Основные виды топлива для металлургических печей. Условное топливо

Теплота сгорания

Это наиболее важная характеристика топлива.

Теплота сгоранияпоказывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании единицы топлива. Для твердого и жидкого топлива такой единицей служит 1 кг, для газообразного -1м³ при нормальных условиях. Единица измерения теплоты сгорания - Дж/м³ или кратные единицы кДж/кг, кДж/м³, МДж/кг. МДж/м³. Используют также внесистемную единицу ккал/кг и ккал/м³ (1ккал=4,187 кДж).

Твердое и жидкое топливосодержит следующие элементы: углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), серу (S), а также золу (А) и влагу (W).Содержание каждого элемента измеряется в % массы. Различают органическую, горючую, сухую и рабочую (влажную) массу топлива. В табл. 1 представлен их элементарный состав и обозначение (индекс).

Газообразное топливосостоит из смеси газов, содержание которых измеряют в % объема. Различают составы сухого и влажного (рабочего) газа.

Таблица

Элементарный состав твердого и жидкого топлива

Теплоту сгорания обычно относят к 1 м³ влажного (рабочего) газа и к 1 кг влажного (рабочего) твердого и жидкого топлива. Её обозначают Q^p. В зависимости от агрегатного состояния Н₂О в продуктах горения теплота сгорания топлива может быть высшей Q_в^р или низшей Q_н^p. Если Н₂О в продуктах горения находится в виде водяного пара, то теплота сгорания будет низшей, так как она не включает теплоту конденсации пара 2257кДж/кг (539ккал/кг). В высшую теплоту сгорания включают теплоту конденсации пара, образовавшегося при горении единицы топлива, и теплоту, выделяемую водой при охлаждении её от 100°С до ~ 40°С при атмосферном давлении. Поэтому разница между Q_в^р и Q_н^p составляет 2500 кДж на 1 кг Н₂О.

Температура дымовых газов, уходящих из металлургических печей, превышает 100°С, поэтому пар в них не конденсируется и в расчетах нужно пользоваться величиной Q_н^p.

Формулы для расчета Q_н^p имеют следующий вид:

1) для газообразного топлива

Q_н^p =127,7·СО +108·Н₂ +358·СН₄ +590·С₂Н₄ +555·С₂Н₂ +

+636·С₂Н₆ +913·С₃Н₈ +1185·С₄Н₁₀ +1465·С₅Н₁₂ +234·H₂S кДж/м³, где СО, Н₂ СН₄ и т.д. - процентное содержание газов в 1 м ³ влажного (рабочего) топлива;

2) для твердого и жидкого топлива (формула Д.И.Менделеева)

Q_н^p = 340·С^р + 1030·Н^р - 109 (О^р - S^p) - 25 W^p кДж/кг, (2)

где С^р, Н^р, О^р, S^p - процентное содержание элементов в 1 кг влажного (рабочего) топлива.

Основные виды топлива для металлургических печей. Условное топливо

Кокс- твердое топливо для доменных печей - производится на коксохимических предприятиях путем термической обработки (коксования) каменного угля в коксовых печах (батареях). Каменный уголь нагревают до 800°С без доступа воздуха, при этом из него выделяются смолы, газо­образные вещества (летучие), и в печи остается кокс - твердый остаток в виде отдельных кусков. В органической массе кокса содержатся С⁰ =96,5-97,5%; Н°=0,5-0,8%; О⁰=0,3-0,4%; в горючей массе есть сера S^г=0,5-1,5%. Теплота сгорания кокса зависит от количества золы и влаги. В среднем она равна 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг).

Газообразные вещества, выделившиеся при коксовании, также используются в качестве топлива, которое называют коксовым газом.Сухой, очищенный от серы и смол коксовый газ имеет следующий состав:

Н₂^с =46-61%; СН₄^с=21-30%; С _mН_n^c=1,5-3,0%; СО^С =4-8%; N₂^c=3,6-18%; О₂^c= 0,3-1,7%. Теплота сгорания составляет в среднем 17МДж/м³ (~ 4000 ккал/м³).

Природный газпоступает на предприятия с помощью компрессорных установок по газопроводам. Он содержит 92-98% метана (СН₄) и имеет высокую теплоту сгорания 33-38 МДж/м³, а в среднем его Q_н^p = 35 МДж/м³ (8300 ккал/м³).

Наиболее бедным газообразным топливом является доменный газ,который получают при выплавке чугуна. В его составе только третья часть объема содержит горючие вещества, в основном СО. Состав сухого домен­ного газа следующий: СО^С = 28,5-29,5%; СН₄^c= 0,1-0,4%; Н₂ = 1,3-2,5%; СО₂ =10-11%; N₂ =58-59%. Он имеет низкую теплоту сгорания 3,5-4,0 МДж/м³ (850-950 ккал/м³). Основной вид жидкого металлургического топлива - мазут.Это продукт перегонки нефти. Его привозят на металлургические предприятия с нефтеперегонных заводов в железнодорожных цистернах, из которых сливают в цеховые мазутохранилища. По содержанию горючих веществ мазут относится к богатым видам топлива. Теплота сгорания мазута составляет 40-42 МДж/кг (9500-10000 ккал/кг). В его составе: С^г=85-87%; Н^г=10-12,5%; N^г=0,5-1,0%; S^г=0,4-3.0%. Разные марки мазута различают по вязкости (жидкоподвижности). Так, при подогреве до 50°С мазут марки 100 вытекает из мерного сосуда с калиброванным отверстием в 100 раз дольше, чем вода, а мазут марки 40 - в сорок раз дольше.

Условное топливо.На металлургических предприятиях для отопления печей используют разные виды топлива. Для эквивалентного учета и сопоставления расходов топлива с различной теплотой сгорания было предложено вести учет расхода топлива не в м газа или в кг мазута, кокса, а в кг условного топлива(усл.т), теплота сгорания которого равна Q_yсл.т=7000ккал/кг (29,3МДж/кг). Это равносильно тому, что учет будут вести по количеству теплоты топлива Q в мДж, израсходованной на производство продукции, но в более осязаемой форме - в килограммах или тоннах условного топлива. Чтобы найти расход условного топлива, нужно перевести МДж в кг.усл.т, а именно: