Теплота згоряння в залежності від того, до якої масі вона відноситься, теж приймає відпо-ціалу значення - це або теплота згоряння робочої маси Q, або сухий маси Q c. або го-рючей - Q, або органічної - Q.
Показник нижчої теплоти згорання використовується для підрахунків потреби в паливі, при складанні теплових балансів і визначенні к.к.д. котельних установок. У той же час він до сих пір не застосовується при розрахунках за якість палива, що поставляється і лише побічно враховується при формуванні цін на вугілля різних марок і класів, хоча є комплексною величиною з точ-ки зору відображення в ньому зміни якісного складу палива.
Наявність взаємозв'язку між теплотою згоряння і елементарним складом палива подтвержда-ється існуючими теплотехнічними залежностями, встановленими в свій час Дюлонг, Малером, Бунте, Д.И.Менделєєвим. Універсальна формула підрахунку нижчої теплоти згорання, розроблена Д.И.Менделєєвим, дає досить повний збіг з результатами калориметр-чеських визначень різних видів палива:
QI _ 81С р + 300Н р -26О р -26С р -6 (W P + 9H p),
де 81 - теплота згоряння 1% вуглецю, ккал / кг; 300 - теплота згоряння 1% водню, яку воно містить-гося в паливі, в воді, ккал / кг; 26 - зниження теплоти згорання палива внаслідок вмісту в ньому 1% кисню, ккал / кг; 26 - теплота згоряння 1% горючої сірки, ккал / кг; 6 - зниження тепло-ти згоряння палива внаслідок витрати тепла на випаровування 1% вологи, що міститься в паливі або утворюється при згорянні водню (9Н р).
Наведена формула свідчить про те, що в теплоті згоряння відображаються зміни всіх якісних показників палива. При збільшенні або зменшенні частки горючих компонен-тів (вуглецю, водню) відповідно підвищується або знижується теплота згоряння; навпаки, збільшення частки баластних складових викликає зниження теплоти згорання, а зменшення призводить до її збільшення. Як приклад проведемо розрахунок зміни нижчої теплоти згорання в залежності від зміни якісного складу палива (табл. 2).
Абсолютна і відносне зміни нижчої теплоти згорання в залежності від елементарного
складу вугільного палива
Абсолютні і відносні зміни теплоти згорання на 1% вологи для енергетичного вугілля Екибастузського родовища
Якісні показники вугілля
Зміна теплоти згорання на 1% вологи
Теплота згоряння, ккал / кг
Наявність золи знижує теплоту згоряння палива як за рахунок зменшення в ньому змісту го-рючих речовин, так і через збільшення витрат тепла на нагрівання і плавлення мінеральної маси. При визначенні змісту золи в паливі, тобто при прожаренні мінеральної маси, відбуваються процеси, що супроводжуються зміною кількості вихідної мінеральної маси: втрата гідрат- ної вологи силікатами і гіпсом, декарбонізація карбонатів, згоряння піриту, освіту сульфа-тов, окислення закісного заліза в окисне.
Між теплотою згоряння і зольністю існує наступна залежність:
де В - теплота згоряння знезолений маси палива;
Величина В визначається теплотою згоряння горючої маси і робочої вологістю W
При розгляді впливу зольності умовно приймаємо, що Q, W і В приблизно постійні. При обліку зольності на суху масу
Коефіцієнт Б характеризує зміну теплоти згорання палива по абсолютній величині в кілокалорії на 1% вмісту золи. Щоб визначити його величину для конкретних марок вугілля, були проведені розрахунки при різних значеннях зольності, встановленої на суху масу (від 10 до 40%), що дозволяють охопити всі діапазони якості видобутого вугілля - від нізкозольних до високозольних. При цьому у розглянутий інтервал була включена також розрахункова зольність. Для Екібастузьку вугілля марки СС вона була прийнята рівною 38%.
Результати розрахунків зміни теплоти згорання (Qf) на 1% зміни зольності по енер-тичних вугіллю Екибастузського родовища представлені в таблиці 4.
Абсолютна і відносне зміни теплоти на 1% зміни зольності для енергетичного вугілля Екибастузського родовища
З наведених даних випливає, що для вугілля Екибастузського родовища марки СС тепло-та згоряння на 1% зольності змінюється на 69 ккал / кг. Якщо план поставки палива розрахований на нормальну теплоту згоряння QJ, відповідну зольності А с. то споживач отримає в кожному кілограмі палива з зольністю А
звідки еквівалент фактичної кількості палива до кількості, передбаченій в плані, може бути виражений формулою
де К - відносна зміна теплоти згорання на 1% вмісту золи.
Відповідно підвищення зольності на 10% (абсолютних) викликає перевитрата палива, до-ходить в окремих випадках до 16-18%. При розрахунках за якість тільки по золі ця зміна не враховується.
Теплота згоряння палива, що добувається на одному підприємстві, змінюється в залежності від гірничо-геологічних, технологічних і інших чинників. Мінлива теплота згоряння поставляється-мого палива викликає необхідність спалювати для отримання рівного теплового ефекту неодин-ковое кількість натурального палива. Необхідність спалювання різного кількості палива в за-лежно від його теплоти згорання для отримання одного і того ж кількості теплоти вимагає від споживача різних витрат на одиницю кінцевої продукції. Щоб якось нівелювати ці за-трати, необхідно, щоб ціна палива формувалася і з урахуванням його теплоти згорання.
Зміна теплоти згорання енергетичного палива викликає невідповідність між кількістю-ством спаленого палива та виділився при цьому кількості теплоти.
На підставі сказаного можна зробити певні висновки.