Углерод. Ятот элемент является важнейшим компонентом горючей массы топлива. Содержание углерода в горючей массе топлива превышает 50% п достигает 99%. В различных видах топлива оно колеблется в следующих пределах (округленно в % по массе):

Дрова.	50	Дизельное ТОШ1ИНО	87
Торф	54-63	Мазут малосеринстый	87-88
Сланцы	60—70	Бензол	92
Бурые угли	60-80	Антрацит	92—98
Природный газ	75	Шунгит	97—99
Каменные угли	75-90	Дрелеспып угол I.	89-95
Бензин	85	Кокс	96
Керосин.	86	Полукокс	95—98

Содержащийся в топливе углерод входит в состав сложных органиче­ских соединений, образующих горючую массу топлива.

При сгорании 1 кг-атома углерода в виде графита выделяется около 94 ООО ккал тепла или около 7830 ккал на 1 кг углерода.

Количество тепла, выделяющееся при сгорании углерода, содержаще­гося в различных видах топлива, неодинаково вследствие разной затраты энергии на разрыв связей между атомами в молекулах неоднотипных орга­нических соединений.

Д. И. Менделеев установил, что различие в количестве тепла, выделяе­мого при сгорании углерода, входящего в состав разных видов твердого и жидкого топлива, сравнительно невелико, и количество тепла, выделяемого при сгорании 1 кг углерода, может быть принято в среднем равным 8100 ккал.

В теплотехнических расчетах обычно принимают, что при сгорании 1 кг — атома углерода, содержащегося в твердом и жидком топливе, выделяется 97 650 ккал тепла.

Жаропроизводительность графита, т. е. максимальная температура, раз­виваемая при отсутствии потерь тепла, равна 2175° С. Если принять тепло­ту сгорания углерода, входящего в состав различных видов твердого и жид­кого топлива, по Д. И. Менделееву, равной 8100 ккал/кг, то жаропроизводи­тельность углерода топлива составит 2240° С.

Водород. Он является вторым по значению компонентом топлива. Со­держание водорода в горючей массе различных видов топлива колеблется в следующих пределах (округленно в % по массе):

Кокс.	0,3—1	Сланцы.	7-10
Литрацит	1—3	Бензол	8
Полукокс	2-3	Мазут.	11—12
Древесный уголь	2-4	Дизельное тошшпо	І:ї
Каменные угли.	4—6	Керосин.	14
Бурые угли	4—6	Бепзин	15
Торф.	6	Сжиженные газы	18
Дрова	6	Природный газ	25

При сгорании килограмм-молекулы (моля) газообразного водорода, с образованием воды, выделяется 68 260 ккал тепла, т. е. 33 860 ккал на 1 кг газообразного водорода, или 3046 ккал на 1 мл водорода при нормальных условиях (температура 0°С, давление 1 ата).

Следовательно, при сгорании 1 кг газообразного водорода выделяется в

4, 2 раза больше тепла, чем при сгорании 1 кг углерода. Поэтому теплота сгорания топлива значительно возрастает с повышением содержания в нем

Водорода. Так, теплота сгорания горючей массы кокса с минимальным со­держанием водорода равна около 8000 ккал/кг, а теплота сгорания мазута, состоящего примерно из 88% углерода и 12% водорода,—более 10 000 ккал/кг. Теплота сгорания 1 кг метана, состоящего из 75% углерода и 25% водо­рода, еще выше, ~ 13 000 ккал.

Продукты сгорания отводят из котлов и печей обычно при температуре, превышающей 100° В этих условиях в дымовых газах содержится не вода, а водяной пар. На нагревание и испарение 1 кг влаги расходуется около 600 ккал.

С учетом расхода тепла на испарение воды при сгорании килограмм-моле­кулы водорода выделяется 57 740 ккал тепла, т. е. 28 640 ккал на 1 кг во­дорода, или 2576 ккал на 1 нормальный кубометр (1 нм[1]) водоргда.

Количество тепла, выделяющееся при сгорании 1 кг водорода в воду, называется высшей теплотой сгорания, а количество тепла, выделяющееся при сгорании 1 кг водорода п водяной пар,— низшей теплотой сгорания.

Отношение высшей теплоты сгорания водорода к низшей составляет 68 260 57 740, т. е. около 1,18.

В соответствии с этим топливо, в состав которого входит значительный процент водорода, имеет существенное различие между высшей и низшей теплотой сгорания.

При сжигании природного газа и других видов бессернистого топлива с высоким содержанием водорода есть возможность охладить продукты сго­рания ниже точки росы и использовать теплоту конденсации содержащегося в них водяного пара.

В этих условиях возможное использование потенциального тепла топ­лива определяется его высшей теплотой сгорания, и количество использо­ванного тепла может превосходить низшую теплоту сгорания топлива.

Водород, содержащийся в твердом и жидком топливе, выделяет при сго­рании несколько меньше тепла, чем молекулярный газообразный водород.

Содержащийся в топливе водород, подобно углероду, входит в состав различных органических соединений, теплота разложения которых неоди­накова. Поэтому 1 кг водорода, содержащийся в различных видах твердого и жидкого топлива, выделяет при сгорании различное количество тепла. Это различие, впрочем, не очень велико. Д. И. Менделеев установил, что 1 кг водорода, содержащийся в различных видах твердого и жидкого топ­лива, выделяет тепла при сгорании в воду около 30 000 кка. л, а при сгора­нии в водяной пар 24 600 ккал (на 4000 ккал меньше, чем 1 кг молеку­лярного газообразного водорода).

Жаропроизводительность молекулярного водорода равна 2235° С, т. е. близка к жаропроизводительности углерода, несмотря на большое различие в теплоте сгорания углерода и водорода.

Закономерность этого весьма важного положения обоснована при об­суждении жаропроизводительности топлива (гл. VIII).

Содержание водорода в горючей массе топлива повышает его реакционную способность и скорость горения.

Повышение содержания водорода в горючей массе твердого топлива обу­словливает увеличение выхода летучих веществ, выделяющихся при нагре­вании топлива без доступа воздуха.

Определение содержания углерода и водорода в топливе. Содержание углерода и водорода в топливе определяют путем сжигания небольшой навески (0,3—0,5 г) воздушносухого топлива в токе кислорода. Газообраз­ные продукты сгорания пропускают через контактную массу, состоящую из раскаленной окиси меди, что обеспечивает полноту окисления продуктов неполного сгорания до углекислого газа и водяного пара:

;ц<> "и-!-

Затем образующийся водяной пар поглощают сорной кислотой или про­каленным хлористым кальцием, а углекислый газ — едким кали.

Но увеличению веса поглотителей определяют количество водяного пара и углекислого газа и в соответствии с этим подсчитывают содержание угле­рода и водорода в навеске испытуемого топлива.

17

При определении содержания углерода и водорода применяемый кисло­род очищают от следов углекислого газа и водяного пара при помощи по­глотителей — натронной извести (Са(ОН)2КаОН), хлористого кальция (СаС12) и концентрированной серной кислоты. С другой стороны, продукты сгорания перед пропусканием их через окись меди освобождают от сернистого газа, образующегося в результате сгорания содержащейся в топливе серы, путем поглощения его хромовокислым свинцом с образованием сернокислого свинца.

Процесс сгорания топлива и полного окисления образующихся газооб­разных продуктов реакции путем контакта с окисью меди ведут при тем­пературе -*■ 800°, а очистку продуктов сгорания от сернистого газа — при

600°.

Схема установки для определения содержания углерода и водорода в топливе изображена на рис. 1.

Кислород из газометров 1 пропускают через колонки для очистки 2, заполненные сначала на 2/:і натронной известью, а затем на ‘/з хлористым кальцием для поглощения влаги, выделяющейся при взаимодействии натронной извести с углекислым газом, п за­тем — через поглотители влаги 3, заполненные серной кпс. лотой.

Очищенный от углекислого газа и влаги кислород поступает в трубку 4 (диаметром 15—20 мм и длиной 1000—1100 мм) для сжигания топлива. Трубка выполнена из про­зрачного кварца, тугоплавкого стекла или неглазуровапного фарфора.

В трубке последовательно размещены: пробка а из медной сетки длиной 100 мм; платиновая или фарфоровая лодочка 6 длиной 55 мм с навеской испытуемого топлива; слой окиси меди в для полного окислення газообразных продуктов длиной 330—350 мм, размещенный между двумя пробками из медной сетки — гид, длиной 30 мм; слой хро­мовокислого свинца е для поглощения сернистого газа длиной 130—150 мм, расположен­ный между пробками из медной сетки д и ж длиной 30 мм.

Реакционная трубка 4 помещена на подставке в электронагревательную установку, состоящую из трех подвижных трубчатых печей 5, 6 и 7, установленных на общей ста­нине.

Нагревательная печь 5 длиной 150—180 мм с пагревом до 800° устанавливается перед опытом так, чтобы в ней была размещена пробка из медпой сетки а. Затем печь постепен­но продвигают вправо с тем, чтобы температуру лодочки с топливом повышать медленно:

Рио. 1. Схема установки для элементарного анализа топлншг.

0

Б, 7 —подвижные трубчатые

Печи;

— змеевик серной кислотой;

10— кали-аппарат;

11— и-оОраэнаи труОка

С натрошюК изп<*~ стью;

— гусек лотой;

А — пробка;

Б — платиновая или фар — форопая лодочка; в — окись меди; д, ж — пробки из меди о і)

Се’ <и;

Е — хромовокислый спи­не ц

13 — хромовокислый свинец 14 — эмссыик с H2fci04; 15, 16 — поглотители с натрон­ной известью; 17 — гусси с HjSO*; 18 — зажим

Риг. 2. Схема уетапошеи длп ускоренного элементарного анализа топлива:

П

Л*

/ — газодктр;

1 — реометр;

— промыппап пг

Кин,

4 — то же, с ] l*SO,;

6 — трубка дли г/кигашш топлина;

7 — подвижные трубчатые алентропечн;

О — термопары;

10 — муфта;

11 — фарфоровая лодочка;

12 — опись хрома (или окись

Меди);

За первые 5 мин до 30°, за 45 мин до 600°, за 1 мае до 800°. При быстром повышении тем­пературы будет происходить интенсивное выделение из топлива газообразных продуктов, и слой окиси меди может не справиться с полным их окислением.

В течение первых 5 мин опыта электропечь выдерживают у переднего края лодочки, затем в течение 40—60 мин, несколько передвинутая вправо, она должна быть размещена таким образом, чтобы в пей находилась одна треть лодочки. Затем печь вновь передви­гают вправо так, чтобы в ней находились две трети лодочки. В этом положении печь вы­держивают 10 мин. В течение последующих 40—60 мин в продвинутой еще более вправо печи должна находиться целиком вся лодочка.

Вторую нагревательную печь 6 длиной 330—350 мм, с нагревом также до 800°, уста­навливают для пагрева слоя окиси меди в.

Третью печь 7 используют для нагрева до 600° слоя хромовокислого свинца е.

Вслед за электропечами устанавливается муфта 8 длиной около 40 мм, обогреваемая электротоком до температуры 105—110° для удаления влаги, сконденсировавшейся в трубке.

Водяной пар, содержащийся в продуктах сгорания, поглощают серной кислотой в змеевике 9. Змеевик с кислотой предварительно точно взвешивают. По увеличению веса амеевика л конце опыта определяют количество поглощенной влаги.

Улавливалие углекислою газа производят в кали-аппарате 10, заполненном 40%- ным раствором едкого кали. Полноту поглощения углекислого газа контролируют путем пропускания продуктов сгорания через U-образпую трубку 11, заполненную на две тре­ти натронной изпестыо и па одну треть — хлористым кальцием.

В конце поглотительной цепи устанавливают гусек 12 с серной кислотой, применяе­мой длл контроля скорости пропускания газа через систему (1 — 2 пузырька в сек) и ДЛЯ предохранения поглотителей от попадания влаги из воздуха.

Взвешивание топлива и поглотительных сосудов производят на аналитических весах с точностью до 0,0002

Содержание углерода в топливе определяют по формуле t {А, Л,) 0.273 100 (М)

I “ Н

Где А! — привес кали-аппарата с раствором едкого кали, г;

А2 — припес контрольной U-образной трубки Л с натронной из­вестью, г;

0, 273 — коэффициент для пересчета С02 в С; В — навеска ис­

Пытуемого топлива, г.

При содержании в аналитической пробе С02 более 2% количество угле­рода в процентах подсчитывают по формуле

С„ = _(Л, + Л,)0,273—10П _ () 27 5 (С02)а> (Ї.2)

Содержание водорода в топливе (в %) подсчитывается по формуле

Н = /_Б-|оо———— ту)-0,112, (Т. З)

Где Б — привес змеевика 9 с серной кислотой, г;

В — навеска испытуемого топлива, г;

И7 — содержание влаги в испытуемом топливе, °/ 0,112 = 2/18 — коэф­

Фициент для пересчета Н20 в Н.

Ускоренное определение содержания углерода и водорода (ГОСТ 6389-52) производят путем сжигания в сильнолі токе кислорода навески топлива, находящейся в контакте с окисыо хрома или окисыо меди, и поглощения образующихся Н20 и СО,,.

Кислород из газометра 1 (рис. 2) пропускают через реометр 2, промывпую склянку

3 с раствором КОН для очистки кислорода от С02 и склянки 4 с Н2304 для очистки кис­лорода от влаги. Очищенный кислород поступает п трубку 5 дли сжигания топлива, шл — полнепнуго из кварца, тугоплавкого стекла или фарфора; внутренний диаметр трубки 15—20 мм. Трубку 5 устанавливают б трубчатой электропечи диаметром 35—40 мм, со­стоящей из двух подвижных элементов 6 длиной 150—180 мм и 7 — длиной 330—350 мм. Температуру и печи замеряют термопарами 8 а 9. За иечыо устанавливают олектрообо — греваемую муфту Ю для удаления из трубки скопдспсировашшніси в пей влаги.

В трубку 5 помещают фарфоровую лодочку 11 с навеской топлива. Навеску топлива в 0,25—0,3 г берут из аналитической пробы с точностью до 0,0002 г и засыпают слоем окиси хрома или окиси меди. Для обеспечения полноты сгорания навески топлива в труб­ку помещают также реактивы — окпсь хрома или окись меди 12, а для поглощения окис­лов серы, образующихся при сгорании топлива,— хромовокислый сшгаец 13.

Поглощение НгО осущестилягот б змеевике 14, заполненном Н2804, или Б трубках с хлористым кальцием, а поглощение СО, — в трубках 15 и 10, заполненных па ‘-/> аск, ритом или натронной известью и па 1/.і хлористым кальцием, или в поглотителях с 40%- ным раствором КОН. В конце установки помещают гусек 17 с Н, В04. Ток кислорода через систему (200 — 250 мл/мин) регулируют пинтовым зажимом 18.

Перед анализом устаповку проверяют на герметичность. Лодочку с напескоіі 11 помещают в трубке ка расстоянии 1—2 см от печи 6. Затем печь в передпигают навстречу току кислорода так, чтобы лодочка оказалась внутри печи. Температуру б печи (’> при сжигании угля и торфа поддерживают 700 + 25°, и при сжигаини сланца 800 + 25"

Продолжительность сжигання в кварцевой или стеклянной трубке: торф; 5 мин, угля — 8 мин, сланца — 12 мин, а в фарфоровой трубке — соответственно 10, 13 и

1 7 мин.

Содержание углерода и водорода в топливе подсчитывают по формулам (1.1). (Г.2) и (1.3). Расхождение между параллельными определениями не должно превышать для углерода 0,3 и для подорода ОД?’

Кислород. Третьим важным компонентом горючей массы топлива явля­ется кислород. В горючей массе различных видов топлива кислород содер­жится в следующих количествах (округленно в процентах по массе):

Природный газ		Кокс	1—3
Пефгенромыс.)	(шшут-	Каменные уг:	2—12
Ный) газ	0	Бурые угли	19—27
Сжиженный газ	0	Сланцы	12—18
Бензин	0	Торф	33
Керосин	0	Дрова	42
Дизельной топлнио	0	Доменный газ	Более 50
Мазут	0-0,

Высоким содержанием кислорода характеризуется горючая масса рас­тительного топлива, а также молодых видов ископаемого топлива — торфа и бурых углей. Значительно меньше содержится кислорода в каменных уг­лях. В антраците содержание кислорода снижается до 1—2%.

Малое содержание кислорода характерно также для искусственных видов обуглерожонного твердого топлива, получаемых из угля, торфа или древе­сины путем отгонки из них летучих веществ.

Содержащийся в горючей массе кислород снижает ее теплоту сгорания. Это обусловлено двумя факторами.

Во-первых, наличие кислорода в горючей массе топлива соответственно уменьшает процентное содержание в ней углерода и водорода, обладающих высокой теплотой сгорания. Кислород же является как бы балластом, входящим непосредственно в состав органических соединений, образующих горючую массу топлива.

Во-вторых, кислород, входящий в состав горючей массы, находится в химическом соединении с водородом и углеродом, например в виде гидро­ксильных (ОН) и карбоксильных (С0011) групп, т. е. водород и углерод на­ходятся частично в окисленном состоянии, что существенно снижает коли­чество тепла, выделяемого при их сгорании (доокислении).

Степень снижения теплоты сгорания горючей массы топлива, вследствие содержания в ней кислорода, зависит от состава кислородсодержащих соеди­нений и от того, с каким элементом — водородом или углеродом — хими­чески связан кислород. Однако различие в снижении теплоты сгорания топ­лива, вследствие соединения кислорода с водородом или углеродом, гораз­до меньше различия в теплотах сгорания водорода и углерода.

При взаимодействии углерода с кислородом с образованием углекисло­го газа по уравнению С + 02 С02 выделяется 97 650 ккал на 1 килограмм-

Молекулу (1 моль) вступающего в реакцию кислорода.

При взаимодействии водорода, содержащегося в твердом или жидком топливе, с кислородом с образованием водяного пара по формуле Н2-|-0,502 —

Н20 выделяется 98 400 ккал на 1 моль кислорода.

Таким образом, при соединении кислорода с водородом выделяется тепла лишь на 1 % больше, чем при соединении такого же количества кис­лорода с углеродом.

Д. И. Мепделеев установил, что содержание 1% кислорода в горючей массе топлива снижает ее теплоту сгорания вследствие частичного окисления углерода и водорода в среднем на 26 ккал/кг.

При сопоставлении двух указанных выше причин снижения теплоты сгорания горючей массы топлива вследствие содержания в ней кислорода становится очевидным, что первая причина (снижение содержания углерода и водорода) имеет большее значение, чем вторая.

В самом деле, уменьшение содержания водорода в горючей. массе на 1% снижает низшую теплоту ее сгорания на 246 ккал/кг, уменьшение содержа­ния углерода на 1 % — соответственно на 81 ккал/кг, а дополнительное снижение теплоты сгорания вследствие частичного (1%) окисления углерода и водорода горючей массы составляет 26 ккал/кг.

Тенлота сгорания 1 кг горючей массы древесины вследствие высокого содержания кислорода (около 44%) примерно в 2 раза ниже теплоты сго­рания горючей массы антрацита или кокса и в 2,5—3 раза ния;е теплоты сгорания углеводородного топлива. Топливо с высоким содержанием кис- яорода в горючей массе — древесина, торф, молодые бурые угли — обладает высокой гигроскопичностью и содержит много влаги. У этих видов топлива теплота сгорания влажной рабочей массы значительно ниже теплоты сго­рания горючей массы.

Наличие кислорода в горючей массе твердого топлива сравнительно мало сказывается на ее жаропроизводительности, однако высокая влажность топлива с большим содержанием кислорода обусловливает увеличение объе­ма продуктов сгорания вследствие испарения влаги и снижение в резуль­тате этого температуры, развиваемой при сжигании топлива.

Твердое топливо с большим содержанием кислорода в горючей массе ха­рактеризуется высоким выходом летучих веществ, легко зажигается и об­ладает высокой реакционной способностью. В легком дистиллированном жидком топливе практически не содержится кислорода. В сырой нефти и мазуте, хотя и в незначительном количестве, содержится кислород, входя­щий б состав смол и пафтеновых кислот. В природных и нефтеэаводских газах содержится весьма мало кислорода (входящего в состав окислов угле­рода). В коксовых, генераторных и доменных газах содержится значитель­ное количество связанного кислорода (в виде СО и СО»), а содержание сво­бодного молекулярного кислорода обычно не превышает 1 %.

Содержание кислорода в газе (в процентах по объему) определяют путем его поглощения пирогаллолом, а в горючей массе твердого топлива (в про­центах по массе) фиксируют по разности после определения остальных ком­понентов горючей массы топлива:

Ог = 100% — (Сг 4- Нг Вг0+:. г) 0’0.

Азот. Содержание азота в горючей массе твердого топлива колеблется от 0,6 (дрова) до 2% у некоторых видов углей и торфа.

В процессе горения азот топлива переходит в дымовые газы в виде моле­кулярного азота К2. Таким образом, азот, входящий в состав сложных орга­нических соединений горючей массы топлива, не окисляется в процессе го­рения, не выделяет тепла, и содержание азота как балласта в топливе по­нижает его теплоту сгорания вследствие уменьшения содержания горючих компонентов — углерода и водорода.

При коксовании каменных углей в атмосфере, не имеющей свободного кислорода, азот, содержащийся в топливе, в значительной степени выделя­ется в виде аммиака ГШ3.

В нефти содержание азота обычно колеблется от 0,03 до 0,3%.

В газообразном топливе основным видом балласта является азот — от долей процента в некоторых природных и нефтепромысловых газах до 60% в доменных газах и 75% в ваграночных газах. Газы с высоким содержанием ааота характеризуются низкой теплотой сгорания и пониженной жаропроиз — водительностью.

Содержание азота в твердом и жидком топливе определяют по методу Кьелдаля, основанному на способности кипящей серной кислоты окислять органические соединения до С02 и Н20, а содержащийся в них азот пре­вращать в ]ТН3. Образующийся аммиак улавливают серной кислотой и по количеству МН3 определяют содержание азота в топливе.

В газообразном топливе азот фиксируют как остаточный член после оп­ределения содержания в газе других компонентов

N. = 1′ 0% — (СОг + 02 + СО 4- Н, + СН4 4- и т. л.) %.

Сера. В твердом топливе содержатся три вида серы: органическая, кол­чеданная (пиритная) и сульфатная.

Органическая сера в0 входит в состав сложных органических соединений, образующих топливо. При сжигании топлива органическая сера сгорает с образованием сернистого газа с выделением 69 800 ккал на 1 кг-атом серы (Б + 02 = БОг + 69 800 ккал), или около 2180 ккал на 1 кг серы.

К о а ч о д а н н а я, или п и р и т н а я, сера S,! входит в состав полезного колчедана FeS2 и других сернистых соединений. При сжигании топлива колчедан сгорает с образованием сернистого газа и окислов же­леза.

4FeSj 110, = 21*е:Оз + 8S02

С выделением около 200 ООО ккал тепла на 1 кг-молекулу колчедана; при этом за счет сгорания серы выделяется около 140 ООО ккал, в результате окисле­ния железа около 60 000 ккал. При пересчете всего количества тепла, выделяющегося при сгорании колчедана, т. е. 200 ООО ккал/молъ, на содер­жащуюся в нем серу, получают «кажущийся» тепловой эффект, равный при­мерно 3100 ккал на 1 кг серы.

При подсчетах теплоты сгорания твердого и жидкого топлива можно припять, что на 1 кг горючей серы выделяется в среднем около 2600 ккал, или 26 ккал на 1 % горючей серы, содержащейся в 1 кг топлива. Таким образом, содержание серы несколько снижает теплоту сгорания топлива, особенно высококалорийного.

Данные о содержании горючей серы (органической и колчеданной) в различных видах топлива приведены в табл. 7. Там же дано процентное со­держание горючей серы в топливе, пересчитанное на 1000 ккал низшей теп­лоты сгорания (0Ц), т. е. показана приведенная сернистость топлива

^приВ-10П1’sr Qn

Сера резко понижает народнохозяйственную ценность топлива, особенно технологического. Содержащаяся в коксе сера частично переходит в вы­плавляемый металл, который становится ломким при высокой температуре. Во избежание этого серу кокса химически связывают известью и переводят в шлаки. Увеличение содержания серы в коксе на 1 % обусловливает повы­шение расхода флюсов и топлива примерно на 15%. При этом значительно снижается производительность доменных печей.

Т а G л и ц а Содержание серы п горючей маосе топлива к приведенная сернистость рабочего топлива Топливо Содержание серы в горю­чей массе, °’и Приведенная сернистость рабочего топлипа, пп масг е ТОПЛИБО Содержание t еры d горю­чей массе, % Приведенная сернистость рабочего топлива, % по массе Дрова 0,0 0,0 Бурый уголь челябинский 2,0 0,3 Природный газ. 0,0 О. о! Кокс донецкий 1,8 0,3 Бензин. 0,15 0,015 Антрацит донецкий 2,0 0,3 Керосин тракторный 1,0 0,1 Полуантрацит донецкий 2,5 0,33 Дизельное топливо 1,0 0,1 Высокосернистый мазут 3,5 0,35 Торф. 0,3 0,05 Каменный уголь донецкий 3—5 0,4-0,8 Малосернистый мазут 0,0 0,03 Сланцы эстонские 4,0 0,6 Кокс кузнецкий 0,5 0,07 Промежуточный продукт Каменный уголь кузнецкий О.. 0,07 Обогащения донецких уг­ Бурый уголь канско-ачип- Лей 8,0 1.0 Ский 1,0 0,1 Г) Каменный уголь кизелов- Каменный уголь экпба- СКИЙ 7,0 1,0 Стузский 1,2 0,2 Бурый уголь подмосков­ Каменный уголь караган­ Ный 0,0 1,2 Динский 1,0 0,2 Сланцы волжские. 10-13 2,5 Сернистый мазут. . . 2,0 0,2

Рис. 3. Записпмоеть точки росы про­дуктов сгорания от содержапип се­ры и топливе и коэффициента из­бытка иоэдуха л:

1 — а = 1,15;

2 — а 1,10;

О — и 1,00

Помимо органической и колчеданной серы В ТОПЛИВО содержится неболь­шое количество полностью окисленной с у л ь ф а т и о й серы, входящей в состав Са304, Ре304 и других сернокислых солей. При сжигании топлива сульфатная сера переходит в золу и вследствие итого ее наличие мало ска­зывается на свойствах топлива.

В жидком топливе сера содержится преимущественно в виде органических соединений. Производство моторного топлива и смазочных масел из высо­косернистой нефти крайне осложняется необходимостью их очистки от сернистых соединений.

В газообразном топливе сера содержится в виде сероводорода и частично в виде сероуглерода СЭ, и других органических соединений.

При высоком содержании горючей серы в котельном топливе дымовые газы сильно загрязнены сернистым ангидридом в02, губительно действующим на металлические поверхности и растительность. При сжигании сернистого топлива с избытком воздуха происходит частичное окисление БО, до 803 с образованием серной кислоты ёОя -1- 1!./) ]12804, сильно корродирующей

Металл, особенно при температуре, близкой к точке росы паров серной кислоты. Температура конденсации водяных паров, содержащихся в про­дуктах сгорания топлива, зависит от парциального давления ИХ). При пар­циальном давлении П20 порядка 0,1 ата (например, при сжигании мазута с небольшим избытком воздуха) точка росы равна около -15

Однако при сжигании сернистого топлива приходится считаться с точ­кой росы, обусловленной конденсацией не водяного пара, а паров серной кислоты. На рис. 3 показана точка росы продуктов сгорании сернистого топлива в зависимости от содержания в иих З03.

При температуре, близкой к точке росы, наб: дается сильная корро­

Зия поверхностей нагрева котлов. Во избежание этого дымовые газы отво­дят из котлоагрегатов при более высокой температуре, что снижает к. п.д. котельной установки.

Для предотвращения коррозии стремятся сжигать сернистое топливо с минимальным избытком воздуха (примерно 2—3%) и тем самым не допус­тить окисления вОа в ЗОэ.

Для уменьшения загрязнения воздушного бассейна городов окислами серы создают установки для очистки дымовых газов и сооружают дорого­стоящие высокие дымовые трубы.

Определение содержания серы в топливе. Определение в твердом топливе содержания общей серы основано на следующих операциях.

1. Сжигание навески топлива.

2. Поглощение образующихся при сжигании окислов серы смесью Ошка,

Состоящей из 07<|/ и 33"’ Ка.,(Х);).с образование, сернокислые лей

Магния и натрия

N8 ;С()Д — Ь Э Ка-гЯ)., , СГ2.

3. Растворение образующихся сернокислых солей в горячей воде.

4. Осаждение сернокислых соединений в виде нерастворимого в воде сер­нокислого бария

МдЭО« + ВаГЛ, = ВзЯО* + 1gCb

5. Отделение осадка сернокислого бария на фильтре, высушивание, сжи­гание фильтра и прокаливание осадка сернокислого бария.

6. Взвешивание сернокислого бария и подсчет содержащейся в нем серы.

Определение содержания серы в твердом топливе осуществляют сле­дующим образом.

В прокалеппый до постоянного веса фарфоровый тигель емкостью около 20 см’-‘ по­мещают навеску мелко измельченного испытуемого топлива 1 г (+ 0,1 г). Взвешивание топлива производят на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем в тигель вно­сят 2 г предварительно подготовленной поглотительной смеси Эшка и тщательпо переме­шивают навеску топлива с поглотительной смесыо металлической палочкой.

Содержимое тигля покрывают слоем поглотительной смеси, взятой в количестве око­ло 1 Применяемая поглотительная смесь не должна содержать серы. Взвешиваппе глотательной смеси производит на технических весах с точностью около 0,1 Тиге. т с наиеской топлива, поглотительной смесыо и прикрытого дополнительно

Сверху слоем смеси дли поглощения выделяющихся окислов серы, нагревают. Нагрева­ние доли; производиться медленно избогкцнно интенсивного выделения из топлива летучих веществ н уноса их током из тигля верхпего покровного слоя поглотительной смеся, вследствие чего может иметь место неполнота поглощения выделяющихся ОКИС.’ серы. Поэтому тигли с испытуемым топливом, смешапным с поглотительной смесью, тапавлпвиют в электрическую муфельную печь, температуру л которой I) течение попытают до 800 + 25~С, а затем нрн этой температуре прокаливают содержимое тигля пе менее 2 час (и процессе за следует наблюдать за тем, чтобы на ноиерхпостн по­

Кровного поглотительного слоя тигле пе появилось черного налета частиц топлниа). Затем тигель ох, азкдают, его содержимое переносят в стакан емкостью 300 ем*, добав­ляют 100—150 мл горячей дистиллированной воды и доводят до кипения. При этом в стакане не должно быть черных частиц несгоревшого топлива (в случае обнаружения таких частиц определение должно бить проведено заново). Раствор с осадком из стакана переносят на фильтр путем трехкратной декантации горячей водой и промывают сильным током горячей воды. В осадке остается окись магния. Сернокислые соединения и сода переходят в раствор. Раствор подкисляют химически чистой концентрированной соля­ной кислотой до слабокислой реакции (ппдикатор метил-оранж), затем пагревают до ки­пения и постепенно добавляют 10 мл нагретого до кипения 10%-пого раствора хлористого барин для перевода сернокислых солен в нерастворимый сернокислый барий.

И случпе неполного окисления серы и образования не сернокислых, а сернистокпелых оеднненпй, например МрНО:1, определенное таким образом содержание серы в топливе Судет заниженным, так как в этом случае нерастворимый осадок сернокислого бария Ваё04 пе образуется.

Л о, этому в течение многих лет считалось необходимым, в целях достаточно полного окисления, добавлять и стакан с горячей водой несколько миллилитров концентрирован­ной бромной поды или друшх энергично действующих окислителей для перевода сернн — стокислых соединений в сернокислые. Однако исследования, проведенные во Всесоюзном теплотехническом институте, показали, что при нагревании топлива с поглотительной смесыо в муфельной печи сера, содержащаяся в топливе, полностью окисляется с обра­зованием серпок — лых солей, н операция окисления бромной водой прнзпана излишней и пе включена в стандартный метод определения содержания серы в топливе (ГОСТ »006-68).

При нагревании навескн топлива с поглотительной смесыо на газовой горелке в ус­ловиях недостаточного притока кислорода воздуха можег иметь место неполнота окис­ления серы до — ерпокислых соединений, вследстнне операция окисления бромной

Водой может оказаться необходимой.

Стакан с горячен водой и содержимым тигля после добавления раствора хлористого бария кипятят в а водяной бане н оставляют на почь нрн комнатной тем —

Иературе для образования крупнокристаллического осадка сернокислого бария. Затем ■содержимое стакана фильтруют через плотный беззольнын фильтр и тщательно промывают горячей водой для удаления соляной кислоты (капля фильтрата не должна вызывать по­мутнения раствора азотнокислого серебра; и противном случае в фильтрате содержится ион хлора, т. е. осадок недостаточно промыт).

Фильтр с осадком переносят в фарфоровый тигель и медленно подогревают тигель на электрической плитке или горелке, высушивая и обугливая фильтр. Вслед за этим тигель переносят в муфельную печь п прокаливают его содержимое при температуре 800 25° до постоянного неса.

Содержание серы подсчитывают по формуле

(1.4)

Где Я — содержание серы в топливе, %;

Р> — вес прокаленного сернокислого бария, г

А — навеска угля, г;

0. 1373 = 32/233 — коэффициент, показывающий содержание серы в сернокислом барии.

При содержании серы до 2% расхождения в определении в одной лабо­ратории не должны превышать 0,05% и в разных лабораториях — 0,1%, а при большем содержании серы — соответственно 0,1 И 0,2%.

Определение содержания серы в жидком топливе. Навеску мазута и смесь перекиси марганца и безводного углекислого натрия, помещенные в тигле, сжигают в электропечи при температуре 800°С.

Затем охлажденный тигель переносят в стакан с горячей водой и нагревают па водя­ной Пане. После отстаивания смеси промывают осадок.

К фильтрату добавляют хлористый барий и полученный осадок сернокислого бария ■обрабатывают аналогично описанной выше методике определения серы в твердом топ­ливе. При содержании серы в мазуте до 0,5% допускаются расхождения п параллельных определениях до 0,05%, а при большем содержании серы— до 0,1’К

Выход летучих веществ и кокса. При нагревании твердого топлива без доступа воздуха горючая масса разрушается и из нее выделяются летучие вещества V, состоящие в основном из молекулярного водорода, окислов угле­рода, метана и других углеводородов.

Выход и состав летучих веществ зависят от состава горючей массы топ­лива, температуры и длительности нагрева топлива.

При лабораторном определении выхода летучих веществ для получения сопоставимых результатов анализ осуществляют по единой методике, в со­ответствии с ГОСТ 6332-65.

После выделения летучих веществ из горючей массы остается кокс (КТ) с высоким содержанием углерода — 95—98%.

Выход летучих веществ и беззольного ^кокса для большинства видов твердого топлива определяют в процентах по массе

(1.5)

Г — + Л’г = 100%.

Выход летучих веществ из горючей массы твердого топлива колеблется в широких пределах. Он тем выше, чем больше содержание в горючей массе ■кислорода и водорода. Для наиболее распространенных твердых топлив выход летучих веществ составляет (в % от горючей массы):

85 80 70

40—Ш 111—40

Дрова Сланцы Торф — Бурые у г. Каменные

Топливо с высоким выходом летучих веществ (дрова, торф, бурые угли, .длиннопламенные и газовые каменные угли, сланцы) легко зажигается и горит с образованием пламени в объеме почи или топки.

Д. 11. Менделеев отмечал, что топливо с весьма малым выходом лету­чих, в частности кокс, «горит без пламени и дает жар, концентрирующийся там, где идет горение (а не в пламени, т. е. вдали от места самого топлива)» [12, стр. 476].

Выход летучих веществ и кокса в сочетании с характеристиками кокса (порошкообразный, слипшийся, спекшийся и т. д.) является важнейшим классификационным признаком каменных углей, определяющим целесооб­разность их использования для производства металлургического кокса.

Определение выхода летучих веществ и углях в соответствии с ГОСТ ■8382-СГ) осуществляют следующим образом.

Из аналитической пробы угля берут uaDccKH при точности взвешивания + 0,01 Навески бурых углей, а также каменных углей с выходом летучих веществ более 20%, образующих порошкообразный или слипшийся нелетучий остаток, предварительно бри­кетируют. Тигли с иапеспамп угли, закрытые крышками, помещают в зону устойчивой температуры лабораторной печи, нагретой до 850 + 25°, и выдерживают в иен d течение

7 мин. Затем тигли вынимают, охлаждают на воздухе до комнатной температуры и взве­шивают с точностью до 0,0002 г.

Выход летучих веществ в аналитической пробе подсчитывают по формуле

Va = _£?—-n — — w* а.6)

S

А при содержании углекислоты карбонатов более 2% — по формуле

V« Bi-W _ и-а _ (СО,)каро (1.6а)

Где g — навеска топлива, г;

Убыль в массе тигля с навеской, г;

И7а — содержание влаги в пробе, %;

•i(C02)f;ap6 — содержание углекислоты карбонатов, %.

Выход летучих веществ на горючую массу подсчитывают по формуле 100

Уг = уа—————- Ц—- , (1 7)

II ui — W __ . 1 °’

А при содержании в аналитической пробе более 2?о углекислоты карбона­тов по формуле

V? = V* ———— .4. (1.7а)

10;i И Л (СОг)^ар(5

Результаты определения округляют до 0,1%.

Расхождения в результатах анализа пробы не должны превышать в од — цой и той же лаборатории (параллельные определения) 0,5% при выходе летучих веществ до 45°о и 1% — при большем выходе летучих веществ; в разных лабораториях —1% при выходе летучих веществ до 45% и 1,5% — при большем выходе летучих веществ.

Нелетучий остаток, полученный в тигле после определения выхода ле­тучих веществ, классифицируют следующим образом:

1) порошкообразный;

2) слипшийся — при легком нажиме пальцем рассыпается в порошок;

3) слабоспекшийся — при легком нажиме пальцем раскалывается на отдельные кусочки;

4) спекшийся несплавлонный — для раскалывания на отдельные кусоч­ки необходимо приложить усилие;

5) сплавленный невспученный — плоская лепешка с серебристым мета.’ лическим блеском поверхности;

6) сплавленный вспученный — вспученный нелетучий остаток с сереб­ристым металлическим блеском поверхности высотой менее 15 мм;

7) сплавленный сильно вспученный — вспученный нелетучий остаток с серебристым металлическим блеском поверхности высотой более 15 мм.

Определение выхода летучих веществ при нагревании антрацита и полу — антрацита, т. е. топлива с весьма высоким содержанием углерода, осущест­вляют в соответствии с ГОСТ 7303-07 не по весу, а по объему, т. е. фикси­руют объем летучих веществ в миллилитрах, выделяющихся из 1 г испытуе­мого топлива.