Топливо, его виды. Горение

По физическому состоянию бывает твёрдое (дрова, торф, торфобрикет, бурый и каменный уголь), жидкое (нефть, мазут, керосин, печное бытовое топливо) и газообразное (природный, генераторный и другие горючие газы). Чтобы умело использовать топливо, необходимо знать его состав. Оно состоит из горючей и негорючей (балласт) частей. В горю чую часть топлива входят углерод (С), водород (Н) и сера (S), а в негорючую — кислород (О2), азот (N), зола (А) и влага (W). Сера в топливе подразделяется на летучую и сульфатную, последняя горит и входит в золу. Наличие в топливе летучей серы нежелательно, так как в результате горения серы образуется сернистый газ, который, соединяясь с водяными парами дымовых газов, даёт серную кислоту, разъедающую стальные и чугунные поверхности котельного оборудования, а попадая в атмосферу с уходящими газами, вредно воздействует на зелёные насаждения.

Горение — это химический процесс, при котором происходит быстрое окисление вещества (топлива) с выделением значительного количества теплоты. При нагревании твёрдого топлива из него выделяется влага в виде паров и газ, который при достаточно высокой температуре горит ярким пламенем. Эта газообразная часть топлива называется летучими веществами. Топливо, содержащее большое количество летучих веществ, горит длинным пламенем, а у топлива с малым их содержанием пламя при горении короткое.

Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твёрдого или жидкого топлива или 1 м³ газа, называется высшей теплотой сгорания этого топлива. Часть тепла уходит вместе с водяным паром и дымовыми газами. Остальное тепло, которое можно использовать, называется низшей теплотой сгорания. Она различна для всяких видов топлива: для мазута — 9000 — 9500 ккал/кг, для дров (с влажностью порядка 40%) — 2400—2500, для природного газа — 8000—8500 ккал/нм³.

Горючие вещества топлива, сгорая, то есть соединяясь с кислородом воздуха, образуют новые вещества — продукты горения (дымовые газы). Если все горючие вещества при сжигании топлива полностью сгорают, то образуются углекислый газ (СО2) — от сгорания углерода и сернистый (SO2) — от сгорания серы, а также водяной пар (Н2О) — от сгорания водорода. В состав дымовых газов входят азот (N), образуемый из топлива и воздуха, который участвовал в горении; водяные пары — от испарённой влаги самого топлива; лишний воздух, который был подан в топку, но в горении не участвовал.

Для полного сгорания топлива необходимо, чтобы все его частицы были прогреты до температуры воспламенения и к каждой частице подведено требуемое количество воздуха. Кроме того, необходимо достаточное время, чтобы сгорела вся горючая часть топлива. Если эти условия не соблюдены, то часть топлива не успевает сгорать и уходит из топки вместе с золой или, как уже отмечалось, уносится с дымовыми газами в трубу. Это потери от механической неполноты сгорания. Имеются также потери и от химической неполноты сгорания: часть газов, выделяемых в процессе горения, которые сами могут гореть, но не сгорают и уходят с дымовыми газами. Например, углерод (С) при горении превращается не в углекислый газ СО2, а в окись углерода (СО), которая удаляется с дымовыми газами, хотя могла бы и выделять тепло.

В процессе приготовления пищи в отопительно-варочных печах часто приходится регулировать нагрев чугунной плиты и духового шкафа. При сжигании твёрдого топлива регулировать температуру, впрочем, как и поддерживать её на одном и том же уровне, довольно затруднительно из-за скачкообразного процесса горения. К тому же при регулировке температуры на плите или в шкафу неизбежно приходится в широких пределах менять тепловое напряжение топочного пространства. А это нежелательно, так как понизится температура в топочном пространстве и появится большой процент потерь тепла от химического недожога. Снижение температуры в топливнике сказывается также на потерях тепла от механического недожога (выгреб и зола). Уменьшать температуру на чугунной поверхности можно другим способом: частично или полностью открыть зольниковую и топочную дверцу. Но при этом резко возрастает коэффициент избытка воздуха в топливнике, и печь будет работать с низким КПД.

При сжигании газа в отопительно-варочных печах регулирование температуры на плите и в шкафу достигается простым поворотом запорного крана на газопроводе, а поддержание температуры на одном уровне при различных режимах топки производится автоматически, так как количество тепла, выделяющегося в топливнике в единицу времени, остаётся неизменным.

При устройстве отопительных систем и их эксплуатации необходимо строго соблюдать противопожарные мероприятия.