Какое свойство угля и торфа позволяет использовать их как топливо
Установка твердотопливного котла — один из популярных способов решения проблемы отопления в доме. Выбор топлива в первую очередь зависит от степени его доступности. Потому что, каким бы эффективным и экономически выгодным оно ни было, если на его доставку вы будете тратить значительные силы и средства, то это — невыгодный вариант.
Горящее топливо
В первой части статьи о плюсах и минусах различных видов твёрдого топлива для котлов я рассматривала самые распространённые — древесину и её разнообразные технологические производные: топливные брикеты и пеллеты. В этой части речь пойдёт об ископаемых видах углеводородов, используемых в качестве твёрдого топлива для бытовых котлов.
Классификация ископаемого твёрдого топлива
Уголь — самое энергоэффективное твёрдое топливо, используемое в бытовых приборах отопления. В СССР и России удельная теплота сгорания одного килограмма каменного угля считалась и считается «условным топливом». Эта единица («условное топливо») используется для расчёта теплотворности производных нефти. Использование угля лежало в основе цивилизационного скачка человеческого общества: с этим ископаемым топливом связана промышленная революция. Все ископаемые виды твёрдого топлива различают и классифицируют по степени углефикации — природного процесса метаморфизации органических веществ:
торф;
бурый уголь;
каменный уголь;
антрацит.
Угольный разрез
Степень углефикации — это геологический возраст ископаемого. В процессе углефикации повышается количество углерода и уменьшается доля летучих веществ: сначала кислорода, а на более поздних стадиях — азота и водорода. Изменяются и физические характеристики угля: повышается плотность, снижается влагопоглощательная способность, меняется электропроводимость и теплопроводность. А главное — увеличивается удельная теплота сгорания.
Торф по своему составу и геологическому возрасту — самое молодое образование. И, собственно, углём он ещё не стал: он находится в самом начале пути превращения органических остатков в уголь. Торф — это наслоения не до конца разложившихся в условиях болот мхов и другой растительности. Со временем, в результате естественных процессов, сформировавшийся торф покрывается так называемой кровлей — слоем грунта. Постепенно торф опускается глубже, испытывает давление, вытесняющее из него кислород и воду, и увеличение температуры. Начинается процесс метаморфизма торфа в следующую стадию — бурый уголь.
Торфоразработка
Надо понимать, что схематично описываемый процесс превращения древних торфяников в угольные пласты растянут на миллионы лет. Но даже пока торф ещё не стал углём, он уже является топливом: в нём содержится около 50% углерода и его удельная теплота сгорания составляет от 8 до 15 МДж/кг — такая же, как у древесины. Теплотворность зависит от вида торфа и количества балластных примесей — зольности. Из добытого торфа изготавливаются топливные брикеты, которые подходят для печей, каминов и котлов. По количеству выдаваемой теплоты и образованию золы такое топливо сопоставимо с обычными дровами и топливными брикетами из древесных отходов. Их стоимость выше, чем у дров, но ниже цены на топливные брикеты из древесины.
Торфяные топливные брикеты
Тем, кто планирует приобрести в качестве топлива прессованный торф, нужно иметь в виду, что качество брикетов из него может быть разным. Некоторые рассыпаются, при сжигании издают неприятный запах, а после сгорания оставляют много золы. Причиной этого может быть недобросовестность производителя и низкое качество исходного сырья: его технические параметры зависят от глубины залегания торфа и от места добычи.
Бурый уголь
Бурый уголь принадлежит к третьей, низшей (буроугольной) степени углефикации. Залегает на глубине около километра. В советской и российской геологической школе, а также в странах Евросоюза и Англии, бурые угли ещё называют лигнитом. В Америке лигниты — вещества, содержащие лигнин (целлюлозные ткани), — выделяют в отдельную группу, предшествующую бурым углям. Бурый уголь имеет цвет от тёмно-коричневого (бурого) до чёрного. Часто в его структуре заметны растительные остатки, на изломе кусок такого угля похож на землю или древесину.
Кусок бурого угля
Он содержит 50-70% углерода, много летучих веществ и воды. Вода и большое количество примесей (кислород и азот) значительно снижают теплотворную способность бурого угля, она составляет около 15 МДж/кг. А летучие вещества облегчают розжиг: бурый уголь легко воспламеняется. Повышенное содержание примесей и летучих веществ приводит к образованию большого количества золы при сжигании — до 40%, коптящего пламени и осаждению сажи в дымоходе. Бурый уголь включает в себя много серы. Горение этого вида топлива сопровождается запахом гари. На открытом воздухе содержащаяся в буром угле вода испаряется, и куски рассыпаются в порошок. Это ещё одна особенность, осложняющая использование бурого угля в качестве топлива: необходим либо котёл со специальной горелкой, позволяющей сжигать пылевидное топливо, либо предварительное прессование угольной пыли в брикеты.
Брикеты бурого угля
Как топливо бурый уголь используется реже чем каменный, чаще всего в частных домах небольших населённых пунктов. Его стоимость невысока: тонна бурого угля стоит от 900 до 1400 рублей в зависимости от марки.
Каменный уголь
Каменный уголь в качестве топлива использовался с древних времён. Упоминание о нём можно встретить в трудах Аристотеля (IV век до н. э.). Каменный уголь принадлежит к второй степени углефикации — каменноугольной. Основные его запасы образовались в каменноугольном периоде (карбоне) — примерно 358 млн лет назад. Это довольно плотная порода чёрного или чёрно-серого цвета с характерным угольным блеском на изломе. По степени блеска можно определить одно из качеств твёрдого топлива — зольность, то есть количество балластных минеральных веществ, не участвующих в горении. Чем более матовую поверхность имеет уголь, тем больше в нём примесей.
Добыча угля в шахте
Каменный уголь содержит от 72 до 90% углерода, что позволяет ему иметь высокую удельную теплоту сгорания — 22-26 МДж/кг. При сжигании одного килограмма такого топлива получают до 6120 ккал или 7,2 кВт/час. Широкая распространённость и относительно небольшая цена (от 1100 до 2850 рублей за тонну) при высокой энергоэффективности делает каменный уголь наиболее популярным видом топлива для бытовых котлов. Стоимость каменного угля зависит от марки (технических параметров и фракции).
Железнодорожные составы с каменным углём
Отопление этим видом топлива связано с некоторыми особенностями:
модель котла;
Для эффективной работы требуется котёл, приспособленный для топки именно углём. Его топливник должен иметь трапециевидную форму, а наличие бункера очень желательно для организации непрерывной подачи топлива, иначе перевоплощаться в кочегара придётся несколько раз в сутки. Как правило, котлы, рассчитанные на топку углём, стоят дороже тех, что работают на дровах.
уголь грязный;
Запасы угля содержат угольную пыль, которая загрязняет и место хранения угля, и помещение котельной и человека, обслуживающего котельное оборудование.
Уголь
При сжигании угля в обычных котлах в продуктах сгорания остаётся довольно много недогоревших частиц (сажи). Эта чёрная пыль оседает на территории участка, особенно чётко это видно зимой на фоне белого снега. С этой проблемой помогают справится пиролизные модели угольных котлов, которые имеют дожиг продуктов сгорания. Пиролизные котлы обладают и большей эффективностью в сравнении с обыкновенными, их КПД достигает 85%. При сжигании каменного угля атмосфера загрязняется. У газогенераторных (пиролизных) котлов процент выброса в атмосферу вредных веществ ниже, правда, и стоимость их на порядок больше. Отопление углём требует хорошо организованной системы вентиляции котельной. При недостатке кислорода во время горения образуются токсичные вещества.
хранение;
Влага, впитывающаяся в уголь, снижает его эффективность. Степень влажности угля особенно важна при топке высокотехнологичных моделей котлов, требовательных к качеству топлива.
Антрацит
Каменный уголь самого высокого качества — антрацит. Это древнейший из ископаемых видов твёрдого топлива — в последней стадии углефикации. Чаще всего месторождения антрацита находятся в местностях с высокой геологической активностью. В результате сдвигов земной коры массивы этого ископаемого топлива оказываются погребёнными под очень большим (в несколько километров) слоем грунта. Антрацит содержит до 98% углерода и очень мало воды и прочих примесей, включая серу. Он густого чёрного цвета с высокой степенью блеска.
Антрацит
Антрацит имеет большую удельную теплоту сгорания — 30 МДж/кг, выдавая при сжигании килограмма угля до 7500 ккал. Это накладывает особые условия на отопительную технику: внутреннее устройство котла должно выдерживать большую температуру, иначе металлическая топка может просто расплавиться.
Древесный уголь
Строго говоря, древесный уголь не является в полном смысле ископаемым топливом. Углём этот вид топлива назван за свой чёрный цвет. Древесный уголь — продукт, получаемый при пиролизе древесины: нагреве дерева до температуры +400…+600°С без доступа (или с ограниченным доступом) кислорода. Древесина в таких условиях (без кислорода) не горит, однако происходит разложение органических веществ под действием температуры: сухая перегонка.
Древесный уголь
Во время получения древесного угля практически не изменяется структура древесины: на куске готового продукта можно разглядеть волокна дерева. Сохраняется пористость, потому древесный уголь — хороший адсорбент. Такой уголь содержит большое количество углерода, то есть имеет высокую теплотворную способность: удельная теплота сгорания древесного угля — 31 МДж/кг. Поэтому древесный уголь используют в своей работе кузнецы. Чугунолитейные производства на заре промышленной эры тоже работали на древесном угле.
Кузница
Отопление древесным углём более экологично в сравнении с ископаемым топливом. Процесс горения древесного угля аналогичен горению дров: остаётся малое количество золы, нет серы. Стоимость такого угля соизмерима с ценой на каменный уголь, и поэтому (из-за относительно высокой цены) древесный уголь — не самый распространённый вид топлива. Если есть желание и возможность, высокоуглеродное топливо можно получить и самостоятельно, подвергая пиролизу обычные дрова. Процесс получения древесного угля не требует высокотехнологичного оборудования, хотя, конечно, сегодня древесину обжигают в специальных промышленных печах.
Работа углежога
Кустарное производство древесного угля организовывается ямно или кучно: разводится костёр, затем сверху закладываются дрова, предназначенные для получения угля, а потом бурт или яма с дровами закрывается слоем земли. Внутри сохраняется высокая температура, но невозможен процесс активного горения. В работу углежога, помимо формирования бурта, входит и слежение за тем, чтобы сохранялся ограниченный доступ кислорода в бурт. При большом объёме древесины процесс пиролизного сжигания может длиться до нескольких месяцев. Я рассказала о всех видах твёрдого топлива, используемого в бытовых котлах, рассмотрев положительные и отрицательные стороны каждого из них. Какой сделать выбор — зависит от разных причин: доступности топлива, финансовой ситуации, модели отопительного оборудования, отношении к вопросам экологии и так далее.
Источник
Среди всех проблем, которые на сегодняшний день существуют на планете, и с которыми пришлось столкнуться ее жителям, не последнее место занимает энергетический кризис. Многие ученые сейчас занимаются поиском решений данной насущной проблемы, но все не так просто. В связи с загруженностью энергосистемы с каждым днем растут цены и на энергоносители, к которым относится уголь, нефть и газ. Добыча этих ископаемых также достаточно затратное дело, что сказывается на стоимости. Именно поэтому все чаще пользуются таким традиционным видом топлива, как торф. В данной статье мы детально расскажем о нем, определим характеристики, преимущества и недостатки, разновидности.
Характеристика
Торф, как горючий материал, относится к органическим породам, которые образовываются в результате определенного биохимического процесса. Это происходит в природных условиях при разложении различных видов болотных растений, когда повышается влажность, а количество кислорода снижается. В составе торфа есть такие вещества, как сера, углерод и другие компоненты, которые дают возможность использовать сырье как топливо. Газ, который выделяется в процессе его сжигания, и другие продукты горения абсолютно безвредны для здоровья человека.
Топливо обладает такими характеристиками.
- Удельная теплота сгорания – от 16,3 МДж/кг до 10,8 МДж/кг. Данный показатель – горючесть, как еще его называют, зависит от вида и зональности материала.
- Пластичность. Торф достаточно пластичный материал, который способен деформироваться без нагрузок и длительного воздействия температуры.
- Температура горения, при которой торф воспламеняется, равна 225 Сº.
Основная характеристика торфа – достаточно высокая горючесть. Опытным путем было установлено, что одной закладки топлива хватает примерно на 10 часов горения. Наиболее высокими характеристиками обладает кусковой торфяной брикет.
Плюсы и минусы
Почему же это полезное ископаемое стало таким востребованным горючим материалом? Все очень просто. Оно обладает множеством преимуществ, которые и способствовали увеличению спроса на топливо. Среди всех плюсов торфа стоит отметить такие.
- Безопасное использование. При горении не образовываются искры, а токсичные и канцерогенные вещества не выделяются.
- Стоимость. Газ, каменный уголь, солярка дороже, чем торф. А если закупать торф в брикетах оптом, то так будет еще дешевле.
- Высокий коэффициент теплопроводности. При правильном использовании способен обогреть помещение не хуже, чем дрова или каменный уголь.
Также стоит отметить, что торф – это качественный и экологически чистый материал, который характеризуется низким расходом и компактностью. Топливо очень просто и легко хранить, для этого не нужно много места. Брикеты можно просто аккуратно сложить в удобном месте, например, в гараже или подсобном помещении.
Что касается недостатков, то просто невозможно не упомянуть о том, что сырье относится к легко воспламеняемым горячим материалам.
Именно поэтому нужно хранить его как можно дальше от отопительных приборов, открытого огня, электрической проводки.
Также к минусам такого относится его низкая энергетическая калорийность и плохая сжимаемость, которая обусловлена высоким уровнем влаги.
Виды
Ранее в статье мы уже определили, что торф – это один из видов топлива, который на сегодняшний день все чаще используют для обогрева небольших и средних по площади помещений. Как и любой другой природный материал, его добывают из недр земли, используя специальную технику и учитывая расчеты и геодезические исследования. В зависимости от происхождения породы, торф делится на три большие группы.
- Низинный. Характеризуется высокой зональностью и низкой тепловой способностью. Очень редко используется как сырье для отопления помещений, так как в его состав входит в большом количестве остатки древесных материалов.
- Верховой. Именно этот вид торфа применяют как в бытовых целях, так и на больших предприятиях для производства топлива. Обладает отличными характеристиками.
- Переходный. Сырье можно использовать как топливо, но высокой теплоотдачи от данного типа сырья ожидать не стоит.
В чистом виде только что добытый горючий материал применять для обогрева нельзя. Прежде чем попасть к потребителю, он проходит несколько этапов обработки, которая дает возможность максимально раскрыть и усилить и без того отличные физико-технические параметры и свойства материала.
Уже готовое к использованию топливо поступает на рынок, где его можно увидеть и приобрести в таком виде.
- Россыпь. Такой вид материала еще называют фрезерным. Фрезерный торф – это измельченное на специальных установках сырье, которое обязательно после добычи сжигается в специальном котле.
- Полубрикеты или куски. Для данного вида характерна низкая степень прессования. Фасуется в месте добычи, не проходит никаких обработок. Именно поэтому этот горючий материал обладает наиболее низкими техническими свойствами и невысокой теплоотдачей.
- Брикеты. Для них характерна высокая плотность, хорошая прессовка и отличные свойства. Этот вид топлива производится на очень дорогом оборудовании с применением инновационных решений и технологий. Брикеты для отопления наиболее часто используют для отопления. Эффект от применения торфа в брикетах можно сравнить с эффектом при отоплении помещения при помощи каменного угля.
Каждый вид обладает определенными техническими параметрами, от которых напрямую зависит как результат, так и стоимость самого топлива. Конечно, наиболее дорогостоящим топливом является торф в брикетах.
Сферы применения
Учитывая множество преимуществ данного горючего материала, особенно теплоотдачу и стоимость, вовсе не удивительно, что именно торф сейчас применяется для отопления и выработки энергии. Наиболее часто торф в качестве топлива используют в следующих сферах.
- В быту. Сегодня на рынке отопительных приборов представлен широкий выбор и ассортимент современных котлов, для работы которых уже не нужен газ, они работают на торфе. Такие котлы пользуются спросом у потребителя. Практически каждый второй человек, который решил заменить в своем доме отопительный котел, останавливает выбор на торфяном котле. Топливо для печи приобретается в брикетах.
- В энергетической сфере. Это, пожалуй, та сфера деятельности человека, в которой торф в качестве топлива используется максимально и в большом количестве. В материале практически нет серы и вредных примесей, поэтому его применяют как главный вид топлива для снабжения теплом частных секторов, небольших по площади поселков.
Также торф применяют для топки на промышленных предприятиях, заводах, которые снабжены топливным котлом.
Источник