Твердое топливо. Классификация твердых топлив

Классификация твердых топлив

Твердое топливо – это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. К твердому топливу относят древесину, торф, горючие сланцы, каменный уголь и бурые угли.
Содержание углерода, водорода, кислорода, азота и серы, называемое химическим составом определяет свойства твердого топлива. При сжигании одинаковые количества различного топлива выделяют различные количества тепла. Тогда для оценки теплотворной способности топлив производят определение наибольшего количества теплоты, которое может быть выделено топливом при полном его сжигании в количестве 1 кг. Наибольшей калорийностью обладает каменный уголь.

Рис. 1. Некоторые типы твердого топлива

Как известно из курса теплотехники твердое органическое топливо часто применяют для получения теплоты и других видов энергии с последующим их преобразованием в механическую энергию. Помимо этого из твердых топлив при их соответствующей перегонке (обработке) можно получить более 300 различных химических соединений.

Рис. 2. Дерево это твердое топливо

Каменный уголь

Каменный уголь – это уголь с высокой степенью обугливания и высшей теплотворной способностью более 24 МДж/кг (5700 ккал/кг) на беззольной, но влажной основе и с коэффициентом отражения витринита 0,5 и более.

Рис. 3. Каменный уголь

К каменному углю относят не осажденный шлам, не классифицированные. Образование каменных углей в основном протекало в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, а это более 300 миллионов лет тому назад.

Как и древесина, химический состав каменного угля представлен смесью углерода, водорода, кислорода, азота, серы, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей. Минеральные примеси не подвержены горению и при сжигании угля образуют золу. Каждый из добываемых углей отличается соотношением слагающих их компонентов, что влияет и на их теплотворную способность. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Рис. 4. Расколотый кусок каменного угля

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. Начиная с девонского периода в торфяных болотах, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к девонскому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Каменный уголь к первым ископаемым топливам которые начали широко применяться человеком. Применение каменного угля в промышленности для получения энергии позволило сделать большой шаг вперед. Данный уголь формировался как осадочная порода, за счет естественного разложения древних растений. Каменный уголь состоит из огромного количества углерода. Содержание углерода в несколько раз выше по сравнению с бурыми углями. Кроме того в каменном угле содержатся летучие вещества с низким содержанием золы. Наиболее эффективным альтернативным видом переработки каменного угля является его газификация. В ходе газификации из угля получают оксид углерода и водород, затем с помощью каталитических реакций получают жидкое топливо. Для получения одной тонны нефтеподобной жидкости обычно необходимо газифицировать 2-3 тонны каменного угля. Также каменный уголь является основным сырьем для выработки графита.

Промышленным способом из каменного угля извлекают серу, цинк, германий, свинец, ванадий. В производстве керамики, строительных материалов, абразивов применяется отходы добычи и переработки углей, а также зола, оставшаяся после их сжигания. Чтобы использование угля носило рациональный характер, из него удаляют минеральные примеси, то есть, производится обогащение угля. Кокс и уголь используется в металлургии в процессе выплавки железа. Кроме этого, каменный уголь используется и в металлургии, при производстве стали и чугуна. Каменный уголь имеет наибольшую стоимость за тонну готовой продукции. Связанно это в первую очередь с его калорийностью и малой зольностью. Также каменные угли довольно часто применяют для отопления домов.

Мы видим, что каменный уголь применяют практически во всех сферах жизнедеятельности. Данное обстоятельство говорит о том, что добыча каменного угля будет продолжаться еще долгое время.

На счет перспектив развития промышленности по добыче каменного угля во всем мире не так однозначны. Нет также и одной выбранной всеми странами доктрины по переработке каменных углей. Стратегии по добыче и переработке углей разрабатываются и принимаются каждой страной в отдельности и зависят от условий, уровня рентабельности разработки угольных месторождений, геологических запасов, экологических ограничений, места и роли угля в топливно-энергетическом балансе, степени интеграции экономики страны в региональные и мировые структуры и прочее.

Рис. 5. Добыча каменного угля

В ряде стран благодаря благоприятным геологическим условиям эксплуатации месторождений угольная промышленность является высокорентабельной отраслью и служит важным источником доходов государственных бюджетов. Речь идет о таких странах, как США, Австралия, ЮАР, Канада, Индонезия, Колумбия. Вместе с тем есть немало стран, где развитая в прошлом угледобывающая отрасль под давлением конкуренции признана экономически целесообразной, в результате чего добыча угля прекращена, несмотря на значительный рост зависимости большинства из этих стран от внешних поставок энергоресурсов. Так произошло в Бельгии, Голландии, Ирландии, Португалии, Франции, Японии.

Твердое топливо и его классификация

Происхождение топлива. Все виды твердого топлива нашей планеты своим происхождением обязаны солнечной энергии и хлорофиллу — особому веществу, содержащемуся в листьях и других зеленых частях растений, которые создают сложные органические вещества, а в дальнейшем превращаются в топливо. В своих превращениях вещество топлива последовательно проходит стадии образования торфа, бурого угля, каменного угля, антрацита.

В природе существуют различные виды твердого топлива, отличающиеся разнообразными составом и свойствами. Твердое топливо в основном образуется из высокоорганизованных растений — древесины, листьев, хвои и т. п. Отмершие части высокоорганизованных растений разрушаются грибками при свободном доступе воздуха и превращаются в торф — рыхлую, расплывчатую массу перегноя, так называемых гуминовых кислот. Скопление торфа переходит в бурую массу, а затем в бурый уголь. В дальнейшем под воздействием высокого давления и повышенной температуры бурые угли подвергаются последующим превращениям, переходя в каменные угли, а затем в антрацит.

Состав топлива. Топливо в том виде, в котором оно добыто, включает в себя органическую массу и балласт. Органической массой топлива считают ту часть, которая произошла из органических веществ: углерода, водорода, кислорода и азота; в балласт включают серу, минеральные примеси — золу и влагу топлива:

С° + Н° + О° + N° + S°° = 100%, (12)

Твердое топливо и жидкое топливо состоит из углерода С, водорода Н, органической серы SО и горючей колчеданной серы Sк, кислорода О и азота N, находящихся в виде сложных соединений.

Кроме указанных элементов, составляющих горючую массу топлива, в состав топлива входит еще балласт — зола А и влага W:

Б=Ар+Wр, (13)

Летучей, или горючей, серой называется

Sл= S° + Sк, (14)

Состав топлива выражают в процентах по массе.

В топочной технике различают рабочую, сухую и горючую массы топлива. В связи с этим при буквенном обозначении вещества, входящего в состав топлива, вверху ставят буквы р, с, или г. Под рабочей массой топлива понимают топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю. Состав рабочей массы топлива выражают так:

Ср + Нр + Ор + Np + S°p+ Spк + Ар + Wp = 100%, (15)

Если из топлива исключить балласт, то получаем горючую массу топлива

Сг + Нг + Oг + Nг + Sг° + Sгк = 100%, (16)

Сухая масса топлива соответствует обезвоженному топливу и состав ее следующий:

Сс + Нс + Ос + Nc + Sос + Sск + Ас = 100%, (17)

Пересчет состава топлива с одной массы на другую производят с помощью коэффициентов (табл. 7).

Таблица 7. Коэффициенты пересчета состава топлива с одной массы на другую

Пример 1. Определить состав рабочей массы топлива, содержание горючей массы которого равно: Сг = 75,5%; Нг = 5,5%; Sготк = 4,2%; Ог= 13,2%; Nг = 1,6%; Ар= 18%; Wр = 13%.

Находим коэффициент для перерасчета по табл. 7

100 — (18+ 13) / 100 = 0,69

Умножая на этот коэффициент элементы горючей массы топлива, получим состав его рабочей массы: Ср = 75,5 • 0,69 = 52,1%; Нр = 5,5 • 0,69 = 3,8%; Sро+к= 4,2 • 0,69 = 2,9%; Ор = 13,2 •

0,69 = 9,1%; Np = 1,6 • 0,69 = 1,1%.

Углерод и водород — самые ценные части топлива.

Углерод содержится в значительном количестве в топливе всех видов: древесине и торфе 50-58%, в бурых и каменных углях 65-80%, в тощих углях и антрацитах 90-95%, в сланцах 61-73%, в мазуте 84-87% (цифры даны в процентах на горючую массу топлива). Чем больше углерода в топливе, тем больше оно выделяет тепла при сгорании.

Состав рабочей массы топлива значительно зависит от величины балласта, поэтому чаще всего приводятся данные по составу горючей массы топлива, которая более стабильна для топлива каждого вида и месторождения.

Водород является второй важнейшей частью каждого топлива. В топливе водород частично находится в связанном с кислородом виде, составляя внутреннюю влагу топлива, вследствие чего понижается тепловая ценность топлива. Водород играет большую роль в образовании летучих веществ, выделяющихся при нагревании топлива без доступа воздуха. В состав летучих водород входит в чистом виде и в виде углеводородных и других органических соединений.

Содержание водорода в процентах от горючей массы топлива составляет: в дровах и торфе до 6, бурых каменных углях 3,8-5,8, горючих сланцах до 9,5, в антраците 2 и в мазуте 10,6-11,1.

Кислород, содержащийся в топливе, является балластом. Не будучи теплообразующим элементом и связывая водород топлива, кислород снижает теплоту его сгорания. Содержание кислорода в органической массе топлива с его возрастом снижается с 41% для древесины до 2,2% для антрацита.

Азот также является балластной инертной составляющей топлива, снижающей процентное содержание в нем горючих элементов. При сгорании топлива азот в продуктах сгорания содержится как в свободном виде, так и в виде окислов NOx. Последние относятся к вредным составляющим продуктов сгорания, количество которых должно быть лимитировано.

Сера содержится в топливе в виде органических соединений S° и колчедана Sк, объединяемых в летучую серу Sт. Кроме того, сера входит в состав топлива в виде сернистых солей — сульфатов (например, гипса CaSО2), не способных гореть. Сульфатную серу Sa принято относить к золе топлива.

Присутствие серы значительно снижает качество топлива, так как сернистые газы SО2 и SО3 (соединяясь с Н2О, образуют H2SО4) разрушают металл котельного оборудования, попадая в атмосферу, вредно действуют на живые организмы и растительность. Поэтому сера — крайне нежелательный элемент для топлива. Сернистые газы, проникая в рабочие помещения, могут вызвать отравление обслуживающего персонала.

Зола топлива представляет собой балластную смесь различных минеральных веществ, остающихся после полного сгорания всей горючей части топлива. Зола влияет на качество сгорания топлива отрицательно.

Различают три разновидности золы но ее происхождению: первичная — внутренняя, вторичная и третичная. Первичная зола образуется из минеральных веществ, содержащихся в растениях. Содержание ее в топливе незначительно и распределение равномерно. Вторичная зола получается вследствие заноса растительных остатков землей и песком в период пластообразования. Третичная зола попадает в топливо во время его добычи, хранения или транспортировки.

Зола является нежелательным балластом топлива, снижающим содержание в нем других горючих элементов. Кроме того, зола, образуя отложения на поверхностях нагрева котлоагрегата, уменьшает теплопередачу от газов к воде, пару и воздуху в его элементах. Наличие большого количества золы затрудняет эксплуатацию котлоагрегата. Если зола легкоплавкая, она налипает на поверхности нагрева котла, нарушая нормальный режим его работы (шлакование).

Содержание золы в процентах от рабочей массы топлива составляет: в дровах 0,6, торфе 5-7, в бурых и каменных углях от 4 до 25, в мазуте 0,3.

Твердое топливо при сжигании важное значение имеют характеристика золы, степень ее легкоплавкости. Плавкость золы определяют в лаборатории. В особую электропечь помещают несколько выполненных из золы пирамид «конусов» высотой 20 мм со стороной основания 7 мм. Одна из граней пирамиды должна быть перпендикулярна основанию.

В процессе постепенного нагревания пирамид в электрической печи отмечают три точки (рис. 8): температуру начала деформации t1, определяемую в начале плавления верхушки пирамиды; темпера туру размягчения t2, которая фиксируется в момент, когда верхушка пирамиды наклонится до основания или же пирамида превратится в шар, и температуру t3, когда содержимое пирамиды растечется по основанию.

Зола бывает легкоплавкой с температурой размягчения ниже 1050°С, вызывающая шлакование топки при сжигании топлива, и тугоплавкой с температурой размягчения выше 1050°С.

Учитывая большое влияние зольности на качественные характеристики топлива, для сравнительных подсчетов используют понятие приведенной зольности

АрП=Ар/Qрн, (18)

где Qрн — рабочая низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Влага топлива складывается из внешней, или механической, вызванной поверхностным увлажнением кусков топлива и заполнением влагой пор и капилляров, и равновесной, называемой гигроскопической, которая устанавливается в материале при длительном соприкосновении с окружающим воздухом. Содержание внешней влаги определяют высушиванием пробы топлива на воздухе до постоянной массы, а гигроскопической Wг твердого топлива — высушиванием в сушильном шкафу измельченной пробы воздушно-сухого топлива до постоянной массы при 102-105°С.

Для определения влажности жидкого топлива отстаивают воду в течение суток при 40°С в специальных сосудах и взвешивают всю Пробу и воду. При нахождении влажности газообразного топлива пропускают пробу газа через слой хлористого кальция, поглощающего влагу.

Рис. 8. Характер деформации лабораторного образца золы твердого топлива при определении ее плавкости

В топочной технике используют понятие приведенной влажности, которая показывает, сколько влаги в процентах от рабочей массы топлива приходится на 1 МДж низшей теплоты сгорания

Wрн = Wp/Qрн, (19)

Лету чие вещества и кокс. Для оценки качества топлива и условий горения большое значение имеет выход летучих веществ. Если нагревать топливо без доступа воздуха, то под воздействием высокой температуры (от 200 до 800°С) происходит разложение его на газообразную часть — летучие вещества (водород, метан, тяжелые углеводороды, окись углерода, немного двуокиси углерода и некоторые другие газы, т. е. в основном газообразные горючие вещества) и твердый остаток — кокс. Выход летучих относят к горючей массе топлива и обозначают Yг%.

Выход летучих веществ, их состав, а также температура, при которой они начинают выделяться, определяются химическим возрастом топлива: чем топливо старше по возрасту, тем меньше выход летучих и выше температура начала их выделения. Например, выход летучих торфа составляет приблизительно 70% общей массы горючей части топлива, они начинают выделяться при 120-150°С; выход летучих бурых и молодых каменных углей уменьшается приблизительно от 13 до 58,5%, они начинают выделяться при 170-250°С, а антрацита — до 4% при температуре начала выделения газов около 400°С.

Летучие вещества оказывают большое влияние на процесс горения топлива: чем больше выход летучих, тем ниже температура воспламенения и легче зажигание топлива и тем больше поверхность фронта пламени. Твердое топливо с большим выходом летучих (торф, бурый уголь, молодой каменный уголь) легко загорается и сгорает быстро с малой потерей тепла. Топливо с малым выходом летучих, например антрацит, загорается значительно труднее, горит медленнее и сгорает не полностью.

Кокс, оставшийся после полного выделения летучих, состоит из углерода и минеральных топливных примесей. В зависимости от вида термически разложенного топлива кокс может быть порошкообразным, слипшимся, спекшимся, сплавленным.

Теплота сгорания топлива. Наиболее важной характеристикой топлива является теплота сгорания, которой называют количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 нм3 газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг): 1 ккал — 4,1868, или 4,19, кДж.

Как указывалось ранее, к горючим элементам в топливе относят углерод С, водород Н и летучую горючую серу Sл. Элементарно их горение может быть представлено следующими уравнениями:

С + О2 = СО2; 2Н2 + О2 = 2Н2О; S + О2 = SО2, (20)

В процессе горения горючих элементов выделяется следующее количество тепла при сжигании 1 кг: углерода — 33,65 МДж (8031 ккал/кг), серы — 9 МДж (2172 ккал/кг), водорода — 141,5 МДж (33770 ккал/кг).

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания (Qрв) топлива называют все количество тепла, выделенное при сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива, или 1 нм3 газообразного (при нормальных условиях) и превращении водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, в жидкость. На практике, однако, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (Qрн), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в топливе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Для твердого и жидкого топлива низшая теплота сгорания (кДж/кг или ккал/кг)

Qpн = Qрв-2514 (9Нр+Wр/100), (21)

Qpн = Qрв – 600 (9Нр+Wр/100)

где 2514 — теплота парообразования при температуре 0°С и атмосферном давлении, кДж/кг; Нр и Wp — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %; 9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

Если известен элементарный состав топлива, то низшая теплота сгорания твердого и жидкого топлива, кДж/кг или ккал/кг, может быть определена по эмпирической формуле, предложенной Д. И. Менделеевым:

Qpн = 339,5Ср + 1256Нр — 109 (Ор — Spл) — 25,14 (9Нр + Wp)

или

Qpн = 81Ср + 246Нр — 26 (Ор — Sрл) — 6Wр, (22)

Пример 2. Определить низшую теплоту сгорания топлива, рабочая масса которого имеет следующий состав (из примера 1): Ср = 52,1%; Нр = 3,8; Sрл = 2,9%; Np = 1,1%; Ор = 9,1%; Ар = 18%; Wp = 13%.

Подставляя данные в формулу (22), получим Qpн = 339,5 • 52,1 + 1256 • 3,8 — 109 • (9,1 — 2,9) — 25,14 • (9 • 3,8 + 13) = 20,647 МДж/кг или Qpн = 81 • 52,1 4- 246 • 3,8 — 26 • (9,1 — 2,9) – 6 • 13

= 4916 ккал/кг.

Числовые коэффициенты в этой формуле подобраны экспериментально. Теплота сгорания твердого и жидкого топлива может быть определена и экспериментально, калориметрическим способом. Теплоту сгорания рабочего топлива определяют в калориметре (рис. 9), который состоит из калориметрического сосуда 5, заполненного водой, калориметрической бомбы 2 с чашечкой для навески топлива, оболочки 6, термометра 4, двойной луппы 3, вибратора электродвигателя, пропеллерной мешалки 1 для перемешивания воды в оболочке и подставки 7. Для нахождения теплоты сгорания топлива в чашечку помещают навеску топлива и сжигают ее, а результаты испытания определяют по показаниям термометра.

Для удобства сравнительных расчетов при сжигании в котельных разных сортов топлива введено понятие «условное топливо». Условным принято считать топливо, теплота сгорания которого равна 29,35 МДж/кг (7000 ккал/кг). Пересчет расхода натурального топлива в условное, кг, производят по формуле

Вусл=ВнQpн/29,35 (Вусл=ВнQpн /7000, (23)

Рис. 9. Схема калориметра для определения удельной теплоты сгорания углей

Производственные плановые задания и отчетные данные по топливу всегда удобно выражать в условном топливе.

Пример 3. В котельной в течение месяца сжигается Вн. мес = 200 т топлива с теплотой сгорания Qрн =20,647 МДж/кг (Qрн = 4916 ккал/кг).

Определить годовой расход условного топлива.

Расход условного топлива

Вусл.мес=200•Qpн/29,35=200•20,647/29,35=140

(Вусл.мес=200•Qpн/7000=200•4916/7000=140)

Вусл.год = 140•12=1680

Твердое топливо и его классификация. По химическому возрасту различают три стадии образования твердого топлива: торфяную, буроугольную и каменноугольную. Древесина — это топливо, используемое преимущественно в мелких котельных установках. Широкое применение имеют отходы деревообделочного производства: горбыли, щепа, стружки, опилки, кора и др. Дрова применяют реже.

Влажность воздушно-сухих дров не превышает 25%, полусухих — 35%, свежесрубленных — 50%. Опилки обычно имеют влажность 45-60%. К полусухим относят дрова весенней заготовки, пролежавшие не менее 6 мес после рубки, в том числе не менее двух летних месяцев. К сухим относят дрова, пролежавшие после рубки около года в лесу и влажность которых не превышает 30%.

Дрова как твердое топливо характеризуются высоким выходом летучих горючих веществ — до 85% и незначительным содержанием золы — в среднем до 1%, лишь в сплавных дровах зольность повышается До 5%. Следовательно, балласт дров определяется в основном их влажностью, от которой и зависит теплота сгорания. Теплота сгорания мало зависит от породы дров, что видно из табл. 8.

Таблица 8. Органический состав древесины

Рабочий состав и теплота сгорания древесных отходов (щепы, опилок и др.) не отличаются от состава древесины, из которой они получены.

При пониженной теплоте сгорания дрова имеют преимущества: легкую воспламеняемость, отсутствие серы и малую зольность, что позволяет ограничиваться простыми топочными устройствами, работающими эффективно.

Торф по способу добычи подразделяют на три основных вида: машинно-формовочный (багерный), гидравлический и фрезерный.

При машинно-формовочном способе торфяная масса забирается из торфяного карьера экскаваторами (багерами) и подается на специальные прессы, где получает форму ленты, которая разрезается на отдельные кирпичи, а затем их механически транспортерами распределяют по полю сушки, после чего складывают в штабеля.

Гидравлический способ добычи торфа основан на размывке торфяного массива струей воды, идущей под сильным напором. Получающаяся жижа — пульпа пропускается через специальные растиратели, перекачивается насосами на площадку, где и высушивается. Высушенная торфяная масса особыми машинами нарезается на кирпичи.

Фрезерный способ заключается в том, что торфяное болото последовательно разрабатывается — вспахивается специальными машинами на глубину от 5 до 35 мм. Получаемая торфяная крошка подсушивается, а затем складывается в штабеля.

Торф как топливо по своим свойствам близок к дровам. Влажность торфа колеблется в зависимости от способа добычи, условий сушки и хранения от 30-40 до 50-55%. Влажность же фрезерного торфа выше кускового примерно на 5-10%. Зольность торфа (Ар), добываемого в центральных областях России, колеблется от 7 до 15%. Теплота сгорания Qpн=8,38 — 10,72 МДж/кг (Qpн = 3511 — 4492 ккал/кг).

Ископаемые угли разделяют на бурые, каменные и антрациты.

При классификации угли различают по маркам, классам и группам, а также по составу, крупности, зольности. Марки отличаются одна от другой выходом летучих и степенью спекаемости. Группы углей определяют по величине их зольности. По крупности кусков ископаемые угли делят на классы.

Бурый уголь содержит много влаги, соединяется легко с кислородом воздуха и при длительном хранении на воздухе сильно выветривается и рассыпается в порошок. Кроме того, он обладает большой склонностью к самовозгоранию. По своей структуре отличается повышенным содержанием балласта и необычно высокой гигроскопичностью, вследствие чего влажность бурых углей Wp = 17-55%. Бурые угли не спекаются, отличаются большим выходом летучих (Vг=33,5 — 58,5%) на горючую массу и зольностью на сухую массу (Ас=10,5 — 34%), высоким содержанием серы (Sп=0,6 — 5,9%). Рабочая теплота сгорания Qpн = 10,7 — 17,5 МДж/кг (4177 кдал/кг).

Каменный уголь на территории России имеется в огромных количествах и подразделяется: на длиннопламенный, газовый, паровичный жирный, коксовый паровичный спекающийся и тощий. Каменные угли отличаются высокой теплотой сгорания Qpн = 21,20 — 28,07 МДж/кг (5097 — 6700 ккал/кг). Выход летучих Vг = 3,5 — 45%. Каменный уголь применяют непосредственно как топливо или перерабатывают на кокс. По виду кокса различают угли неспекающиеся (порошкообразный кокс) и спекающиеся (сплавленный кокс, иногда вспученный). Каменные угли довольно плотны и малопористы и содержание внешней влаги в них значительно ниже, чем в бурых углях. Многие каменные угли обладают повышенной механической прочностью. В хранении они более устойчивы, меньше подвержены самовозгоранию, а некоторые их виды совсем не самовозгораются.

Антрацит относится к старейшим по происхождению каменным углям, отличается большой твердостью, трудно загорается, горит коротким пламенем, хорошо выдерживает перегрузки и перевозки.

К ним относят угли с выходом летучих на горючую массу Vr = 2 — 9% и теплотой сгорания горючей массы Qpн = 24,35 — 27,24 МДж/кг (5800-6500 ккал/кг). Переходным между каменными углями и антрацитом является полу антрацит. Антрацит и полуантрацит не самовозгораются. Характеристика твердого топлива энергетического назначения приведена в табл. 9. Марки углей отличаются одна от другой выходом летучих и степенью спекаем ости. Различают следующие марки углей: Д (длиннопламенные), Г (газовые), Ж (жирные), КЖ (коксовые жирные), К (коксовые), С (отощенные спекающиеся), Т (тощие), СС (слабоспекающиеся). Все виды углей по размеру кусков делят на классы (табл. 10). Горючие сланцы являются продуктами разложения растительных остатков, оседавших на дне больших водоемов; смешиваясь с минеральными осадками, образовывалось илистое вещество — сапропель, которое обогащалось водородом, уплотнялось и превращалось в горючие сланцы.

Сланцы имеют теплоту сгорания Qpн= 10,38 МДж/кг (2477 ккал/кг), при их сжигании образуется очень большое количество золы Ас= 64,5%. Выход летучих у сланцев очень высок: Vr = 90%, влажность Wp = 13%. Сланцы являются местным топливом.

Таблица 9. Характеристика твердых и жидких топлив

Первое слагаемое — зола, второе — двуокись углерода карбонатов (минеральная).

На рис. 10 приведена диаграмма состава рабочей массы различных видов топлива.

Рис. 10. Диаграмма состава рабочей массы различных видов топлива

Продолжение таблицы 9

Таблица 10. Классификация углей по размеру кусков

Бурый уголь или лигнит

Бурый уголь или лигнит – это уголь с низкой степенью обугливания, сохранивший анатомическую структуру растительного вещества, из которого он образовался. Данный уголь имеет высшую теплотворную способность менее 24 МДж/кг (5700 ккал/кг) на беззольной, влажной основе. Его коэффициент отражения витринита менее 0,5.

Суббитоминозный уголь, или бурый уголь – горючее полезное ископаемое, ископаемый уголь 2-й стадии метаморфизма (переходное звено между лигнитом и каменным углем), получается из лигнита или напрямую из торфа.

Рис. 6. Десятитонный кусок бурого угля в Музее бурого угля в Японии

Классификация ископаемых углей довольно запутана, например, в Англии и Евросоюзе используют термин лигнит (которой считается синонимом бурого угля), а в Америке понятия бурый уголь и лигнит выделяются отдельно и очень четко. На территории России синонимом бурого угля является такое понятие как лигнит. В основном данный тип углей называют бурым углем также к этой категории относят и лигнит высокой степени углефикации (ВСУ) и не учитывая суббитуминозные угли высокой степени углефикации, последние угли уже классифицируют как каменный уголь.

Рис. 7. Наиболее типичный внешний вид бурого угля

Использование бурого угля в России и многих других странах для большой энергетики в качестве топлива значительно уступает использованию каменного угля. Однако низкая стоимость делает его привлекательным для сжигания в мелких и частных котельных, где доля его использования в среднем составляет до 80 %. Сжигание бурого угля осуществляется в пылевидном (при хранении бурый уголь высыхает и рассыпается) и кусковом видах в слое. Основным энергетическим топливом на тепловых электростанциях Греции и особенно Германии бурый уголь используется для выработки электроэнергии. Так в Греции на таких станциях вырабатывается до 50 % электроэнергии, 24,6 % – в Германии.

Набирает обороты и производство жидких углеводородных топлив из бурого угля посредством перегонки. После перегонки остаток годится для получения сажи. Из него извлекают горючий газ, получают углещелочные реагенты и монтан-воск (горный воск). В небольших количества монтан-воск применяют для изготовления поделок.

Если говорить о стабильности рынка в отношении энергетических углей, то он достаточно стабилен. В связи с чем увеличения объема продаж бурого вряд ли ожидаются. Наряду со стабильной ситуацией в энергетике возник недостаток металлургических топлив и коксовой продукции. И поэтому сейчас многие ресурсы направлены на выработку технологий по переработке бурых углей в готовый продукт для нужд металлургиии. Такая переработка в перспективе будет экономически обоснована, потому как стоимость коксовой продукции в несколько раз дороже рядового угля.

Рис. 8. Установка, генерирующая электричество из бурого угля

В мире карбонизацией бурых углей уже долгие годы занимаются два предприятия: комбинат «Райнбраунколе» мощностью 210 тыс. т/год кокса в Германии и мощностью 80 тыс. т/год. Разработанные в 30-е годы прошлого столетия и затем усовершенствованные технологии , отличаются чрезвычайно высокой капиталоемкостью. Данные аспект делает недоступным покупку импортных технологий и оборудования.

В России данной тематикой занимается достаточно большое число научных коллективов, имеются и технологические разработки на тему термического облагораживания бурого угля. Но в большинстве случаев данные исследования выполняются только на уровне лабораторных

установок. Известно, что путь от лабораторной установки до коммерческого предприятия с надежной технологией проходят только 5 % от всех разработок. Обусловлено это большими инвестициями и большим сроком апробации, отдача от которых вернется очень нескоро.

Топливо для твердотопливных котлов отопления

В универсальном твердотопливном котле Стропува были испробованы различные виды топлива. Цель испытаний – помочь потребителю с выбором топлива, по его цене или удобству в использовании. Котел универсальный S40. Дом старой постройки. В жилых помещениях площадью 135м2 поддерживалась температура 22–23°С, в мастерских площадью 40м2 – 8–12°С. За время испытания дом в сутки тратил 133 – 162 кВт/ч тепла. Поэтому котел работал в низком режиме – 10–15% от своей нормальной мощности. Топливо, закупленное прямо у поставщиков, взвешивалось и закладывалось в котел без перебора, сортировки, без вычета влажности топлива, без оценки экономичности котла, поэтому калорийность будет отличаться от той, которую декларируют поставщики. По похожим причинам количество топлива в топке так же является приблизительным. Например, в топку поместится больше килограмм каменного угля, загружаемого с улицы, чем сухого со склада.

Ольховые дрова.

1кг в котле выделяет 2,86 кВт/ч тепла (2460 ккал). Помещается в S40 — 70кг, S20 – 50кг, S10 – 25кг, S7 – 15кг). Дрова на чердаке пролежали 16 месяцев, крупные, много не колотых поленьев 15 – 25 см.

Стружка еловая, мелкая.

1кг – 3,2кВт/ч (2750ккал) Помещается в S40 – 66кг, S20 – 48, S10 – 24кг, S7 – 14кг.) Стружка измельчена 10 месяцев назад.

Брикеты ольхи черной.

1кг – 3,49 кВт/ч (3000ккал) Помещается в S40 – 170кг, S20 -100кг, S10 – 50кг, S7 – 30кг. Брикеты крупные, размером с пивной бокал. Хорошо сгорают с предназначенным для дров щелевым диффузором.

Брикеты твердолиственных пород.

1кг – 3,1 кВт/ч (2670ккал) Помещается в S40 – 175кг, S20 – 110кг, S10 – 55кг, S7 – 33кг. Кусковые брикеты размером с компьютерную мышку, преобладает клен. Горели нестабильно. Рекомендуется использовать воздуходув и предназначенный для угля трубчатый диффузор. Несмотря на то, что объем твердолиственных пород выделяет больше энергии, вес — меньше, чем у легкого дерева (ель, осина…), поэтому если дрова твердолиственных пород (м2) дороже, то продаваемые на развес брикеты твердолиственных пород (кг) должны быть дешевле брикетов из легкого дерева. При отоплении любым древесным топливом пепел следует удалять каждые 10 -30 дней. Разгоревшись, древесина выделяет мало дыма, но пока разгорится, дым бывает более густым. Поэтому не рекомендуется завершать загрузку мелкими дровами, напротив, под краями распределителя следует поместить поленья покрупнее, а в середине достаточно 0,2 – 0,5 кг мелкой растопки.

Брикеты литовского торфа.

1кг – 2,26кВт/ч (2000ккал) Помещается в универсальный котел s40 – 175кг, s20 – 110кг, s10 – 55кг. Литовский торф следует сжигать без нижнего воздуха, но с воздуходувом и трубчатым диффузором. В конце, для быстрейшего окончания горения, следует открыть воздух снизу. Литовский торф содержит вдвое меньше пепла, чем белорусский, но перед каждой загрузкой не помешает почистить.

Брикеты белорусского торфа.

1кг – 2,36кВт/ч (2290ккал) Помещается в универсальный котел s40 – 190кг, s20 – 119кг, s10 – 90кг. Белорусский торф следует сжигать с нижней подачей воздуха, используя воздуходув и трубчатый диффузор. Белорусский торф содержит очень много пепла, образуются сплавленные шлаки. Пепел следует удалять перед каждой загрузкой. При отоплении торфом из дымовой трубы выбрасывается много твердых частиц, чувствуется кислый запах, поэтому не рекомендуется топить торфом в густонаселенных местностях.

Каменный уголь ДПК.

1кг – 4,85кВт/ч (4170ккал) Помещается в универсальный котел s40 – 210кг, s20 – 140кг, s10 — 65кг. Как и вышеупомянутые виды топлива, закладка угля растапливается сверху загрузив около 5 кг дров. Следует открыть подачу воздуха снизу и использовать трубчатый диффузор. Каждый раз после выгорания закладки, пепел следует удалить. Каменный уголь – более дорогое топливо, но проще в использовании: закладка котла s20 выделяет 680кВт/ч, столько энергии для дома с суточной потребностью 150 кВт/ч, хватит на 4 суток.

Каменный уголь ССОМ.

1кг – 5,59кВт/ч (4810ккал) Помещается в универсальный котел s40 – 230кг, s20 – 145кг, s10 – 70кг. Этот уголь еще калорийнее и дороже. Но, не смотря на то, что мы платим дороже, ккал стоит столько же, сколько при использовании вышеупомянутого угля. Особенности отопления такие же, как и при использовании угля ДПК. Пока разгорится, уголь пол дня немного дымится.

Мелкий антрацит АМ.

1кг – 5,68 кВт/ч (4875ккал) Помещается в универсальный котел s40 – 270кг, s20 – 170кг, s10 – 85кг. Антрациты с трудом разгораются, но горят жарким пламенем без дыма, поэтому из дымовой трубы не видно дыма, и по этой причине удобно топить в населенных пунктах. Антрацит следует загружать до низа верхней дверцы, сверху следует положить около 10 кг дров. Когда дрова хорошо разгорятся (превратятся в горящие угли) сверху на них загрузите еще 15 – 40кг антрацита и опустите трубчатый диффузор. Не паникуйте, что в отопительной системе температура на час-другой упадет. Ни в коем случае не перемешивайте топливо – это приведет к потуханию. Для горения антрацита требуется более массивный очаг горения, чем для других видов топлива, поэтому около 15 – 30кг его не сгорает – приходится при извлечении пепла вернуть в следующую закладку. По этой причине для отопления антрацитом удобнее котлы с большими топливными емкостями, а для отопления больше подходит крупный антрацит.

Крупный антрацит AKO.

1кг – 5,72кВт/ч (4920ккал) Помещается в s40 – 280кг, s20 – 175кг, s10 – 88кг. Свойства и способ разжигания такой же, как и при использовании мелкого антрацита. При соблюдении указанных рекомендаций, детали котла прослужат долго, поскольку на них не будет действовать высокая температура, которую развивает данный вид топлива.

При выборе топлива, зная предлагаемые цены и сколько какое топливо в котле выделяет энергии, Вы можете подсчитать цены единицы энергии

, напр.: 1кВт/ч антрацита будет стоить: предлагаемую цену за 1 кг – 5 руб. : 5,72кВт/ч = 0,87 руб. По энергетическому паспорту дома или при наличии в системе теплового счетчика, Вы будете знать тепловую потребность Вашего дома, напр.: За сезон 25000кВт/ч – подсчитаете цену отопления и количество топлива на сезон: 25000кВт/ч антрацита : 5,72 кВт/ч = 4,37т топлива • 5000 руб. = 21850 руб. Сколько будет гореть одна закладка? Закладка 25кг дров X 2,86кВт/ч: тепловая потребность дома в сутки 70кВт/ч = 1 сутки.

Рекомендуем:

Простой автоматический Сервис подбора котла
Для тех, кто не определился в выборе твердотопливного котла, рекомендуем почитать обзорную статью «Котлы на твердом топливе — котлы отопления нового поколения». А также «Твердотопливные котлы длительного горения — современное отопление частных домов».

Торф

Торф (нем. Torf) – это горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков мхов, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см, (если меньше, то это заболоченные земли).

Рис. 9. Торфяной среднеразложившийся горизонт дерново- подзолистой грунтово-оглеенной почвы

Торф отличается от почвенных образований содержанием органических соединений, их количество в торфе составляет не менее 50 % по отношению к абсолютно сухой массе. В 30-50 гг. прошлого столетия торф активно применяли в энергетике и для выработки газа, а также для отопления домов.

Применение торфа как топлива обусловлено его составом: большим содержанием углерода, малым содержанием серы, вредных негорючих остатков и примесей. По сути, это молодой уголь.

Основными недостатками торфа является низкая теплотворная способность, а также трудность его сжигания, что обусловлено большим содержанием влаги (до 65%).

Преимуществами торфяного топлива являются:

экологическая чистота сгорания (малая доля серы);
полное горение (малый остаток золы);
низкая себестоимость производства;
появившиеся новые технологии сжигания.

Рис. 10. Торф в руке

В ходе маркетингового исследования «Российский рынок органических удобрений: итоги 2011 г., прогноз 2012-2013 гг.», проведенного NeoAnalytics выяснилось, что производство торфа для сельского хозяйства ожидают большие перспективы. Это можно характеризовать тем, что торфяная промышленность пришла в упадок. Так в период с 1990 по 2011 год добычи торфа сократились более чем в 20 раз, большинство предприятий, связанных с добычей и переработкой торфа, прекратили деятельность, на других, действующих в настоящее время предприятиях, оборудование физически и морально устарело. Разрабатываемые ранее залежи торфа зарастают, что удорожает добычу торфа, или возвращены в гослесфонд как не используемые.

Рис. 11. Свойства и области применения торфа

Рис. 12. Добыча торфа

Если сравнивать показатели добычи торфа, то легко заметить ее снижение. Так в 2011 году было произведено 128 тыс. тонн торфа для сельского хозяйства, что почти в 30 раз меньше добычи в 1998 году (3834 тыс. тонн). Запасы торфа по экономическим районам России распределены следующим образом: более половины запасов (51%) торфа расположено в Западно-Сибирском районе, затем на втором месте идет – Северный регион (18%), на третьем месте – Дальневосточный (13%). Наименьшие запасы торфа находится в Центральном экономическом районе, порядка 2 %.

Торф относят к возобновляемым природным ресурсам.

Используют его в основном в энергетике и сельском хозяйстве.

Более 65 % добываемого торфа поставляется для нужд сельского хозяйства. В целом торфяные ресурсы в мировом масштабе оцениваются более 400 млн. гектаров. Из них 162,7 млрд. тонн при влажности в 40 % расположены на территории Российской Федерации.

Рис. 13. Торф в сельском хозяйстве

Брикетное топливо

Брикетное топливо – это еще одно назначение каменноугольных брикетов. Брикетирование происходит путем спекания угольных или торфяных частиц, под действием температуры и давления, в брикеты правильной формы. Для лучшей спекаемости угольных частиц в угольные брикеты при их производстве добавляют связующие.

Торфяные брикеты – это готовый к сжиганию продукт, изготавливаемый из сырого торфа с добавлением связующих веществ или без них, последующей сушкой и обработкой высоким давлением.

Рис. 14. Торфяные топливные брикеты

Буроугольные брикеты – изготавливают из бурого угля и лигнита. Их спекание производят под высоким давлением без добавления связующих веществ после предварительного дробления и сушки с образованием брикетов правильной формы.

Какие виды топлива сейчас существуют

Обогрев квартир, домов котлами популярен, потому вариантов топлива достаточно, чтобы выбрать оптимальный. Выбор сырья часто зависит от модели агрегата. Виды топлива:

древесина. Дрова можно подготовить самостоятельно, приобрести готовые балки для розжига;

Дрова для котла
Покупая дрова с запасом, нужно оборудовать место для правильного хранения топлива. Пространство должно ограничивать поступление сырости.

уголь. Сырье экономно, долго отапливает помещение. Цена топлива доступна, время горения длительное;

Уголь для розжига

пеллеты, брикеты из древесины. Цена достаточно высока, но материал обеспечивает длительный период горения;

Пеллеты для отопления

торфяные брикеты. Сырье дорогое. Однако, цена оправдывает качество. У торфяных брикетов высокий коэффициент полезного действия, потому расход минимален;

Брикеты для обогрева

кокс. Обеспечивает долгое горение, за счет которого в помещении комфортная температура.

Виды топлива
Каждый вид топлива имеет плюсы, минусы.

При покупке сырья нужно учитывать, какой вид подходит для конкретного прибора.

Кокс

Кокс – это твердый остаток, получаемый путем сухой перегонки каменного угля или лигнита при полном отсутствии доступа воздуха (карбонизация).

Различают каменноугольный, буроугольный и газовый кокс.

6.1 Кокс каменноугольный

Кокс каменноугольный (от нем. Koks и англ. coke) – это твѐрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путѐм коксования каменного угля при температурах 950-1100 °С без доступа воздуха. Кокс содержит 96-98 % С, остальное Н, S, N, O. Пористость 49-53 %, истинная плотность 1,80-1,95 г/см³, кажущаяся плотность ≈ 1 г/см³, насыпная масса 400-500 кг/м³, зольность 9-12 %, выход летучих веществ 1 %. Влажность при тушении водой и инертным газом соответственно 2-4 % и не более 0,5 %. Предел прочности при сжатии 15-25 МПа, при срезе (характеризует устойчивость к истиранию) 6-12 МПа, теплота сгорания 29-30 МДж/кг.

Рис. 15. Кокс каменноугольный

Для выплавки чугуна в основном применяют каменноугольный кокс как высококачественное бездымное топливо или по-другому доменный кокс, также его применяют как восстановитель железной руды и разрыхлитель шихтовых материалов. Также каменноугольный кокс используют как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса).

Доменный кокс выпускают с размером кусков не менее 25- 40 мм, наличие мелочи должно составлять не более 3% (куски до 25 мм и не более 2-3 % для кусков больше 80 мм.

Литейный кокс, если рассматривать его по размерам кусков, то окажется что он крупнее доменного. Он также более пригоден как продукт, в котором присутствуют куски менее 60-80 мм. Главное чем отличается литейный кокс от доменного является то, что в нем содержится очень мало серы, менее 1 % против 2 % в доменном коксе.

При производстве ферросплавов активно применяют кокс мелких фракций порядка 10-25 мм. Применяемые коксы обладают высокой степенью реакционной способности. Если говорить о прочности кокса то эти требования менее строгие, чем, например, к доменному или литейному коксу.

Рис. 16. Доменный процесс

Наиболее лучшим коксом для любого типа производства является прочный, малозольный кокс с низким содержанием серы и малым количеством мелких фракций.

В современном мире производство каменноугольного кокса составляет около 550-650 млн. т/год. Больше половины от этого объема производится в КНР (60-70 % мирового производства).

6.2 Газовый кокс

Газовый кокс – это побочный продукт переработки угля, используемого для производства искусственного газа на газовых заводах, и печной кокс, к которому относятся все другие виды кокса, получаемые из каменного угля.

6.3 Буроугольный кокс

Буроугольный кокс – это твердый продукт, получаемый путем карбонизации буроугольных брикетов.

Рис. 17. Частицы угля в буроугольном коксе

Сегодня основными потребителями буроугольных коксов являются черная и цветная металлургия. Здесь его используют в качестве восстановителя или технологического топлива для агломерации, и изготовления ферросплавов, в качестве отощающей добавки в производстве металлургического кокса и основного наполнителя при изготовлении коксобрикетов. Изготовленные коксоугольные брикеты применяют как бытовое топливо. Основные наполнители такого кокса это тяжелая или суммарная смола и полукокс. Полукоксы активно используются и для их газификации с получением горючего газа и в некоторых химических производствах.

Древесные товарные формы

В качестве альтернативы природному сырью разработаны и выпускаются евродрова. Они спрессованы в виде ствола или кирпичика из отходов деревообрабатывающей промышленности, пищевого производства и сельскохозяйственной отрасли. Для их формовки используется распаривание с последующим прессованием. Чаще всего связующих добавок не применяют, а склеивают частицы лигнином — полимером природного происхождения.

Плитки Пини-кей

Выпускают их в форме полена с торцом в виде шестиугольника. По длине проходит продольный паз. Высокая плотность товара (1,1-1,4 г/см³) получается во время прессовки на шнековых агрегатах под давлением. Технологический паз на поверхности усиливает горение, прохождение воздушного потока при складировании в топке, увеличивает площадь тления.

Темный колер брикету придается во время термической обработки (нагрев до 200°С), благодаря которой изделия становятся устойчивыми к влаге. Марка товара Нестро изготавливается на механических прессах, работающих ударным способом, при этом возникает давление 450-650 бар. Плотность изделий ниже обычных (0,95-1,25 г/см³). Цилиндры поступают в продажу без бокового паза, но иногда он присутствует.

Изделия для котлов Руф

Топливный материал, выпускаемый под этой маркой, отличается формой в виде кирпича. Изготавливается путем прессовки на гидравлическом оборудовании, при этом создается давление 350-450 бар. Плотность камней — 0,73-0,85 г/см³, сырьем служит древесина и ее отходы.

За счет большей твердости (по сравнению с дровами) и сухому состоянию (4,5-6% влаги) брикеты выделяют 3750 ккал тепла при горении, что больше среднего показателя любой древесины. На конечные физические свойства продукции влияет выбор исходного материала. Для производства используют лиственные и хвойные стволы или растительные остатки другой органики.

Много тепла дают изделия, в которых использована шелуха семян подсолнечника. Брикеты сгорают без остатка, золы мало. В химическом составе сырья присутствует масло, что повышает температуру в топке. Есть и обратная сторона — загрязняется сажей дымовой канал.

Опилочный материал

Брикеты из отходов при выстругивании по объему выделяемого тепла стоят на втором месте и сопоставимы с деревянными брусками. При выборе материала для печи учитывают показатель теплотворности сырья. По сравнению с отопительными брикетами из рисовой шелухи, которые образуют 21% золы, опилочный товар дает только 2,6%.

При покупке обращают внимание на габариты изделия. Качественные образцы выпускают толщиной 6-8 см, а длина элемента не превышает 35 см. Уменьшение размеров ведет к удешевлению материала, такие бруски производятся в 4-6 см на 5-15 см. Эти параметры связаны с рыхлым телом полена, которое распадется при увеличении габаритов.

Выпуск брикетов преследует цель сохранения лесных массивов и является в этом смысле предпочтительным видом топлива. Брикеты создают из гречихи, шелухи семечек, тырсы, опилок, стружек, кукурузных стеблей, сена. При этом целые стволы в работе не используются.

Положительный момент заключается в идеальной форме, в результате чего брикеты укладываются в жерло компактно и позволяют долго не заглядывать в топку. Это имеет значение при эксплуатации газогенераторных котлов, сжигающих дополнительно выделяемые продукты горения.

Пеллеты — гранулы для печи

Изделия выпускают в диаметре до 8 мм, их длина составляет 5 см. Это распространенное топливо для пеллетных котлов, использующихся во многих странах мира. Сырьем служит солома, птичий помет, отходы деревообработки.

Масса дробится и перемалывается в мелкую крошку, затем поступает на гранулярный пресс для обжима и придания формы. Изделия после обработки отличаются повышенной плотностью и сниженной влажностью. В продаже встречаются гранулы темного цвета, подверженные выдержке в высокой температуре. Их показатели улучшены, такой материал называется биоуголь. Гранулы различают по сортам:

Стандартные темного цвета из-за сырьевой базы (гречишная шелуха и семечки). После сгорания образуют 3% золы. Оптимальный вид топлива по приемлемой цене при достаточном обогреве.
Премиум-гранулы. Серые или белые с высоким выделением тепла и остатком золы после разложения (0,4%).
Промышленные. Используются в индустриальных печах. Эти изделия грязно-серого цвета выпускают из древесных отходов с включением коры. Отличаются низкой стоимостью.

Чтобы использовать гранулы при отоплении, устанавливают специальные котлы, в которых есть топка и бункер. Технологичная горелка таких печей позволяет им приблизиться по показателям к газовым моделям котлов.

Горючий сланец

Горючий сланец – это осадочная порода с высоким содержанием органического вещества (керогена), которое может быть преобразовано в сырую нефть или газ путем нагревания.

Горючий сланец полезное ископаемое из группы твердых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Образование сланцев в основном происходило 450 миллионов лет тому назад на дне моря из растительных и животных остатков.

Горючий сланец состоит из преобладающих минеральных (каолинит, кальцит, монтмориллонит, кварц, полевые шпаты, доломит, гидрослюды, пирит и др.) и органических частей (кероген), последняя составляет 10-30 % от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50-70 %. Органическая часть является био- и геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение (талломоальгинит) или потерявшим его (коллоальгинит); в виде примеси в органической части присутствуют измененные остатки высших растений (витринит, фюзенит, липоидинит).

Рис. 18. Кукерсит (горючий сланец).

Горючие сланцы – это порода смешанного обломочного и органогенного происхождения; образуются на дне морей, лагун, озер при одновременном осаждении глинистых частиц, карбонатного вещества и сапропелевого ила с органическими остатками (планктон, высшие растения) в условиях ограниченной циркуляции воды и воздуха. Скопившаяся органическо- минеральная масса постепенно уплотняется и преобразуется в плотную осадочную породу.

Горючие сланцы зарекомендовали себя в первую очередь как очень ценное энергетическое сырье. Их применяют и в качестве топлива, а также в различных отраслях: химической промышленности, сельском хозяйстве и дорожном строительстве, в энергетике, при производстве строительных материалов. Особую ценность представляет сланцевая смола. Ее используют как сырье для изготовления жидкого топлива, а также различных ценных химических продуктов (олифы, серы, ядохимикатов, красок). Также из горючих сланцев иногда получают синтетическую нефть. Они также содержат значительные концентрации радиоактивных и редкоземельных элементов.

Данные породы делятся, в частности, на горючие, глинистые и кристаллические. Ежедневный спектр применения сланцев весьма велик. Например, сланцевые породы используют для производства огнестойкого сырья, в строительстве для внешней отделки, к этой же породе относится и известная всем черепица.

Сланцевый газ, добывают из пород, залегающих на большой глубине. В основном такой газ храниться в сланцах, которые имеют пористую структуру. Содержание газа в сланцах небольшое и храниться он там мелкими в промышленном понимании порциями. Таким образом, при выкачивании газа из сланцевых пород в него попадает множество примесей. Сегодня содержание метана в добываемом газе варьируется от 30 до 70 %. Это обстоятельство говорит о необходимости в и без того сложном процессе добычи газа производить очистку газа. Поэтому для добычи недорогого, но при этом чистого газа стремятся разрабатывать залежи газа по форме напоминающих пузыри.

По данным международного энергетического агентства IEA и независимой консалтинговой компании в области энергетики ARI на июнь 2013 крупнейшие запасы сланцевого газа находятся в США – около 32,875 миллиардов кубометров. На втором месте находится Китай – там по оценкам экспертов сконцентрировано 31,573 миллиардов кубометров. В Европе значительные запасы сланцевого газа обнаружены в Австрии, Великобритании, Венгрии, Германии, Швеции, Украине и Польше. Россия в этом рейтинге занимает лишь 9 место, зато с большим отрывом лидирует в списке обладателей сланцевой нефти.

Рис. 19. Схема добычи сланцевого газа

Сегодня добычу сланцевого газа запретили в ряде стран Европы путем введения моратория. Обусловлено это заботой об окружающей среде. Россия так же заявила, что не собирается начинать освоение сланцевого газа в ближайшие десятилетия. США наоборот уже несколько дет ведет добычу сланцевого газа. Мировые запасы сланцевого газа на сегодняшний день оцениваются как 220,729 миллиардов кубометров.

Битуминозные пески

Битуминозные пески – это пески или песчаники (битумы) с высоким содержанием смолистых углеродов, способные выделять нефть при нагревании или других процессах извлечения.

К битуминозным пескам относят и другие виды сырой нефти, а также густых вязких нефтяных продуктов с большой плотностью и вязкостью. Данные битумы или правильнее битуминозные пески не могут быть добыты традиционным способом добычи нефти, т. е. путем естественного фонтанирования или откачки. Причина этого кроется как раз в их плотности и вязкости. Для их добычи стремятся снизить их вязкость с помощью нагревания, содержащих их твердых пород, и тем самым отделить их. Кроме того, применяют и много других специальных способов добычи нефти из битуминозных песков.

Тяжелые виды сырой нефти также относят к категории твердых топлив. Параметром, разграничивающим сырую нефть и битумы, является показатель их вязкости. Если говорит о разграничении сверхтяжелой сырой нефти, тяжелой сырой нефти и другими видами нефти необходимо оценивают их плотность.

Рис. 20. Фото битуминозных песков

Нефтяные пески Венесуэлы и Канады содержат большие запасы нефти около 3400 млрд. баррелей. Разработка данных залежей производится в основном карьерным или шахтным способом. Сегодня такие ведущие компании как Shell и BP до сих пор не способны предложить технологию, которая позволила бы добывать большие объемы нефти из нефтяных песков. Однако это не останавливает их в поисках и они до сих пор продолжают свои исследования.

Запасы нефти в битуминозных песках Альберты (Канада) и в Ориноко (Венесуэла) составляют соответственно 1,7 и 2,0 трлн. баррелей, в то время как мировые запасы обычной нефти на начало 2006 года оценивались в 1,1 трлн. баррелей. Добыча нефти в 2006 из битуминозных песков Альберты составила 1,126 Мб/д (млн. баррелей в день). Добыча нефти из битуминозных песков Ориноко составляет 0,5 Мб/д. Вся мировая добыча нефти составляет около 84 Мб/д. Таким образом, хотя запасы битуминозных песков огромны, добыча нефти из них в обозримом будущем (согласно нынешним прогнозам) будет удовлетворять всего несколько процентов от мировых потребностей нефти. Проблема в том, что нынешние технологии добычи нефти из битуминозных песков требуют большого количества пресной воды.