Все виды топлива, за исключением газообразного и наиболее лег­ких видов дистиллированного жидкого топлива, содержат минеральные вещества. Содержание минеральных веществ в топливе колеблется в весьма широких пределах — от малых долей процента в жидком топ­ливе до многих десятков процентов в высокозольных углях и сланцах.

Часть минеральных веществ, содержащихся в топливе, например в дровах, извлечена растениями из почвы в виде различных солей. Поэто­му при сжигании дров образуется около 1% золы, состоящей из окис­лов металлов и минеральных солей.

В ископаемом твердом топливе (каменные и бурые угли, торф) со­держится значительно больше минеральных веществ; чем в древесине, вследствие постепенного отложения солей в процессе длительного обра­зования пластов топлива. Эти минеральные вещества равномерно рас­пределены в топливе, и удаление их практически невозможно.

Кроме того, в процессе добычи твердого ископаемого топлива оно загрязняется кусками пустой породы, вследствие чего содержание ми­неральных веществ в топливе повышается. От этих загрязнений угли могут быть частично освобождены обогащением.

Лабораторное извлечение минеральных веществ из топлива может быть осуществлено по методу, разработанному чл.-кор. АН СССР Н. М. Караваевым и проф. И. Б. Раппопортом. Метод заключается в обработке в платиновой чашке небольшой навески топлива разбавлен­ным фтористым водородом HF. При этом извлекаются минеральные вещества, за исключением сернистого колчедана, содержание которого определяют по количеству в топливе колчеданной горючей серы. Метод Н. М. Караваева и И. Б. Раппопорта используют в научных лаборато­риях. При техническом определении содержания в топливе минераль­ной массы ограничиваются определением количества золы после про­каливания топлива.

Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теп­лоту сгорания вследствие уменьшения доли горючих компонентов и уве­личения расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы.

Увеличение расхода тепла на нагрев и плавление минеральной мас­сы имеет существенное значение в топках с жидким шлакоудалением, в топках же с сухим шлакоудалением эта величина сравнительно не­значительна. Содержание в топливе минеральной массы понижает так­же и его жаропроизводительность (увеличивается расход тепла на плавление и нагрев золы до температуры горения топлива). Практиче­ски это заметно сказывается на жаропроизводительности лишь при вы­сокой зольности топлива.

Содержание золы (%) на 1000 ккал низшей теплоты сгорания топ­лива называется приведенной зольностью. Она определяется по фор­муле

А, рнв = Ю00ЛР:<&

При определении содержания золы в топливе, т. е. при прокалива­нии минеральной массы, происходят следующие процессы, сопровож­дающиеся изменением количества исходной минеральной массы: потеря гидратной влаги силикатами

А1203 • 2Si 02 • 2Н20=А1а03 • 2S і О + 2Н20; потеря гидратной влаги гипсом CaS04 • 2Н20 =CaS04 + 2НаО; декарбонизация карбонатов: СаС03=Са0 + С02. MgC03=Mg0 + C02; сгорание пирита 4FeS2 + 1102 = 2Fe203 + 8S02; образование сульфатов 2СаО + 2S02 + 02=2CaS04; окисление закисного железа в окисное 4FeO + 02==2Fe2Os.

По данным В. С. Крыма, содержание в топливе минеральных ве­ществ превышает массу золы на 12—14%.

Для определения содержания минеральной массы М в углях на ба­зе определения их зольности, содержания серы и других характеристик предложен ряд формул. Приведем две из них.

115

Формула Парра: ,M=l, D8i4 + 0,55S; формула Кинга, Мариса и Кроссли [35]:

М = 1,09Л + 0,5SЈ + 0,84С02 + S03 угля -1,1 SO, 30лы + 0,5С1,

Где SO3 угля и БОззолы — содержание сульфатов в угле и в золе; С1 — содержание хлора в угле.

Данные о зольности различных видов топлива приведены в табл. 48.

Таблица 48

Высокозольное топливо (сланцы, подмосковные угли) нецелесооб­разно перевозить на дальние расстояния.

Особенно нежелательно повышение зольности технологического топ­лива. В доменный процесс для удаления золы из печи вводят известь, которая образует с золой шлаки с пониженной температурой плавления, при этом значительное количество топлива расходуется на нагревание и расплавление минеральных соединений, содержащихся в топливе и вводимых в виде флюсов. Например, при повышении зольности метал­лургического кокса на 1% расход его возрастает на 2,5% и примерно на столько же снижается производительность доменных печей. Поэтому снижение зольности каменных углей, предназначенных для коксования, особенно важно.

Применение в технологических печах, установленных в производст­венных цехах, твердого топлива с высокой зольностью также осложняет ход технологического процесса, так как вызывает необходимость частой чистки колосников и удаления золы. Зольность технологического топ­лива отрицательно сказывается на производительности печей и газоге­нераторов и осложняет их эксплуатацию.

Топливо с большим содержанием золы, применяемое как энергети­ческое, по сравнению с малозольным также несколько осложняет рабо­ту паровых котлов. Эффективное сжигание топлива с весьма высокой зольностью в мощных паровых котлах электростанций и крупных про­мышленных предприятий впервые осуществлено в большом масштабе в СССР.

Для рационального использования твердого топлива очень важно знать и. содержание в «ем золы, и ее плавкость.

Определение зольности топлива. Определение содержания золы в топливе производят согласно ГОСТу 11022-—75 следующим образом.

Лодочки с навесками 1±0,1 .г вставляют в холодную или нагретую не выше 300 °С муфельную .печь, температуру в ней повышают де 800 °С и при этой температуре пробы прокаливают в течение 1—1,5 ч. Затем лодочки ‘вынимают из печи, охлаждают іна воздухе до. комнатной тем­пературы и взвешивают. Контрольные получасовые прокаливания про­водят до тех пор, пока изменение маюсы будет менее 1 мг. Расхождения в /параллельных определениях в одной лаборатории не должны превы­шать 0,2% при зольности топлива до 10%; 0,3% —при зольности от 10 до 20%; 0,4% —при зольности от 20 до 25% и 0,5% —при зольности топлива выше 25%. Расхождения, в определении дубликатов лаборатор­ных проб в разных лабораториях не должны превышать 0,3—0,7% в за­висимости от зольности топлива (Лс).

Ускоренное определение зольности ведут по тому же ГОСТу.

Для выбора метода удаления золы из печей и топок в сухом или расплавленном состоянии существенное значение имеет плавкость золы.

Определение плавкости золы. Топливо сжигают в количестве, необ­ходимом для получения 1,5—2 г золы, золу прокаливают до постоянно­го веса и истирают в агатовой ступке. Половину золы высыпают в су­хую пробирку и хранят для повторных определений, а другую половину смачивают в ступке несколькими каплями 10%-ного водного раствора декстрина и перемешивают до получения однородной пластичной массы.

Эту массу при помощи стального шпателя впрессовывают в сталь­ную форму и формуют в пирамидки высотой 13 мм с основанием в виде равностороннего треугольника со стороной 6 мм. Пирамидки высуши­вают и затем помещают в криптоловую вертикальную трубчатую печь, снабженную трубкой для наблюдения за изменением образцов. Темпе­ратуру в печи повышают до 800—850°С со скоростью 10—15 град/мин; дальнейшее повышение температуры до 1500°С ведут со скоростью 3—5 град/імин.

В процессе нагревания фиксируют: температуру начала оплавления вершины пирамиды, т. е. температуру начала деформации ti, темпера­туру, при которой пирамида оплавляется, образуя полусферу, т. е. тем­пературу размягчения h температуру начала жидкоплавкого состоя­ния U, при которой пирамида растекается ,по пластинке.

Температура плавления золы до некоторой степени зависит от осо­бенностей атмосферы в печи. Наиболее низкая температура плавления золы фиксируется при содержании в ней закисного железа. При поддер­жании в печи окислительной атмосферы железо окисляется до окис­ного, что сказывается на повышении температуры плавления золы.

Согласно ГОСТу 2057-74 температуру. плавления золы определяют в полувосстановительной газовой среде, характеризуемой полным от­сутствием свободного кислорода и содержанием в составе газа восста­новительных компонентов — водорода, окиси углерода и метана — от 10 до 70%.

Полувосстановительную атмосферу создают, вводя в печь угольный электродный стержень или пропуская газ, состоящий из 60% СО и 40% С02.

При проведении параллельных определений расхождения в показа­телях температуры не должны превышать 30—70 град.