Температура горения угля в котле и печи: свойства разных видов топлива

Химический процесс

После попадания в камеру происходит постепенное тление дров. Данный процесс происходит благодаря наличию в топке достаточного количества газообразного кислорода, поддерживающего горение. По мере тления наблюдается выделение достаточного количества тепла, превращение избыточной жидкости в пар.
Дым, выделяющийся в процессе реакции, идет в отсек вторичной переработки, там он полностью сгорает, происходит выделение тепла. Углевыжигательная печь выполняет несколько важных функциональных задач. С ее помощью образуется древесный уголь, а в помещении поддерживается комфортная температура.

Но процесс получения подобного топлива является достаточно деликатным, и при малейшем промедлении возможно полное сгорание дров. Необходимо в определенное время извлекать из печи обуглившиеся заготовки.

Виды и сорта угля

Уголь классифицируется по многим параметрам (география добычи, химический состав), но с «бытовой» точки зрения, покупая уголь для использования в печах, достаточно разобраться в маркировке и возможности использования в Термороботе.

По степени углефикации выделяют три вида угля: бурый

,
каменный
и
антрацит.
Используют следующую систему обозначений угля:
Сорт
= (
марка)
+ (
класс крупности).
Кроме основных марок, приведенных в таблице, выделяют также промежуточные марки каменного угля: ДГ (длиннопламенно-газовые), ГЖ (газовые жирные), КЖ (коксовые жирные), ПА (полуантрациты), бурые угли также делятся по группам. Коксующиеся марки угля (Г, кокс, Ж, К, ОС) в теплоэнергетике практически не используются, так как они являются дефицитным сырьем для коксохимической промышленности. По классу крупности (размеру кусков, фракции) сортовой каменный уголь подразделяется на:

Кроме сортового угля в продаже присутствуют совмещенные фракции и отсевы (ПК, КО, ОМ, МС, СШ, МСШ, ОМСШ). Размер угля определяют исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанных в названии марки угля. Например, фракция ОМ (М — 13–25, О — 25-50) составляет 13–50 мм.

Кроме указанных сортов угля в продаже можно встретить угольные брикеты, которые прессуют из низкообогащенного угольного шлама.

Как горит уголь

Уголь состоит из двух горючих компонентов: летучие вещества

и
твердый (коксовый) остаток
.

На первом этапе горения выделяются летучие вещества; при избытке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя, но малое количество тепла.

После этого выгорает коксовый остаток; интенсивность его горения и температура воспламенения зависит от степени углефикации, то есть, от вида угля (бурый, каменный, антрацит). Чем выше степень углефикации (самая высокая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.

Уголь марок Д, Г

Из-за высокого содержания летучих веществ такой уголь быстро разгорается и быстро сгорает. Уголь этих марок доступен и пригоден практически для всех видов котлов, однако для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы выделяющиеся летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом воздуха. Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами; неполное сгорание летучих веществ дает багровое пламя и чёрный дым. Для эффективного сжигания такого угля процесс должен постоянно контролироваться, такой режим работы реализован в автоматической котельной Терморобот.

Уголь марок А

Разжечь его труднее, зато он горит долго и выделяет намного больше тепла. Уголь можно загружать большими партиями, так как в них горит преимущественно коксовый остаток, нет массового выделения летучих веществ. Очень важен режим поддува, так как при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно его прекращение, либо, напротив, чрезмерное повышение температуры, приводящее к уносу тепла и прогоранию котла.

Всем известно, что в нашей жизни огромную роль играет использование топлива. Топливо применяют практически в любой отрасли современной промышленности. Особенно часто применяется топливо, полученное из нефти: бензин, керосин, соляр и другие. Также применяют горючие газы (метан и другие).

Углерод

Углерод

Углерод — неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических веществ в природе.

Общая характеристика элементов IVa группы

От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец — металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 2 :

• C — 2s 2 2p 2
• Si — 3s 2 3p 2
• Ge — 4s 2 4p 2
• Sn — 5s 2 5p 2
• Pb — 6s 2 6p 2

Природные соединения

В природе углерод встречается в виде следующих соединений:

• Аллотропных модификаций — графит, алмаз, фуллерен
• MgCO3 — магнезит
• CaCO3 — кальцит (мел, мрамор)
• CaCO3*MgCO3 — доломит

Получение

Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз — нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.

Химические свойства

При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.

2С + O2 → (t) 2CO (угарный газ — продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)

С + O2 → (t) CO2 (углекислый газ — продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)

Реакции с металлами

При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.

Ca + C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)

Al + C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)

Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:

Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:

SiO2 + C → (t) Si + CO

Может восстановить и собственный оксид:

Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:

Реакции с кислотами

В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:

Оксид углерода II — СO

Оксид углерода II — продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.

Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.

В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).

В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:

Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.

FeO + CO → Fe + CO2

Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.

Оксид углерода IV — CO2

Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ, без запаха.

В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.

В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.

Углекислый газ образуется при горении органических веществ:

Реакция с водой

В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.

Реакции с основными оксидами и основаниями

В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние — карбонаты (при избытке основания), кислые — гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (соотношение основание — кислотный оксид 2:1)

KOH + CO2 → KHCO3 (соотношение основание — кислотный оксид 1:1)

При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.

Zn + CO2 → (t) ZnO + CO

Пиролизная печь: температура горения древесного угля

Древесный уголь – это вовсе не ископаемое. Данное топливо производится человеком в специальных пиролизных печах. Процесс его получения достаточно прост и заключается он в переработке древесины путем пиролиза. Проще говоря, нужно из дерева удалить всю влагу.

В процессе всего тления образуется много тепла, а влага испаряется и улетучивается. Дым, который вырабатывается, вторично перерабатывается в специальном отсеке и там сгорает полностью, образуя тепло.

Этапы получения древесного угля:

• Ответственный этап – сушка;
• Самый важный – пиролиз;
• Затем – прокалка;
• И в завершении – остывание.

Пиролизная печь, работающая на древесном угле, способна отопить как маленькие, так и большие дома

Древесный уголь начинает воспламеняться при температуре 100 – 200 градусов, а разгорается до 800 – 900. При его горении выделяется достаточное количества тепла, способное обогреть помещение.

Технология производства

В промышленных масштабах продукт изготавливается из отходов деревообрабатывающих предприятий. Поэтому установки-печи располагаются в непосредственной близости к ним. Основная суть технологии сводится к максимальной предварительной очистке сырья от разного рода органических и неорганических компонентов, а затем последующей термообработке в специальных условиях – так, чтобы на выходе получился практически чистый углерод.

Производственный цикл состоит из следующих основных 4-х этапов:

• Предварительная сушка сырья. Процедура протекает при 1500С, пока материал не потеряет большую часть влаги, вредной для проведения последующих стадий.
• Пиролиз. В замкнутой камере с недостатком кислорода высушенная древесина томится при уровне нагрева около 200-3000С. В результате целлюлоза разлагается на углерод и газы.
• Прокалка. Ввиду сохраняющихся в структуре твердоплавких смол, сырье подвергается термообработке до 6000С – что переводит все лишние компоненты в газообразное состояние и позволяет отделить их от основного материала.

Источник stroitelcentr.ru

• Восстановление. Процедура проводится при охлаждении сырья до температуры окружающего воздуха.

Обратите внимание! На производстве древесный уголь делают в специальной установке, оснащенной для каждой стадии отдельными отсеками – однако это не означает, что в бытовых целях, например, для шашлыка, эта процедура не осуществима. Для изготовления его в домашних условиях потребуется обычная металлическая бочка или просто яма.

Открытый метод добычи

Основное преимущество добычи угля открытым способом — это относительная безопасность. Все дело в том, что он используется только в том случае, если глубина залегания породы не более 100 метров. Другими словами, не создается шахта, которая может обрушиться во время аварии. Сам процесс добычи осуществляется по следующей процедуре.

Для начала необходимо снять верхний слой почвы, которым укрыта порода. Данный слой называется вскрыша, а метод его удаления — вскрышеванием. Данная процедура, в зависимости от типа почвы, проводится при помощи бульдозеров, драглайнов, роторными экскаваторами или скриперами. После того как слой грунта будет убран, можно переходить к дроблению самой породы. Для этого используются дробилки, водяные пушки, бульдозеры и другую технику. Если порода в месторождении угля слишком плотная, то в редких случаях используется буровзрывная отбойка угля. Данный метод добычи обычно охватывает достаточно большую площадь.

Что касается недостатков метода, то они следующие:

• Во-первых, нанесение ощутимого вреда окружающей среде в месте добычи.
• Во-вторых, вся порода, которая добывается таким способом, содержит большое количество вредных примесей в своем составе.

Основные преимущества добычи угля открытым способом, помимо безопасности, — это высокая скорость, а также экономичность.

Каменный уголь

По времени образования этот вид угля идет следующим после бурого. Он имеет черный или серо-черный цвет, а также смоляной, иногда металлический блеск.

Влажность каменного угля значительно меньше бурого: всего 1-12%. Содержание летучих веществ в каменном угле очень колеблется в зависимости от места добычи. Оно может быть минимальным (от 2%), но может и достигать значений, аналогичных бурому углю (до 48%). Элементарный состав следующий:

Отсюда можно сделать вывод, что химическая формула угля каменного состоит из большего числа углерода, чем у бурого. Это делает данный вид угля более качественным топливом.

Активированный уголь

Активированный уголь — это тип угля с высокой удельной поверхностью пор, из-за чего он обладает даже большей адсорбционной способностью, чем древесный. В качестве сырья для его получения используются древесный и каменный угли, а также скорлупа кокосовых орехов. Исходный материал подвергают процессу активации. Суть его состоит в том, чтобы вскрыть закупоренные поры действием высокой температуры, растворами электролитов или водяным паром.

В ходе процесса активации меняется лишь структура вещества, поэтому химическая формула активированного угля идентична составу сырья, из которого тот был изготовлен. Влажность активированного угля зависит от удельной поверхности пор и обычно составляет менее 12%.

Источник

«Уголь плюс вода»

Вещества, о которых дальше пойдет речь, по своему составу являются как бы соединением угля с водой, за что они и были названы углеводами
. (Заметим, что с 1844 г., когда этот термин был предложен, стало известно много углеводов, не отвечающих этой формуле, но название осталось; другое общепринятое название этого класса соединений —
сахара
.) Состав подавляющего большинства таких соединений можно выразить общей формулой С
n
(Н20)
m
.

Но как же объединяются в одной молекуле атомы углерода и молекулы воды? Рассмотрим этот вопрос на примере одного из самых распространенных углеводов — глюкозы.

Итак, попробуем «установить» строение молекулы глюкозы. Ее формула С6Н12О6. Если действовать на глюкозу уксусным ангидридом, то в реакцию вступает пять молекул ангидрида на одну молекулу глюкозы и образуется сложный эфир. Отсюда вывод — в молекуле глюкозы содержатся пять гидроксильных групп, т. е. это пяти атомный спирт.

Будем далее исследовать глюкозу. Глюкоза является восстановителем, дает реакцию серебряного зеркала (восстанавливает соли серебра), а сама при осторожном окислении образует одноосновную глюконовую кислоту. Отсюда второй вывод — в молекуле глюкозы присутствует альдегидная группа.

Если подействовать на глюкозу йодистым водородом, то получается 2-йодгексан. Третий вывод — в молекуле глюкозы нормальный, т. е. не разветвленный углеводородный скелет. Этих данных достаточно, чтобы построить структурную формулу глюкозы. Это пяти атомный альдегидоспирт:

Реакции, подтверждающие строение глюкозы (D — формы)

Однако продолжим наши эксперименты. Попробуем выполнить другие реакции, характерные для альдегидной группы. Так, альдегиды образуют соединения с бисульфитом NaHSO3, дают окрашивание с фуксинсернистой кислотой. Глюкоза таких реакций не дает. Нагреем глюкозу с метиловым спиртом в присутствии сухого хлористого водорода. Образуется простой эфир, но в реакции участвует лишь один гидроксил из пяти. Значит, этот гидроксил чем-то отличается от остальных.

Все эти непонятные, казалось бы, особенности можно объяснить таким образом. Глюкоза существует в виде двух форм: альдегидной и циклической. В первой форме в явном виде присутствует альдегидная группа, она и восстанавливает серебро, она и окисляется в карбоксильную группу. Однако доля этой формы в растворе невелика, и поэтому не идет реакция ни с бисульфитом, ни с фуксинсернистой кислотой. В то же время в циклической форме один из гидроксилов имеет особое, привилегированное положение — он присоединен к атому углерода, который связан еще с одним атомом кислорода. Именно этот гидроксил и образует производное с метиловым спиртом. Этот гидроксил имеет и еще одну интересную особенность — он может находиться внизу или вверху от шестичленного кольца (считаем, что кольцо располагается всегда так, что кислород, входящий в кольцо, находится в дальнем от нас правом углу). Первая форма обозначается буквой α, вторая — β.

Источник

Создание оптимальных условий для горения

По причине высокой температуры все внутренние элементы печи выполняются из специального огнеупорного кирпича. Для их укладки применяют огнеупорную глину. При создании специальных условий вполне можно получить в печи температуру, превышающую 2000 градусов. У каждого вида угля существует свой показатель точки воспламенения

После достижения этого показателя важно поддерживать температуру воспламенения, непрерывно подавая в топку избыточное количество кислорода

Среди недостатков данного процесса выделим потерю тепла, ведь часть выделяемой энергии будет уходить через трубу. Это приводит к понижению температуры топки. В ходе экспериментальных исследований ученым удалось установить для различных видов топлива оптимальный избыточный объем кислорода. Благодаря выбору избытка воздуха, можно рассчитывать на полное сгорание топлива. В итоге можно рассчитывать на минимальные потери тепловой энергии.

Образование и происхождение пластов каменного угля

Появление каменного угля на Земле относится к далекой Палеозойской эре, когда планета находилась еще в стадии развития и имела совершенно чуждый для нас вид. Формирование пластов каменного угля началось примерно 360.000.000 лет назад. Происходило это в основном в донных отложениях доисторических водоемов, где миллионы лет накапливались органические материалы.

Проще говоря, уголь — это останки тел гигантских животных, стволов деревьев и прочих живых организмов, погружавшихся на дно, истлевавших и прессовавшихся под толщей воды. Процесс формирования залежей довольно длительный, и для образования угольного пласта требуется как минимум 40.000.000 лет.

Сравнительная таблица показателей

В таблице представлены значения массовой удельной теплоты сгорания жидких, твердых, газообразных разновидностей топлива.

Из таблицы видно, что наибольшие показатели ТСТ из всех веществ, а не только из газообразных, имеет водород. Он относится к высокоэнергетическим видам топлива.

Продукт сгорания водорода — обычная вода. В процессе не выделяется топочные шлаки, зола, угарный и углекислый газ, что делает вещество экологически чистым горючим. Но оно взрывоопасно и отличается низкой плотностью, поэтому такое топливо сложно сжижается и транспортируется.

Примеры решения задач

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%

Вычислим массовую долю фосфора в соединении:

ω (P) = 100% — ω(Cl) = 100% — 77,5% = 22,5%

Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (фосфор) и «у» (хлор). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел):

x:y = ω(P)/Ar(P) : ω(Cl)/Ar(Cl);

x:y= 22,5/31 : 77,5/35,5;

x:y= 0,726 : 2,183 = 1 : 3

Значит формула соединения фосфора с хлором будет иметь вид PCl3. Это хлорид фосфора (III).

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%

Вычислим массовую долю кислорода в соединении:

ω (P) = 100% — ω(K) — ω(Mn)= 100% — 24,7% — 34,8% = 40,5%

Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (калий), «у» (марганец) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел):

x:y:z = ω(K)/Ar(K) : ω(Mn)/Ar(Mn) : ω(O)/Ar(O);

x:y:z= 24,7/39 : 34,8/55 : 40,5/16;

x:y:z= 0,63 :0,63:2,53 = 1 : 1: 4

Значит формула соединения калия, марганца и кислорода будет иметь вид KMnO4. Это перманганат калия.

Источник

Особенности разных видов топлива

Рассмотрим два основных, наиболее распространенных, вида твердотопливного сырья — дрова и уголь. Дрова содержат значительное количество влаги, поэтому сначала происходит испарение влаги, на что потребуется определенное количество энергии. После испарения влаги начинается интенсивное горение дров, но, к сожалению, процесс длится недолго.

Поэтому, чтобы его поддерживать, требуется регулярное подкладывание дров в топку. Температура возгорания древесины составляет около 300°С.

По количеству выделяемого тепла и длительности горения уголь превосходит древесину. В зависимости от возраста ископаемого материала минерал подразделяется на виды:

• бурый;
• каменный;
• антрацит.

Бурые угли

Среди ископаемых углей наиболее молодые — бурые угли. Свое название топливо получило за бурый цвет. Данный вид топлива характеризуется большим количеством летучих примесей и высоким содержанием влаги — до 40%. При этом количество чистого углерода может достигать 70%.

Из-за повышенной влажности у бурого угля низкая температура горения и невысокая теплоотдача. Воспламеняется топливо при 250°С, а температура горения бурых углей достигает 1900 °С. Теплота сгорания составляет приблизительно 3600 ккал/кг.

Как энергоноситель бурый уголь в естественном виде уступает дровам, поэтому его редко применяют для печей и твердотопливных агрегатов в частных домах. Но устойчивым спросом пользуется брикетированное топливо.

Бурые угли

Бурый уголь в брикетах — это топливо, прошедшее специальную подготовку. За счет снижения влажности повышается его энергоэффективность. Теплоотдача брикетированного топлива достигает 5000 ккал/кг.

Каменные угли

Каменные угли старше бурых, их залежи располагаются на глубине до 3 км. В этом виде топлива содержание чистого углерода может достигать 95%, а летучих примесей — до 30%. Влаги этот энергоноситель содержит не более 12%, что положительно влияет на теплоэффективность полезного ископаемого.

Температура горения каменного угля в идеальных условиях достигает 2100°С, но в отопительной печи топливо сжигается максимум при 1000°С. Теплоотдача каменноугольного топлива составляет 7000 ккал/кг. Его сложнее разжечь — для воспламенения требуется нагрев до 400°С.

Каменноугольный энергоноситель чаще остальных применяется для обогрева жилых домов и зданий иного назначения.

Каменный уоль

Антрацит

Самое древнее твердое ископаемое топливо, которое практически не содержит влаги и летучих примесей. Содержание углерода в антраците превышает 95%.

Удельная теплоотдача топлива достигает 8500 ккал/кг — это высший показатель среди углей. В идеальных условиях антрацит сгорает при 2250°С. Воспламеняется он при температуре не менее 600°С — это показатель для самых низкокалорийных видов. Для розжига требуется использовать дрова, чтобы создать необходимый нагрев.

Характеристики антрацита

Антрацит в первую очередь промышленное топливо. Его использование в печи или котле нерационально и дорого. Помимо высокой теплоотдачи к преимуществам антрацита относится низкая зольность и малодымность.

Антрацит

Антрацит — это самая древняя форма ископаемого угля. Ему присущ темно-черный цвет, и он имеет характерный металлический блеск. Это самый лучший уголь по количеству тепла, которое он выделяет при горении.

Количество влаги и летучих веществ в нем очень мало. Около 5-7% на каждый показатель. А элементарный состав характеризуется крайне высоким содержанием углерода:

• Углерод более 90%.
• Водород 1-3%.
• Кислород 1-1,5%.
• Азот 1-1,5%.
• Сера до 0,8%.

Больше угля содержится лишь в графите, который является дальнейшей стадией углефикации антрацита.

Варианты угля

Зимой вопрос обогрева жилых помещений особенно актуален. В связи с систематическим ростом стоимости теплоносителей, людям приходится искать альтернативные варианты выработки тепловой энергии. Оптимальным способом для решения сложившейся проблемы будет подбор твердотопливных котлов, которые имеют оптимальные производственные характеристики, отлично сохраняют тепло.

Удельная теплота сгорания каменного угля представляет собой физическую величину, показывающую, какое количество тепла способно выделяться при полном сгорании килограмма топлива

Для того чтобы котел работал длительное время, важно правильно подбирать к нему топливо. Удельная теплота сгорания каменного угля высока (22 МДж/кг), поэтому данный вид топлива считается оптимальным для эффективной работы котла

Температура горения древесного угля значительно выше, поэтому данный вариант топлива является отличной альтернативой для обычных дров. Отметим и прекрасный показатель теплоотдачи, продолжительность процесса горения, незначительный расход топлива. Существует несколько разновидностей угля, связанных со спецификой добычи, а также глубиной залегания в земных недрах: каменный, бурый, антрацит.

У каменного угля температура воспламенения достигает 400 градусов. Причем теплота сгорания угля данного вида довольно высока, поэтому данный вид топлива широко используют для обогрева жилых помещений.

Максимальная эффективность у антрацита. Среди недостатков такого топлива выделим его высокую стоимость. Температура горения угля данного вида достигает 2250 градусов. Подобного показателя нет ни у одного твердого топлива, добываемого из земных недр.

Правила сжигания

Когда потребитель знакомится с температурой горения того или иного угля, ему нужно учитывать, что производители указывают только те цифры, которые являются актуальными для идеальных условий. Конечно, в обычном бытовом котле или печи воссоздать необходимые параметры просто невозможно. Современные теплогенераторы из металла или кирпича просто не рассчитаны на столь высокие температуры, так как основной теплоноситель в системе может быстро закипеть. Именно поэтому параметры сгорания того или иного топлива определяются режимом его сжигания.

Иными словами, все зависит от интенсивности подачи воздуха. Как ископаемый, так и древесный уголь хорошо нагревает помещение, если уровень поступления кислорода достигает 100%. Чтобы ограничить воздушный поток, можно использовать специальную заслонку/задвижку. Такой подход позволяет создать наиболее благоприятные условия сгорания заправленного топлива (до 950˚С).

Если уголь используется в твердотопливном котле, тогда нельзя допустить вскипание теплоносителя. Основная опасность связана с тем, что предохранительный клапан может просто не сработать, а это чревато большим взрывом. К тому же смесь воды и горячего пара плохо воздействует на функциональные способности циркуляционного насоса. Специалистами были разработаны два наиболее эффективных способа, которые позволяют контролировать процесс горения:

1. Дроблённое или порошковое топливо должно поступать в котёл исключительно в дозированном объёме (действует та же схема, что и в пиллетных устройствах).
2. Основной энергоноситель загружается в топку, после чего регулируется интенсивность подачи воздуха.

Изготовление в быту

Наиболее простыми способами изготовления угля в быту являются:

1. В металлической емкости.
2. В яме.

Разберем особенности каждого из них.

В бочке

Для приготовления по данному способу понадобится металлическая бочка объемом 100-200 литров с достаточно толстыми стенками. При этом если емкость ранее использовалась под нефтепродукты или иной токсичный материал, ее требуется предварительно тщательно обжечь.

Источник khabaroff.com

Инструкция по получению угля выглядит следующим образом:

• На дно бочки ребром выкладываются огнеупорные кирпичи (для 200-литрового варианта потребуется 6 шт.).
• Между ними разводится небольшой костер из сухих стружек или щеп.
• Поверх кирпичей устанавливается металлическая решетка.
• Далее небольшими отрезками по 0,3-0,5 м до верха выкладывается древесина.
• Когда пламя начнет выходить наружу, емкость закрывается стальным листом, с сохранением небольшого зазора на краю.

Видео-пример изготовления угля в бочке:

• При появлении дыма сизого оттенка, свидетельствующего о прогорании материала, емкость закрывается полностью.
• После охлаждения готовый продукт выгружается.

Совет! Для ускорения процесса снизу бочки проделываются небольшие отверстия. Также через них можно усиленно нагнетать воздушный поток с помощью специальной воздуходувки.

В яме

Чтобы сделать угли для шашлыка или иного бытового использования, можно применить более простой способ:

• В земле выкапывается цилиндрическая яма.
• Дно хорошо утрамбовывается.
• Разводится костер для растопки.
• Далее древесина укладывается постепенно – по мере прогорания.
• При заполнении до верха, яма застилается ветками, листьями, травой и слоем грунта.
• Готовый продукт откапывается, спустя 48 часов, и при необходимости просеивается.

Важно! При домашнем изготовлении угля для мангалов важно подобрать хорошо высушенную и очищенную от коры древесину. Также ее требуется предварительно напилить и нарубить на небольшие заготовки. Однако в любом случае качество продукта будет несколько ниже, чем при заводском производстве.

Видео-инструкция по изготовлению древесного угля в яме:

Уголь: разновидности и характеристики

Угли в первую очередь различаются по происхождению. В качестве энергоносителя используют древесный уголь, который получают путем пережигания древесины, а также ископаемое топливо.

Ископаемые угли — топливо, созданное природой. Они состоят из остатков древних растений и битумных масс, которые подверглись целому ряду превращений в процессе опускания под землю на большие глубины. Преобразование исходных веществ в эффективное топливо протекало при высоких температурах и в условиях дефицита кислорода под толщей земли. К ископаемым видам топлива относится бурые и каменные угли, а также антрацит.

Бурые угли

Среди ископаемых углей наиболее молодые — бурые угли. Свое название топливо получило за бурый цвет. Данный вид топлива характеризуется большим количеством летучих примесей и высоким содержанием влаги — до 40%. При этом количество чистого углерода может достигать 70%.

Из-за повышенной влажности у бурого угля низкая температура горения и невысокая теплоотдача. Воспламеняется топливо при 250°С, а температура горения бурых углей достигает 1900 °С. Теплота сгорания составляет приблизительно 3600 ккал/кг.

Как энергоноситель бурый уголь в естественном виде уступает дровам, поэтому его редко применяют для печей и твердотопливных агрегатов в частных домах. Но устойчивым спросом пользуется брикетированное топливо.

Бурые угли

Бурый уголь в брикетах — это топливо, прошедшее специальную подготовку. За счет снижения влажности повышается его энергоэффективность. Теплоотдача брикетированного топлива достигает 5000 ккал/кг.

Каменные угли

Каменные угли старше бурых, их залежи располагаются на глубине до 3 км. В этом виде топлива содержание чистого углерода может достигать 95%, а летучих примесей — до 30%. Влаги этот энергоноситель содержит не более 12%, что положительно влияет на теплоэффективность полезного ископаемого.

Температура горения каменного угля в идеальных условиях достигает 2100°С, но в отопительной печи топливо сжигается максимум при 1000°С. Теплоотдача каменноугольного топлива составляет 7000 ккал/кг. Его сложнее разжечь — для воспламенения требуется нагрев до 400°С.

Каменноугольный энергоноситель чаще остальных применяется для обогрева жилых домов и зданий иного назначения.

Каменный уоль

Антрацит

Самое древнее твердое ископаемое топливо, которое практически не содержит влаги и летучих примесей. Содержание углерода в антраците превышает 95%.

Удельная теплоотдача топлива достигает 8500 ккал/кг — это высший показатель среди углей. В идеальных условиях антрацит сгорает при 2250°С. Воспламеняется он при температуре не менее 600°С — это показатель для самых низкокалорийных видов. Для розжига требуется использовать дрова, чтобы создать необходимый нагрев.

Характеристики антрацита

Антрацит в первую очередь промышленное топливо. Его использование в печи или котле нерационально и дорого. Помимо высокой теплоотдачи к преимуществам антрацита относится низкая зольность и малодымность.

Древесный уголь — Госстандарт

Основной частью древесного угля является углерод. Древесный уголь по своему составу схож с каменным углем, в котором углерод также является основным элементом. По сути, и древесный и каменный уголь имеют в основе древесину. Только в каменном угле древесина разлагалась многие века при ограниченном доступе кислорода, а древесный уголь — это обугленная древесина, которую частично сожгли при недостатке кислорода.

В процессе обугливания состав древесного угля покидает большая часть влаги, серы, фосфора и кислорода. При этом потери углерода и водорода минимальны. Также остается и зола, которая не удаляется при обугливании. Причем, чем выше температура выжигания, тем меньше углерода остается в составе. Так, например, при температуре 450°С уровень углерода равен 85 %, а водорода – 3 %. Содержание фосфора зависит от вида древесины: в березовом древесном угле его содержится 0,037 %, в еловом – 0,017 %, а в сосновом – 0,016 %.

При небольшом содержании кислорода, находясь при обычной температуре, древесный уголь обладает способностью присоединять кислород. Поэтому одно из его свойств – склонность к самовозгоранию. Влажность по окончании процесса обугливания равняется 2-4 %, но она существенно возрастает в процессе хранения – до 7-15 %. Теплотворная способность древесного угля, произведенного при температуре 400-500°С, составляет 7000-8100 Ккал/кг. Для сравнения, калорийность каменного угля – 7200-8600 Ккал/кг.

Древесный уголь очень пористый. Причем, отношение объема пор к объему куска зависит от сорта древесины: так у березового угля оно равно 72 %, а у елового – 80 %. Также от сорта древесины зависит и вес угля: 1 м3 насыпного сухого елового угля весит около 100 кг, такой же объем березового угля весит около 180 кг, а букового – уже около 195 кг.

Различают кажущуюся плотность древесного угля и истинную. Кажущаяся плотность – это вес угля в том виде, как он есть, со всеми порами. Она тоже зависит от сорта древесины: из плотных пород получается плотный уголь, а из мягких – мягкий. Так у елового древесного угля кажущаяся плотность – 260 кг/м2, осинового – 290 кг/м2, а березового – уже 380 кг/м2. Истинная же плотность возрастает с температурой обугливания. К примеру, при температуре 350°С плотность угля равняется 1500 кг/м

2. Если же температура возрастает до 1500°С, то плотность увеличивается до 1869 кг/м2.

Качественный древесный уголь имеет черный блестящий цвет с синим отливом. На изломе видно, что он хорошо сохранил структуру дерева. А вся его поверхность покрыта трещинами. По этим трещинам можно определить время обугливания (чем больше их, тем быстрее оно проходило). При ударе куски угля издают достаточно звонкий звук. Сам уголь легко разжигается и дает много тепла.

Существует два вида древесного угля: черный и белый. Белый уголь обугливается при низкой температуре. Лишь под конец ее резко увеличивают до 1000°С. Раскаленные куски достают из пламени и засыпают смесью песка, пепла и земли, чтобы охладить. Именно эта смесь делает поверхность угля белой. Коры у белого угля нет, она выжигается в процессе обугливания. Тогда как у черного угля обычно кора сохраняется. Поверхность у белого угля ровная и твердая. В Японии создают белый уголь из каменного или железного дуба. Такой уголь очень твердый и горит долго, поэтому он считается самым лучшим.

Различают древесный уголь, изготовленный из древесины смешанных лиственных пород, и из древесины твердолиственных пород (данная древесина более предпочтительна). Также классифицируют по размеру кусков: 6-12 мм – мелкий и больше 25 мм – крупный. Разделяют уголь и по ГОСТу: А – высший сорт, Б – первый сорт.

Процесс производства древесного угля достаточно прост: его выжигают в закрытом пространстве без доступа воздуха. Такая операция называется пиролизом. При высокой температурной обработке из древесины получается: древесный уголь, а также жидкие и газообразные продукты (ацетон, метанол, уксусная кислота, смолы и пр.). Но, несмотря на всю простоту, процесс пиролиза должен строго регулироваться. В противном случае, количество полученного древесного угля окажется меньше, а сам уголь будет мелким и пахнуть смолами. Главное правило: во время производства к процессу не должно быть доступа воздуха. К слову, лучшим древесным углем считается тот, который выжгли при температуре, не превышающей 400-500°С.

Современные предприятия, на которых производится древесный уголь, оснащены специальными ретортными печами. Весь процесс проходит непосредственно в такой печи. Предваряет ее топка, далее идет камера, в которой происходит процесс пиролиза. Следующая часть – сушильная камера. По обеим сторонам печи располагаются реторты, слева с подготовленными дровами, а справа – с остывающим углем. Завершает установку вытяжная труба. Камеры пиролиза и просушки угля разделены, благодаря чему тепло используется с большей пользой. Причем, пламя образуется за счет горения летучих продуктов, а не за счет горения дров. Летучие продукты, которые выделяются при сгорании, переносятся обратно в топку и там сгорают.

По статистическим данным, в настоящее время в мире производится около 9 млн.т. древесного угля в год. Причем, большую часть из этого количества производит Бразилия – около 7,5 млн.т. Доля России в общей сумме производимого угля – 100 тыс.т. в год. Мы используем импортируемый древесный уголь из Китая, Украины и Белоруссии. А количество потребляемого угля на одного человека в год составляет всего 100 граммов. Лидером по потреблению древесного угля является Япония – около 60 кг на человека в год. В странах Европы этот показатель равен примерно 20 кг.

Применение древесного угля лежит во многих областях:

— металлургическая промышленность использует его в качестве восстановителя, то есть для отделения металла от руды, а также, чтобы защитить отливаемый металл от окисления. Ценное качество угля при этом – минимальный процент серы и фосфора в составе.

— цветная металлургия и производство ферросплавов используют его в качестве компонента шихты.

— радиоэлектронная промышленность применяет его для производства кристалличес

gosstandart.info

Горение угля — Какова формула горения угля? — 22 ответа



Горение угля

В разделе Прочее образование на вопрос Какова формула горения угля? заданный автором Мария Насонова лучший ответ это Уголь + кислород и огонь= Айайайгорячтотокак!!!

Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: Какова формула горения угля?

Ответ от CoBRA79922C+O2—>2COвот так вот !!

Ответ от Ирина ЗаречковаВыяснять химическую формулу угля — тоже самое, что выяснять химическую формулу борща. Уголь (угли, они очень различные и имеют различающийся сотав) — это смесь разных химических веществ, в основном высокомолекулярных полициклических ароматических соединений (аренов) с высоким содержанием углерода. Уголь — это не углерод в чистом виде с кристаллической решеткой, как полагают многие. Наиболее наглядно можно представить уголь как затвердевшую нефть. Ведь нефть также является смесью углеводородов даже с бо́льшим содержанием углерода по отношению к углю, но никто ведь не утверждает, что нефть — это жидкий углерод в чистом виде.Таким образом, если Вас интересует состав конкретной марки угля, то ищите информацию по аренам (антрацен С14Н10 — одна из самых крупных молукул, состоящая из трех бензольных колец, заметно даже по упрощенной формуле большое количество углерода в ней; нафталин С10Н8 — два бензольных кольца; бензол С6Н6 — одно бензольное кольцо; а так же их модификации и прочие варианты). Кроме полициклических углеводородов в углях содержатся в разном количестве вода и минеральные примеси. По содержанию углеводорода угли подразделяются на бурые (65—70 % углерода, до 50 % летучих веществ и около 43 % воды) , каменные (прядка 80 % улерода, до 32 % летучих веществ и до 12 % воды) , антрациты (до 96 % углерода, менее 8 % летучих веществ). Антрацит — этот самый древний, блестящий и плотный уголь, который даже дает название благородным черным оттенкам краски, уже является похожим на то, каким принято считать уголь: чистый углерод, ну слегка загрязненный примесями. Образуются антрациты при повышенных давлении и температуре на бо́льшей глубине, поэтому по составу наиболее близки к графиту, который как раз и является аллотропной модификацией углерода в чистом виде (с кристаллической решеткой) и так же может считаться углем.

Привет! Вот еще темы с нужными ответами:

Формула угля в химии

Определение и формула угля

Строение атома углерода приведено на рис. 1. Помимо древесного угля, углерод может существовать в виде простого вещества алмаза или графита, принадлежащих к гексагональной и кубической системам, кокса, сажи, карбина, поликумулена графена, фуллерена, нанотрубок, нановолокон, астралена и т.д.

Рис. 1. Строение атома углерода.

Химическая формула угля

Химическая формула угля – С. Она показывает, что в составе молекулы этого вещества находится один атом углерода (Ar = 12 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу угля:

M(С) = Mr (С) × 1 моль = 12,0116 г/моль

Структурная (графическая) формула угля

Более наглядной является структурная (графическая) формула угля. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы (рис. 2).

Рис. 2. Строение аллотропных модификаций углерода: а) алмаза; б – графита; в) – фуллерена.

Электронная формула

Электронная формула, показывающая распределение электронов в атоме по энергетическим подуровням показана ниже:

6С 1s22s22p2

Она также показывает, что углерод относится к элементам р-семейства, а также число валентных электронов — на внешнем энергетическом уровне находится 4 электрона (2s22p2).

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

История образования каменного угля и его виды

Весь процесс образования угля можно разделить на два основных этапа: формирование торфа и собственно процесс углефикации – преобразования торфа в уголь.

Торф формировался на обширных покрытых водой пространствах из растительных остатков разной степени разложения. Часть растений перегнивала полностью до гелеобразного состояния, часть — сохраняла свое клеточное строение. Их остатки скапливались на дне водоемов, которые постепенно превращались в болота. Обязательное условие, необходимое для формирования торфа, — отсутствие кислорода. Под толщей воды кислорода было мало, при разложении остатков выделялся сероводород, метан и углекислота, которые способствовали затвердению остатков. Образовывался торф.

История угля. Все начиналось много миллионов лет назад

Но не все торфяники преобразовывались в уголь. Для процесса углефикации необходимо: высокое давление, высокая температура и большой промежуток времени. В зависимости от наличия этих условий и происходило или нет образование каменного угля. Сначала торф заносился осадочными породами, что увеличивало давление и повышало температуру внутри торфяного слоя. В таких условиях образовывался бурый уголь – первая ступень углефикации. В некоторых областях происходило смещение пластов, в результате которых пласты бурого угля опускались (некоторые из обнаруженных месторождений находятся на глубине более 6000 метров). Местами эти процессы сопровождались подъемом магмы и извержениями вулканов. Высокое давление, отсутствие кислорода и высокие температуры способствовали тому, что влаги и природных газов в буром угле становилось все меньше, углерода все больше. По мере вытеснения воды и газов, бурый уголь превращался в битуминозный, затем, при наличии высокой температуры, в антрацит. Основное отличие бурого угля от каменного: в буром угле содержится больше влаги и природных газов и меньше углерода, что влияет на количество выделяемого при горении тепла.

Возраст угля определяют по содержащимся остаткам растительности. Иногда отпечатки очень четкие

Сегодня возраст угольных залежей определяется по растительным остаткам. Самые древние датируются каменноугольным периодом (345-280 миллионов лет назад). В это период сформировалось большая часть угольных бассейнов северной Америки (восток и центр США), центра и запада Европы, юга Африки, Китая, Индии. В Евразии большая часть угольных месторождений формировалась в Пермский период, некоторая часть небольших угольных бассейнов в Европе датируется Триасовым периодом. Увеличивается активность углеобразования к концу Юрского периода и в Меловом. Примерно в это время были сформированы залежи на востоке Европы, в Скалистых горах Америки, в Индокитае и центре Азии. Позже формировались в основном бурые угли и залежи торфа.

Виды угля

Уголь классифицируют в зависимости от содержания влаги, природных газов и углерода. С повышение количества углерода повышается его теплотворная способность. Чем меньше влаги и летучих веществ (газов), тем лучше он переносит хранение и транспортировку.

Лигнит — уголь первой стадии углефикации. Он отличается от бурого угля меньшим количеством воды (45%) в составе и большим выделением тепла. Структуру имеет волокнистую, цвет — от коричневого до черного (более высокого качества). Чаще всего используется в энергетике (на теплоэлектростанциях) для отопления частных домов используется редко, так как плохо хранится и имеет невысокую теплотворную способность в обычных печах.

Каменный уголь. Лигнит. Имеет рыхлую слоистую структуру

Суббитоминозный уголь — цвет черный, менее выраженная волокнистая структура, более высокая по сравнению с лигнитом теплотворность, меньшее содержание влаги (30%). При перевозке крошится, а на открытом воздухе выветривается. При сгорании выделяет 5-6 кВт/кг. Используется как в энергетике, так и в ЖКХ для отопления.

Битуминозный уголь отличается самой высокой теплотворной способностью, не теряет своих качеств при транспортировке и хранении. Выделяет при горении 7-9 кВт/кг тепла. Некоторые его виды используют для коксования.

Антрацит — уголь смоляно-черного цвета. Отличается самым высоким содержанием углеводорода. Его тяжело разжечь, но горит долго и без копоти, выделяет большое количество тепла (более 9 кВт/кг). Именно антрацит чаще других используется для отопления.

Антрацит. Отличается глубоким черным цветом и блестящей поверхностью.

Химическая формула угля, процесс его образования и использование в промышленности

Уголь в различных своих модификациях может иметь цвет от коричневого до черного. Он является хорошим топливом, поэтому его используют в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Образуется он в результате накопления растительной массы и прохождения в ней физико-химических процессов.

Различные модификации угля

Накопление древесной массы в болотистой почве приводит к образованию торфа, который является предшественником угля. Формула торфа достаточно сложная, кроме того, для этой разновидности угля не существует конкретного стехиометрического соотношения. Сухой торф состоит из атомов углерода, водорода, кислорода, азота и серы.

Далее торф при длительном воздействии высокой температуры и больших давлений, возникающих в результате протекания геологических процессов, претерпевает ряд следующих угольных модификации:

1. Бурый уголь или лигнит.
2. Битум.
3. Каменный уголь.
4. Антрацит.

Конечным продуктом этой цепи преобразований является твердый графит или графитоподобный уголь, формула которого представляет собой чистый углерод C.

Древесина карбонового периода

Около 300 млн лет назад в карбоновый период большая часть суши нашей планеты была покрыта гигантскими папоротниковыми лесами. Постепенно эти леса вымирали, и древесина накапливалась в болотистых почвах, на которых они произрастали. Большое количество воды и грязи создавали препятствия для проникновения кислорода, поэтому мертвая древесина не разлагалась.

В течение длительного времени вновь отмершая древесина покрывала более старые слои, давление и температура которых постепенно увеличивались. Сопутствующие геологические процессы в конечном итоге привели к образованию залежей угля.

Процесс карбонизации

Термин «карбонизация» подразумевает метаморфические преобразования углерода, связанные с увеличением толщины древесных пластов, тектоническими движениями и процессами, а также с увеличением температуры в зависимости от глубины напластований.

Увеличение давления в первую очередь изменяет физические свойства угля, химическая формула которого остается неизменной. В частности, изменяется его плотность, твердость, оптическая анизотропия и пористость. Увеличение же температуры изменяет саму формулу угля в сторону увеличения содержания углерода и уменьшения кислорода и водорода. Эти химические процессы приводят к увеличению топливных характеристик угля.

Каменный уголь

Эта модификация угля очень богата углеродом, что приводит к высокому коэффициенту теплоотдачи и обуславливает ее использование в энергетической промышленности к качестве основного топлива.

Формула каменного угля состоит из битумных субстанций, дистилляция которых позволяет выделить из него ароматические гидрокарбонаты и вещество, известное под названием кокс, которое широко используется в процессах металлургии. Помимо битумных соединений, в каменном угле много серы. Этот элемент является главным источником загрязнения атмосферы при сжигании угля.

Каменный уголь имеет черный цвет и медленно горит, создавая пламя желтого цвета. В отличие от бурого угля, его теплота сгорания больше и составляет 30-36 МДж/кг.

Формула угля имеет сложный состав и содержит множество соединений углерода, кислорода и водорода, а также азота и серы. Такое разнообразие химических соединений стало началом развития целого направления в химической промышленности – карбохимии.

В настоящее время каменный уголь практически вытеснен природным газом и нефтью, однако два важных его направления использования продолжают существовать:

• основное горючее на тепловых электростанциях;
• источник кокса, получаемого путем бескислородного горения каменного угля в закрытых домнах.

fb.ru

Выводы и полезное видео по теме

О теплотворности разных пород дерева. Сравнение показателей в расчете на м3 и кг.

ТСТ — важнейшая тепловая и эксплуатационная характеристика горючего. Этот показатель используется в различных сферах человеческой деятельности: тепловых двигателях, электростанциях, промышленности, при обогреве жилья и приготовлении пищи.

Значения теплотворности помогают сравнить различные виды топлива по степени выделяемой энергии, рассчитать необходимую массу горючего, сэкономить на расходах.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме теплотворности разных видов топлива? Можете оставлять комментарии к публикации и участвовать в обсуждениях – форма для связи находится в нижнем блоке.

Пеллеты

Пеллетами (топливными гранулами) называется твердое топливо, созданное промышленным путем из древесных и растительных отходов: стружки, коры, картона, соломы.

Измельченное до состояния трухи сырье высушивается и засыпается в гранулятор, откуда уже выходит в виде гранул определенной формы. Для добавления массе вязкости применяют растительный полимер – лигнин. Сложность производственного процесса и высокий спрос формируют стоимость пеллетов. Материал используется в специально обустроенных котлах.