Кокс и летучие вещества

Главная » Статьи »  Кокс и летучие вещества

Кокс и летучие вещества

Если твердое топливо нагревать без доступа воздуха, то оно распадается на две части: твердый остаток - кокс и летучие вещества (рис. 4). В летучие вещества переходят испаряющаяся из топлива влага, кислород, азот в виде сложных соединений с другими элементами, летучая сера, водород как в чистом виде, так и в соединениях с углеродом в виде различных углеводородов. В коксе остаются часть углерода и зола. Практически процесс коксования идет несколько сложнее, и в твердом остатке, кроме углерода и золы, обнаруживаются и другие элементы, но в незначительном количестве.

Лабораторное определение выхода кокса и летучих веществ должно проводиться в строго определенных стандартных условиях, иначе нельзя получить сравнимых величин.

Рис. 4

Рис. 4

Навеску топлива в 1 г помещают в фарфоровый или кварцевый тигель, перекрывающийся крышкой, чтобы предотвратить горение навески Тигель помещают в электропечь, где и выдерживают в продолжении 7 мин. при температуре 850°. Убыль веса, выраженная в процентах к весу навески топлива, после вычитания содержания влаги топлива в процентах и дает значение выхода горючих летучих веществ.

Кокс и летучие вещества в топливе обозначаются аналогично с составом топлива в процентах к весу рабочего топлива или горючей массы и пр. (Vp, Vr и т. д.).

В составе кокса и летучих веществ находится горючие элементы, поэтому каждая из двух частей топлива горит, но условия их сжигания весьма различны. Характеристика топлива по выходу летучих накладывает отпечаток на конструкцию топки и методы ее эксплуатации. При сжигании в топках твердого кускового топлива процесса выхода летучих в его чистом виде не происходит, так как к топливу все время подводятся новые порции воздуха; однако свежезаброшенное топливо в первую очередь начинает по большей части бурно газифицировать, и затем процессы горения и газификации идут одновременно.

Если, например, взять дрова топливо с очень высоким выходом летучих (более 80% от веса топлива), то при сжигании их на колосниковой решетке конструктор должен озаботиться должным развитием объема топочного пространства, в котором будут сгорать горючие кокс и летучие вещества (рис. 12). Весь воздух, требующийся для горения как кокса и летучих веществ на решетке в топочном пространстве, подводится обычно через поддувало и колосниковую решетку. Таким образом, значительная часть воздуха, направляясь в топочное пространство, пройдет через колосники и слой топлива транзитом. Этот воздух будет охлаждать колосники и лежащий на них слой топлива, поэтому при сжигании дров колосники не будут сильно нагреваться и могут быть простой формы.

Совершенно иная картина получается при сжигании антрацита - топлива с минимальным выходом летучих (около 4%). В этом случае через слой топлива почти не требуется пропускать транзитного воздуха для сжигания летучих веществ и не будет наблюдаться того охлаждения слоя, которое получалось при дровах. В результате этого колосники при сжигании антрацита сильно греются и часто перегорают.

Свойство топлива распадаться при нагревании на кокс и летучие вещества используется в промышленности для получения угля из дерева, кокса из каменного угля и торфа. Особенно большое значение имеет спекающийся кокс каменного угля, так как он обладает большой механической прочностью и используется в доменных печах и вагранках.

Однако не всякий уголь дает кокс в виде плотных и монолитных брусков. Имеется целый ряд ископаемых топлив, дающих в процессе перегонки кокс в виде сыпучего горошка; такое топливо, если оно к тому же имеет незначительный выход летучих, а следовательно, из него невозможно получить большое количество смолы или других продуктов перегонки, идет на цели сжигания и называется энергетическим.

Необходимо особо подчеркнуть, что принципиально наиболее рациональным использованием ископаемого топлива, запасы которого вообще ограничены, является предварительная его сухая перегонка с получением побочных высокоценных продуктов и затем уже сжигание. Практически пока это положение выполняется преимущественно в отношении топлива с повышенным процентом выхода летучих.

Образцами энергетического топлива являются антрациты и тощие угли, обладающие рассыпающимся коксом при малом выходе летучих, но в то же время выделяющие большое количество тепла при их сжигании. Указанные выше разновидности коксовой массы - спекающаяся и сыпучая - являются как бы границами дтя промежуточных стадий коксуемости. Например, имеются угли, кокс которых слипается, но легко разрушается от незначительных усилий, у других углей кокс принимает вспученную форму с оплавливанием только внешних поверхностей и т. п. Характер кокса и летучих веществ топлива играет большую роль в топочных процессах.

Если сжигается на колосниковой решетке топливо, кокс которого распадается на мелкие частицы (примером может служить тощий уголь), то такое топливо может давать большой вынос несгоревших мельчайших частиц кокса в котельные газоходы, где температурные условия уже таковы, что сгореть эти частички не смогут, а будут уноситься в дымовую трубу или осаждаться в нижних частях газоходов и в дальнейшем удаляться вместе с золой. Наоборот, топливо, дающее спекающийся кокс, образует при сжигании сверху слоя корочку, предохраняющую от уноса мелкие частицы.

В топках, сильно форсируемых, т. е. выделяющих большое количество калорий на квадратной единице площади горения, вследствие больших скоростей воздуха и газов, проходящих через слой топлива, унос особенно велик. Сюда относятся паровозные топки, при эксплуатации которых иногда к углю, имеющему сыпучий кокс, прибавляют небольшое количество спекающегося угля. Например, к подмосковному углю добавляют донецкий уголь марки ПЖ или ПС. Спекающийся уголь сжигают также в кузнечных горнах; получающаяся сверху корка способствует образованию в очаге равномерно распределенных высоких температур.