17.3. Элементный состав и теплота сгорания ТГИ

Установление взаимосвязи теплоты сгорания топлива с его элементным составом послужило основанием для разработки большого числа эмпирических формул для вычисления теплоты сгорания по данным элементного анализа различных видов топлива без экспериментального её определения.

В настоящее время широко используется формула, предложенная Д.И. Менделеевым для расчёта высшей теплоты сгорания:

Q_s^af = 81C + 300H – 26(O – S), кКал/кг, (17.14)

где С, Н, О, S – массовая доля элементов в веществе ТГИ, %.

Эта формула даёт приблизительную оценку Q_s^af , причем наиболее точна она для малозольных топлив.

С её помощью можно оценить вклад отдельных элементов в величину теплоты сгорания топлива. Так при полном сгорании 1 кг углерода выделяется 34 МДж теплоты, а 1 кг водорода – 143 МДж теплоты. Следовательно, чем больше в топливе водорода и чем меньше углерода, при одинаковом количестве кислорода, тем выше его теплота сгорания.

Экспериментально установлено, что с повышением степени углефикации донецких каменных углей и антрацитов теплота их сгорания изменяется по кривой с максимумом для углей марок К и ОС. Объясняется это тем, что в углях марки Т и антрацитах больше углерода, но меньше водорода, чем в углях марок К и ОС. В углях марок Д и Г хотя и содержится несколько больше водорода, но высокое содержание в них кислорода определяет их более низкую по сравнению с углями марок Ж, К и ОС теплоту сгорания.

Основной причиной низкой теплоты сгорания бурых углей (31-34 МДж/кг) и торфа (21-30 МДж/кг) по сравнению с каменными углями (32-37 МДж/кг) является значительно большее содержание в них кислорода.

Сапропелиты и липтобиолиты имеют более высокую теплоту сгорания, чем гумиты. Например, балхашит – 38 МДж/кг, пирописсит – 40 МДж/кг, богхеды – 41,5 МДж/кг. Это объясняется более высоким содержанием в них водорода.

Различное количественное соотношение углерода, водорода и кислорода объясняет различия в теплоте сгорания микрокомпонентов углей. Для углей одной стадии углеобразования наибольшей теплотой сгорания обладает липтинит, наименьшей – инертинит, а витринит занимает промежуточное значение.