КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА

Steam, его создание и использование от Babcock & Компания Wilcox входит в серию книг HackerNoon. Вы можете перейти к любой главе этой книги здесь. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА

КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА

(ОСОБОЕ ССЫЛКА НА УГОЛЬ)

Топливо для паровых котлов можно разделить на твердое, жидкое и газообразное. Из твердых видов топлива наиболее распространены антрацит и битуминозные угли, но в этот класс следует также включить бурый уголь, торф, древесину, жом и отходы некоторых промышленных процессов, такие как опилки, стружка, дубильная кора и тому подобное. В единичных случаях используют солому, кукурузную и кофейную шелуху.

Класс жидких топлив представлен преимущественно нефтью, хотя ограниченно используются каменноугольная и водогазовая смолы.

Газообразное топливо ограничивается природным газом, доменным газом и коксовым газом, первый из которых является природным продуктом, а два последних — побочными продуктами промышленных процессов. Хотя отходящие газы некоторых процессов можно рассматривать как газообразное топливо, поскольку вопрос о горении не затрагивается, способы их использования отличаются от методов использования горючего газообразного топлива, и этот вопрос будет рассмотрен отдельно.

Поскольку уголь является наиболее широко используемым из всех видов топлива, эта глава будет полностью посвящена образованию, составу и распространению различных сортов — от антрацита до торфа. Другие виды топлива будут обсуждаться в последующих главах, а их сжигание будет рассмотрено в связи с их составом.

Образование угля. Все угли имеют растительное происхождение и представляют собой остатки доисторических лесов. Деструктивная перегонка, вызванная высоким давлением и температурой, разделила органическое вещество на его неизменные конечные составляющие: углерод, водород, кислород и другие вещества в различных пропорциях. Факторы времени, глубины пластов, нарушения пластов и внедрения минеральных веществ в результате таких нарушений привели к изменению степени эволюции от растительного волокна к каменному углю. Это изменение проявляется главным образом в содержании углерода. В Таблице 35 показаны шаги такого изменения.

Состав угля. Несвязанный углерод в угле известен как связанный углерод. Некоторая часть углерода соединяется с водородом, и они вместе с другими газообразными веществами, выделяемыми под действием тепла, образуют ту часть угля, известную как летучие вещества. Неподвижный углерод и летучие вещества составляют горючее. Кислород и азот, содержащиеся в летучих веществах, не являются горючими, но в обычае этот термин применяется к той части угля, которая суха и свободна от золы, включая кислород и азот.

Другими важными веществами, входящими в состав угля, являются влага и огнеупорные земли, образующие золу. Зольность колеблется в разных углях от 3 до 30 процентов, а влажность от 0,75 до 45 процентов от общей массы угля в зависимости от сорта и места его добычи. Большой процент золы нежелателен, поскольку она не только снижает теплотворную способность топлива, но и закупоривает воздушные каналы в топке и через слой топлива, предотвращая тем самым быстрое сгорание, необходимое для высокой эффективности. Если уголь содержит чрезмерное количество серы, проблемы возникнут из-за ее вредного воздействия на металл котла, где присутствует влага, а также из-за того, что он соединяется с золой, образуя легкоплавкий шлак или клинкер, который засоряет колосниковые решетки и образуют твердую массу, в которой может быть заключено большое количество неизрасходованного углерода.

Влага в угле может быть более вредна, чем зола, при снижении температуры печи, так как он негорюч, поглощает тепло как при испарении, так и при перегреве до температуры печных газов. Однако в некоторых случаях определенное количество влаги в битуминозном угле вызывает механическое воздействие, которое способствует горению и позволяет развивать более высокую мощность, чем при использовании сухого угля.

Классификация угля. Таможня классифицирует угли в соответствии с различным содержанием углерода и летучих веществ в горючих материалах. В Таблице 36 приведены приблизительные процентные содержания этих компонентов для основных классов углей с соответствующие значения теплоты на фунт горючего.

Антрацит. Название «антрацит», или каменный уголь, применяется к сухим углям, содержащим от 3 до 7 процентов летучих веществ и которые не разбухают при горении. Настоящий антрацит твердый, компактный, блестящий, иногда переливающийся, характеризуется небольшим количеством трещин и трещин. Его удельный вес варьируется от 1,4 до 1,8. При горении он разгорается медленно и с трудом, его трудно поддерживать, горит коротким, почти бесцветным пламенем, без дыма.

Полуантрацитовый уголь имеет меньшую плотность, твердость и блеск, чем настоящий антрацит, и его можно отличить от него тем, что при новом разломе он пачкает руки. Его удельный вес обычно составляет около 1,4. Он довольно легко загорается и горит легче, чем настоящий антрацит.

Полубитуминозный уголь мягче антрацита, содержит больше летучих углеводородов, легче воспламеняется и быстрее горит. Обычно он легко сгорает, имеет высокую теплотворную способность и подходит для производства пара высшего качества.

Битуминозные угли еще мягче описанных и содержат еще больше летучих углеводородов. Разница между полубитуминозными и битуминозными углями важна с экономической точки зрения. У первых средняя теплота сгорания фунта горючего примерно на 6 процентов выше, чем у вторых, и они горят с гораздо меньшим дымом в обычных печах. Отличительной особенностью битуминозных углей является выделение желтого пламени и дыма при горении. По цвету они варьируются от угольно-черного до темно-коричневого, имеют смолистый блеск у наиболее компактных экземпляров и шелковистый блеск у экземпляров, на которых присутствуют следы растительного волокна. Удельный вес обычно составляет около 1,3.

Битуминозные угли относятся к классу слеживающихся и неспекающихся. Первые при нагревании плавятся и разбухают в размерах; последние горят свободно, не плавятся и широко известны как свободно горящие угли. Коксующиеся угли богаты летучими углеводородами и ценны при производстве газа.

Битуминозные угли поглощают влагу из атмосферы. Поверхностную влагу можно удалить обычной сушкой, а вот часть воды можно удалить только нагреванием угля до температуры около 250 градусов по Фаренгейту.

Каннельский уголь представляет собой разновидность битуминозного угля, богатого водородом и углеводородами и чрезвычайно ценного в качестве газового угля. Он имеет тусклый смолистый блеск и горит ярким пламенем, не плавясь. Каннельский уголь редко используется для производства энергетического угля, хотя иногда его смешивают с полубитуминозным углем, когда желательна повышенная экономичность при высоких скоростях сгорания. Состав каменного угля примерно следующий: связанный углерод — от 26 до 55 процентов; летучие вещества — от 42 до 64 процентов; земляное вещество – от 2 до 14 процентов. Его удельный вес составляет примерно 1,24.

Лигнит представляет собой органическое вещество на ранних стадиях его превращения в уголь и включает все разновидности, занимающие промежуточное положение между торфом и углем более древней формации. Его удельный вес невелик и составляет от 1,2 до 1,23, а в свежем виде он может содержать до 50 процентов влаги. Его внешний вид варьируется от светло-коричневого с отчетливо древесной структурой у более бедных сортов до черного, с смолистым блеском, напоминающим каменный уголь, у лучших сортов. Он не слеживается и горит ярким, но слегка дымным пламенем при умеренном нагреве. Он легко ломается, не выдерживает больших нагрузок при транспортировке и под воздействием погодных условий быстро распадается, что затрудняет его сжигание.

Его состав варьируется в широких пределах. Зола может составлять от одного процента до 50 процентов. Высокое содержание влаги и большое количество воздуха, необходимого для его сгорания, вызывают большие потери в дымовых трубах. Это явно низкосортное топливо и из-за своей дешевизны почти полностью используется в тех районах, где его добывают.

Торф представляет собой органическое вещество на первых стадиях превращения в уголь и встречается в болотах и ​​подобных местах. Влажность его при разрезании чрезвычайно высока и составляет в среднем 75–80 процентов. Он непригоден в качестве топлива до тех пор, пока не высохнет, и даже тогда он будет содержать до 30 процентов влаги. Зольность его в сухом виде колеблется от 3 до 12 процентов. В нашей стране, хотя и обнаружены крупные залежи торфа, до сих пор не признано целесообразным использовать его для целей производства пара, конкурируя с углем. Однако в некоторых европейских странах торфяная промышленность распространена.

Распространение. Антрацитовые угли, за некоторыми незначительными исключениями, сосредоточены на пяти небольших месторождениях в Восточной Пенсильвании, как показано в следующем списке. Эти поля даны в порядке их жесткости.

| Лихай или Восточное Миддл Филд | Вайоминг или Северное поле | |----|----| | Зеленый горный район | Продолжение | | Район Блэк-Крик | Питтстонский район | | Хейзелтонский район | Уилксбаррский район | | Район Бивер-Медоу | Плимутский округ | | Район Пантер-Крик[33] | Шуйлкилл или Южное поле | | Маханой или Западное поле[34] | Восточный округ Шуйлкилл | | Восточный район Маханой | Западный район Шуйлкилл | | Западный округ Маханой | Луберский район | | Вайоминг или Северное поле | Долина Ликенс или Юго-западное поле | | Карбондейл Район | Район Ликенс-Вэлли | | Скрэнтонский район | Шамокинский район[35] |

Антрацит также встречается в округах Пуласки и Уайт, штат Вирджиния; вдоль границы горы Литл-Уокер и в округе Ганнисон, штат Колорадо. Однако площади в Вирджинии ограничены, тогда как в Колорадо качество сильно различается в соседних пластах и ​​даже в одном пласте. Залежь антрацита в Нью-Мексико была описана в 1870 году доктором Р.В. Рэймондом, бывшим комиссаром горнодобывающей промышленности США.

Полуантрацитовые угли встречаются на нескольких небольших участках в западной части антрацитового месторождения. Самый большой из этих пластов — Бернис в округе Салливан, штат Пенсильвания. Г-н Уильям Кент в своей книге «Экономика паровых котлов» описывает это следующим образом: «Полуантрацитовый угольный бассейн Бернис расположен между Бич-Крик на севере и Лойалсок-Крик на юге. Его длина составляет шесть миль с востока и запада, а в поперечнике едва ли треть мили. Угольная жила длиной 8 футов лежит в пласте из угля и сланца толщиной 12 футов. Уголь этого пласта представляет собой разделительную линию между антрацитом и полуантрацитом и похож на уголь округа Ликенс-Вэлли. Анализы шахт дают следующий диапазон: влажность от 0,65 до 1,97; летучие вещества — от 3,56 до 9,40; фиксированный углерод — от 82,52 до 89,39; зола – от 3,27 до 9,34; сера — от 0,24 до 1,04».

Полубитуминозные угли встречаются на восточной окраине великого Аппалачского месторождения. Начиная с округов Тайога и Брэдфорд на севере Пенсильвании, русло проходит на юго-запад через округа Лайкоминг, Клирфилд, Центр, Хантингдон, Камбрию, Сомерсет и Фултон, штат Пенсильвания; Округ Аллегейни, штат Мэриленд; Бьюкеннан, Дикинсон, Ли, Рассел, Скотт, Тейзвелл и округа Уайз, Вирджиния; Округа Мерсер, Макдауэлл, Фейет, Роли и Минерал, Западная Вирджиния; и заканчивается на северо-востоке Теннесси, где добывается небольшое количество полубитуминозных материалов.

Самое крупное из битуминозных месторождений — Аппалачи. Начинаясь недалеко от северной границы Пенсильвании, в западной части штата, он простирается на юго-запад через Западную Вирджинию, касаясь Мэриленда и Вирджинии на их западных границах, проходя через юго-восточный Огайо, восточный Кентукки и центральный Теннесси и заканчиваясь в западной Алабаме, 900 г. миль от его северной оконечности.

Следующий регион добычи битуминозного угля на западе - это Северное месторождение на севере центрального Мичигана. Еще дальше на запад и второе по значимости после Аппалачского поля находится Восточное внутреннее поле. Это охватывает, за исключением верхней северной части, почти весь штат Иллинойс, юго-запад Индианы и западную часть Кентукки.

Западное поле простирается через центральную и южную Айову, западный Миссури, юго-западный Канзас, восточную Оклахому и западно-центральную часть Арканзаса. Юго-западное месторождение полностью приурочено к северо-центральной части Техаса, в этом штате также есть два небольших изолированных месторождения вдоль реки Рио-Гранде.

Остальные битуминозные месторождения разбросаны по так называемому региону Скалистых гор, простирающемуся от Монтаны до Нового Орлеана. Ниже приведен неполный список этих полей и их расположение:

| Джудит Бэйсин | Центральная Монтана | |----|----| | Бычье горное поле | Центральная Монтана | | Йеллоустонский регион | Юго-Западная Монтана | | Регион бассейна Биг-Хорн | Южная Монтана | | Регион бассейна Биг-Хорн | Северный Вайоминг | | Регион Блэк-Хилс | Северо-восточный Вайоминг | | Ханна Филд | Южный Вайоминг | | Регион Грин-Ривер | Юго-западный Вайоминг | | Ямпа Филд | Северо-Западный Колорадо | | Норт Парк Филд | Северный Колорадо | | Денверский регион | Северо-Центральный Колорадо | | Уинтинский регион | Западный Колорадо | | Уинтинский регион | Восточная Юта | | Юго-Западный регион | Юго-Западная Юта | | Горный регион Ратон | Южный Колорадо | | Горный регион Ратон | Северный Нью-Мексико | | Регион реки Сан-Хуан | Северо-Западный Нью-Мексико | | Капитан Филд | Южный Нью-Мексико |

Вдоль Тихоокеанского побережья разбросано несколько небольших месторождений в западной Калифорнии, юго-западном Орегоне, западном и северо-западном Вашингтоне.

Большинство углей на вышеуказанных месторождениях находятся на границе между битуминозными и бурыми углями. На самом деле это низкосортный битуминозный уголь, известный как полубитуминозный или черный лигнит.

Лигниты. Они напоминают бурые угли Европы и встречаются в западных штатах: Вайоминге, Нью-Мексико, Аризоне, Юте, Монтане, Северной Дакоте, Неваде, Калифорнии, Орегоне и Вашингтоне. Многие из месторождений, обозначенных как содержащие битуминозный уголь в западных штатах, также содержат настоящий бурый уголь. Лигнит также встречается в восточной части Техаса и в Оклахоме.

Уголь Аляски. Уголь был найден на Аляске и, несомненно, имеет большую ценность, хотя размеры и характер месторождений, вероятно, были преувеличены. Известно, что существуют большие количества бурого угля, а качество угля варьируется от бурого до антрацита. Однако в настоящее время известны только два месторождения высококачественных углей: месторождение реки Беринг, недалеко от залива Контроллерс, и месторождение Матануска, в верховьях залива Кукса. Известно, что оба этих месторождения содержат как антрацит, так и высококачественные битуминозные угли, хотя пока нельзя сказать, что они открыты.

Выветривание угля. Хранение угля в последние несколько лет стало в некоторой степени необходимостью из-за рыночных условий, опасности затруднений с рабочей силой на шахтах и ​​железных дорогах, а также скученности транспортных средств. Первая причина, вероятно, является наиболее важной, и это особенно справедливо в отношении антрацитового угля, где используется скользящая шкала цен в зависимости от сезона года. Хотя рыночные условия служат одной из основных причин хранения угля, большинство электростанций и промышленных предприятий чувствуют себя обязанными защищать свои запасы угля от опасности забастовок, нехватки автомобилей и т.п., и это является обычным явлением для крупных электростанций, железных дорог и сами угольные компании для хранения битуминозного угля. Угольные станции ВМФ также являются примером того, что делается в этом направлении.

Антрацит является наиболее близким к идеальному углю для хранения. Он не подвержен самовозгоранию и по этой причине не ограничен в количестве, которое можно хранить в одной куче. Однако с битуминозными углями дело обстоит иначе. Большинство битуминозных углей воспламеняются, если их сложить в достаточно большие кучи, и все они в той или иной степени страдают от распада. Производители угля хранят только те угли, которые менее всего склонны к воспламенению и которые можно перегружать для отправки.

Изменения, происходящие в хранящемся угле, бывают двух видов: 1-й, окисление неорганических веществ, таких как пирит; и, во-вторых, прямое окисление органических веществ настоящего угля.

Первое изменение приведет к увеличению объема угля, а иногда и к увеличению его веса и заметному разложению. Изменения, вызванные прямым окислением угольных веществ, обычно не могут быть обнаружены глазом, но, поскольку они включают окисление углерода и доступного водорода, а также поглощение кислорода ненасыщенными углеводородами, они являются основной причиной потерь от выветривания в тепловая ценность. Многочисленные эксперименты привели к выводу, что это также является причиной самовозгорания.

Эксперименты, показывающие потерю теплоты сгорания из-за выветривания, показывают, что такие потери могут достигать 10 процентов, когда уголь хранится на воздухе, и 8,75 процента, когда он хранится под водой. Казалось бы, чем выше содержание летучих веществ в угле, тем больше будет потеря теплотворной способности и тем больше вероятность самовозгорания.

Некоторые эксперименты, проведенные господами С.В. Парром и У.Ф. Уиллером и опубликованные в 1909 году Экспериментальной станцией Университета Иллинойса, показывают, что природные угли, обнаруженные в Иллинойсе и соседних штатах, не подвергаются серьезному воздействию во время хранения с точки зрения веса и нагрева. стоимости, причем последняя потеря составляет в среднем около 3½ процента за первый год хранения. Они обнаружили, что потери из-за распада и самовозгорания имеют большее значение. Их выводы согласуются с выводами, сделанными на основе других экспериментов, а именно, что хранение угля большего размера, чем тот, который будет использоваться, в определенной степени преодолевает возражение против распада, и что более крупные размеры, помимо того, что являются выгодными. в отношении распада менее склонны к самовозгоранию. Хранение под водой, конечно, полностью предотвратит любые потери при пожаре и в значительной степени остановит распад и снизит тепловые потери до минимума.

Чтобы свести к минимуму опасность самовозгорания при хранении угля, штабели следует тщательно проветривать.

Пылевидное топливо. Значительная экспериментальная работа была проведена с пылевидным углем, используя либо угольную пыль, либо пылевидный уголь, который слишком мелок для сжигания другими способами. Если его удовлетворительно подавать в печь, он, по-видимому, будет иметь несколько преимуществ. Сгоревшая во взвешенном состоянии пыль будет расходоваться более полно, чем в случае с твердыми углями, образование дыма будет сведено к минимуму, а процесс позволит регулировать подачу воздуха до уровня, очень близкого к теоретически необходимому. Это связано с тем, что при горении происходит тесная смесь воздуха и топлива. Основные возражения заключались в невозможности равномерной подачи пылевидного топлива в печь, в трудности получения топлива до одинаковой степени крупности, в опасности взрыва в печи из-за неправильного смешивания с воздухом, а также в снижении производительности и мощности. эффективность, обусловленная сложностью поддержания чистоты поверхностей трубок.

Прессованное топливо. К этому классу относятся топлива, состоящие из пыли какого-либо подходящего горючего материала, спрессованного и сцементированного веществом, обладающим связующими и в большинстве случаев воспламеняющимися свойствами. Такое топливо, известное как брикеты, широко используется в зарубежных странах и состоит из углерода или мягкого угля, слишком мелкого для сжигания обычным способом, смешанного обычно с пеком или каменноугольной смолой. В нашей стране было проведено много экспериментов по брикетированию топлива, правительство проявило активный интерес к этому вопросу, но пока этот класс топлива не получил широкого распространения, поскольку стоимость и сложность производства и обращения сделали невозможным его производство. разместить его на рынке по цене, позволяющей успешно конкурировать с углем.

Кокс — пористый продукт, почти полностью состоящий из углерода, оставшегося после определенных производственных процессов отгонки углеводородных газов из используемого топлива. Его производят, во-первых, из газового угля, перегоняемого в газовых ретортах; во-вторых, из газовых или обычных каменных углей, сжигаемых в специальных печах, называемых коксовыми печами; и, в-третьих, из нефти путем нагревания остатков перегонки до красного каления.

Кокс – бездымное топливо. Он легко впитывает влагу из атмосферы, и, если его не хранить под навесом, его влажность может достигать 20 процентов от его собственного веса.

Газовый кокс, как правило, мягче и пористее, чем печной, легче воспламеняется и для его горения требуется меньшая тяга.

О книжной серии HackerNoon: мы предлагаем вам наиболее важные технические, научные и познавательные книги, являющиеся общественным достоянием.

Эта книга является общественным достоянием. Бэбкок и amp; Компания Уилкокс (2007). Steam, его создание и использование. Урбана, Иллинойс: Проект Гутенберг. Получено https://www.gutenberg.org/cache/epub/22657/pg22657-images.html.

Эта электронная книга предназначена для использования кем угодно и где угодно, бесплатно и практически без каких-либо ограничений. Вы можете скопировать ее, отдать или повторно использовать в соответствии с условиями лицензии Project Gutenberg, включенной в данную электронную книгу или на сайте www.gutenberg.org< /a>, расположенный по адресу https://www.gutenberg.org/policy/license.html.. эм>