1.3. Влага твердого топлива

Вода в твердом топливе находится в виде капель, пленок, капиллярной влаги и молекул, адсорбированных на поверхности. Влага также может входить в состав минеральных соединений. В зависимости от конкретных форм связи с топливом различают нижеследующие виды влаги:

1. Гидратная влага – вода, входящая в состав кристаллогидратов, которые присутствуют среди минеральных примесей топлива и представлены в виде силикатов (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O, Fe₂O₃·2SiO₂·2H₂O) и сульфатов (CaSO₄·2H₂O, MgSO₄·2H₂O). Удаление гидратной влаги происходит только при достаточно высоких температурах. Доля гидратной влаги возрастает с увеличением зольности топлива и обычно составляет лишь несколько процентов от общего содержания воды в топливе.

2. Сорбционная влага включает в себя адсорбционную влагу (за счет адсорбции на поверхности раздела газовой и твердой фаз) и коллоидную, входящую в структуру органического топлива. Характерной особенностью сорбционной влаги является зависимость равновесного содержания сорбционной влаги от внешних условий – температуры и влажности воздуха.

3. Капиллярная влага – влага, которая заполняет поры. Поры с диаметром более 10^-5 мм заполняются при прямом контакте с водой, в порах с меньшим размером возможна конденсация влаги из воздуха.

4. Поверхностная влага – влага, располагающаяся снаружи частиц топлива. Длительность существования поверхностной влаги зависит от начальной влажности топлива и от температуры и влажности воздуха.

Отсутствие четких границ между отдельными видами влаги затрудняет их определение. Для удобства определения влаги в угле в соответствии с принятыми на практике методами анализа общую влагу угля подразделяют на внешнюю и влагу воздушно-сухого топлива.

С точки зрения представления о видах влаги такое деление можно определить следующим образом. При высушивании угля на воздухе удаляется свободная влага с внешней поверхности частиц и капиллярная влага из открытых трещин и пор. В воздушно-сухом угле остается адсорбционная и гидратная влага. Влага общая, кроме гидратной, удаляется при высушивании угля при t = 105 С.

Определение общей влаги проводят двухступенчатым методом по ГОСТ 27314-87. Общую влагу W_об рассчитывают как сумму внешней влаги W_вн и влаги воздушно-сухого топлива W_h.

Первую ступень – определение внешней влаги – проводят сушкой навески угля до постоянной массы при комнатной температуре или в сушильных шкафах при t = 40 С для бурых и при t = 50 С для каменных углей и горючих сланцев.

Вторая ступень – определение влаги воздушно-сухого топлива – проводится из пробы, доведенной до воздушно-сухого состояния при определении внешней влаги и затем измельченной до размеров лабораторной пробы (крупность частиц менее 3 мм). Влагу воздушно-сухого топлива определяют высушиванием при 105-110 С в течение 3-4 часов либо ускоренным методом высушивания при температуре (160±5)С (время сушки 5-10 минут).

При расчете внешней влаги W_вн убыль массы относят к навеске исходного влажного топлива, а при расчете W_h – к навеске воздушно-сухого. Для того чтобы иметь возможность сложить эти величины, необходимо отнести их к одинаковому состоянию топлива – исходному влажному топливу. Если принять массу исходного влажного топлива за 100 %, а массу воздушно-сухого топлива за (100–W_вн), то для пересчета содержания влаги воздушно-сухого топлива содержание влаги в исходном уголе надо умножить W_h на коэффициент . Отсюда найдем содержание общей влаги, %, по формуле

. (1.15)

Наличие в топливе влаги неблагоприятно отражается на его основных технологических характеристиках: снижает теплоту сгорания, увеличивает объем продуктов сгорания, что приводит к снижению КПД топочных устройств.

Изменение теплоты сгорания твердого топлива при изменении его влажности от до может быть рассчитано по выражению, кДж/кг,

. (1.16)

Увеличение влажности топлива ведет к снижению подвижности его частиц вплоть до полной потери сыпучести. Влага, соответствующая такому состоянию, при котором топливо лишается сыпучести, называется влагой сыпучести. Для большинства топлив влага сыпучести всего на несколько процентов превышает рабочую.

Наибольшее содержание влаги в топливе, при котором еще не происходит его смерзание при отрицательных температурах, характеризуется влагой смерзания, которая обычно меньше рабочей. Влага смерзания уменьшается при снижении выхода летучих и зольности. На практике нашли применение следующие способы борьбы со смерзанием: обезвоживание (путем отстаивания, нагревания и центрифугирования), вымораживание с перелопачиванием, добавка несмерзающихся материалов, обмасливание нефтепродуктами, разгрузка с применением устройств для дробления, обогрев бункеров, разогрев в вагонах.