> Техника, страница 1 > Топливо и его использование
Топливо и его использование
Топливом мы называем такие вещества, которые способны гореть на воздухе, причем образуется в достаточно короткий срок необходимое нам тепло. Вместе с тем эти вещества должны быть достаточно дешевы,
Всякое топливо при сгорании дает нам тепловую энергию, которую мы различными путями можем преобразовать в любой другой вид энергии: световую, электрическую, энергию движения и другие.
Главным источником топлива и энергии на земле является солнце. Количество тепла, которое приносят на землю солнечные лучи, огромно. За счет этой солнечной теплоты совершаются все жизненные процессы в природе.
Помимо тепловой энергии солнце дает и световую, которая также играет очень важную роль в жизни природы. Есть много процессов в природе, которые совершаются только на свету и совершенно или почти совершенно замирают в темноте. Например, хлорофилл, вещество, окрашивающее листья растений в зеленый цвет и играющее огромную роль в процессах питания растений, может выполнять свою роль только на свету; если растение держать в темном месте, то разложение растением с помощью хлорофилла углекислоты воздуха — а стало быть, и питание растения из воздуха—прекращается.
Теплота, посылаемая солнцем на землю, нами непосредственно не используется. Делались попытки постройки паровых котлов, нагреваемых лучами солнца, но все эти попытки остались в стадии больших опытов и промышленного значения пока не приобрели. В промышленности и в обыденной жизни мы используем ту же солнечную энергию в другом виде, сжигая различные сорта топлива.
Все леса, торфяные болота, залежи минерального топлива (каменные угли, нефть, сланцы и тому подобное) — все это продукты солнечной энергии.
Все виды топлива, употребляемого человеком в промышленности и обыденной жизни, можно подразделить прежде всего на естественные и искусственные.
Кроме того каждый из них, в зависимости от физического состояния, делится на: твердые, жидкие, газообразные.
Следующая таблица дает представление о подразделении существующих видов топлива:
| Естественные | Искусственные |
| Тведые | |
| Дерево, остатки злаковых и масличных растений, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит и сланцы | Древесный уголь, торфяной кокс, каменноугольный кокс, каолит, брикеты, кизяк |
| Жидкие | |
| Нефть, горная смола | Бензин, керосин, мазут, спирт, древесный деготь, торфяная смола, каменноугольный деготь, коллоидальное топливо |
| Газообразные | |
| Природные горючие газы | Каменноугольный газ, древесный газ, торфяной газ, водяной газ, блаугаз, карбуриро-ванный газ, генераторный газ, ацетилен |
Из таблицы ясно видно, что разнообразие искусственных видов топлива гораздо больше, чем естественных. Это объясняется тем, что в промышленности часто, в зависимости от условий производства, требуется топливо с вполне определенными свойствами, которые и создаются искусственной обработкой или изменением природных видов топлива.
Теперь перейдем к описанию характеристики топлива вообще.
Состав топлива
Все без исключения виды топлива содержат влагу и горючую массу, а большинство—остаток, получающийся после сожжения, то есть золу. В зависимости от соотношения указанных составных частей, каждый сорт топлива может быть хорошим или плохим.
Влага (вода)
Содержание влаги в разных видах топлива неодинаково; оно зависит от характера топлива и его способности поглощать влагу. В топливе различают два вида влажности: внешнюю, или механическую, влагу и гигроскопическую влагу. Под внешней влагой подразумевают такую, которая легко удаляется из топлива при лежании его на воздухе. Полено из свежесрубленного дерева в свежем состоянии может содержать около 50% воды. При лежании в сухом помещении оно, подсыхая и постепенно уменьшаясь в весе, дойдет до такого состояния, когда уменьшения в весе уже происходить не будет, то есть оно высохнет до постоянного веса. Значит ли это, что дерево стало сухим? Нет, оно еще несовершенно сухое; если это дерево положить на горячую печь и держать его в течение одного или двух дней, а затем взвесить, то окажется, что оно снова потеряло в весе, то есть отдало часть своей воды.
При лежании в комнате оно орять увеличится в весе и дойдет до прежнего постоянного веса. Увеличение в весе произойдет за счет поглощения влаги из воздуха.
Первая влага, которая испарилась при лежании дерева на воздухе в сухом помещении, называется внешней, или механической, а, вторая, испаряющаяся из дерева при повышенной температуре и снова им вбираемая при понижении температуры, носит название гигроскопической.
Топливо, выдержанное на воздухе до постоянного веса, называется воздушно-сухим, следовательно воздушно-сухое топливо может содержать только гигроскопическую влагу.
Внешняя или механическая влажность для различных сортов топлива колеблется в очень широких пределах и зависит от многих обстоятельств. Угольный пласт может быть сухим или мокрым, и соответственно этому, и уголь, поступающий из шахты, будет либо содержать много механической влаги, либо не будет иметь ее совсем. Содержание влаги может также изменяться от состояния погоды, если склады топлива находятся под открытым небом: после дождя топливо может содержать ббльшее количество внешней влаги, чем раньше.
Гигроскопическая влага может быть удалена из топлива только при нагревании его до температуры около 105° Ц. Содержание Гигроскопической влаги для разных сортов топлива различно, но для одного и того же сорта содержание ее более или менее постоянно. Воздушно-сухие дрова содержат обыкновенно от 12 до 15% влаги; в каменных углях содержание ее колеблется от 1 до 12%, бурые угли содержат часто больше; для нефтяных продуктов (бензин, керосин и другие) содержание влаги колеблется в пределах от 0,1 до 1%
Горючая масса
Горючая часть всякого топлива обязательно содержит углерод и водород, а большинство еще кислород, азот и серу. Из этих составных частей только углерод, водород и сера являются теплопроизво-дителями. Сера, хотя и дает при сгорании тепло, но во многих случаях служит препятствием к использованию топлива. При сгорании серы образуется сернистый газ, который действует на холодные стенки котлов и разъедает их; поэтому при выборе топлива для котлов стараются брать топливо, не содержащее серы.
Следовательно, ценными элементами в топливе будут углерод и водород; чем больше содержится их в горючей части, тем ценнее топливо, тем больше тепла будет выделяться при сгорании, скажем, одного килограмма
Зола
Эта совершенно бесполезная часть топлива оказывает огромное влияние на его свойства. Чем больше золы дает топливо, тем оно хуже. Помимо того что зола понижает тепло-производительность топлива, она часто при сжигании топлива, как говорят, шлакуется, то есть плавится и заливает колосники 1) затрудняя, а иногда и совершенно прекращая доступ воздуха к топливу через решетку и, таким образом, останавливая горение. Золы в топливах различают легкоплавкие и тугоплавкие. Легкоплавкими называются такие золы, которые в топке превращаются в жидкое или полужидкое состояние; отдельные кусочки золы при этом сплавляются в одну массу, похожую на стекло. Тугоплавкие золы или не сплавляются совсем, или только размягчаются, причем отдельные куски не сплавляются в одну массу. Если топка идет на топливе с легкоплавкой золой, то, поднимая кочергой слой угля, можно видеть стекающие вниз капли стекловидной массы; это и есть расплавленная зола. Кто работал с топливом, содержащим легкоплавкую золу, тот знает, как трудно при этих условиях поддерживать правильную работу топки.
1) Металлические, обыкновенно чугунные решетки, составленные нз отдельных звеньев; на этих решетках сжигают в топках топливо.
Свойства топлива
Пригодность топлива для различных целей может быть охарактеризована не только его составом, но и следующими свойствами: воспламеняемостью (трудная и легкая), теплопроизводительностью и жаропроизводительностью.
Воспламеняемость
Газообразное и жидкое топлива воспламеняются очень легко, и поэтому эта характеристика для жидкого топлива делается только в специальных случаях. Для твердых видов топлива воспламеняемость ииеет очень большое значение. Твердые виды топлива бывают как легко воспламеняющиеся (они горят более или менее длинным пламенем), так и трудно воспламеняющиеся (горящие очень коротким пламенем или совсем без пламени).
К легко воспламеняющимся относятся: дерево, торф, бурый уголь, курной уголь, брикеты, каолит, а к трудно воспламеняющимся—антрацит и кокс.
Воспламеняемость определяется содержанием летучих веществ. Летучими веществами топлива называют ту часть его, которая удаляется при накаливании его без доступа воздуха; чем больше летучих веществ в топливе, тем легче оно воспламеняется. Грубо можно определить воспламеняемость следующим образом. Положить измельченное топливо в металлическую чашку и поставить ее на огонь; легко воспламеняющееся топливо скоро начнет выделять серые или бурые пары, тут же загорающиеся от пламени спички и горящие сильно светящимся пламенем с ббльшим или меньшим выделением копоти, в зависимости от состава горючей массы. Если такому нагреванию подвергнуть антрацит, то он выделит очень мало летучих веществ, которые или не воспламенятся совсем, или дадут короткую вспышку и погаснут.
Теплопроизводительность
Всякое топливо при сгорании выделяет большее или меньшее количество тепла. Для того чтобы можно было сравнивать количество выделяемого тепла, условились относить его к определенному весу, а именно к одному грамму или килограмму топлива. За единицу измерения тепла приняли калорию. Калорией называется количество тепла, требующееся для нагревания одного грамма или одного килограмма воды на 1° Ц. В первом случае (1 г) мы говорим о малой калории, а во втором (1 килограмм) — о большой калории; следовательно, одна большая калория равна тысяче малых.
Жаропроизводительность
Жаропроизводительностью топлива называется наивысшая температура, которую может развить топливо при своем сгорании. В промышленности иногда требуется получить высокую температуру, тогда жаропроизводительность топлива играет большую роль.
Жаропроизводительность зависит от многих причин, кроме состава топлива; на нее влияют конструкция топки, скорость сжигания топлива, количество воздуха, подаваемое в топку, и прочие. Наивысшая температура достигается тогда, когда в топку подается возможно меньше воздуха и топливо сгорает быстро и полностью.
На этом мы оканчиваем обзор общей характеристики свойств топлива и перейдем к рассмотрению отдельных его представителей.