Твърди,   течни   и   газообразни   горива.   Елементен   състав.   Топлина   на   изгаряне. 
Физически   свойства.   Необходимо   количества   въздух   за   горене.   Продукти   на 
горенето.

Елементен състав и значение на елементите от горивната част

Твърди горива:

 органична част, минерална част и влага

Твърди горива - органична част:

 състои се от въглерод (и негови съединения), водород, органична сяра, 

кислород и азот

Твърди горива - минерална част:

 глина, силикати, железен пирит, сулфати, железни окиси и др. 

Минерална част » Горене » Пепел.

Състав на твърдото гориво:

 горивна част, пепел, вода

Елементен състав:

 масово участие на елемент от състава на горивото, изразено в проценти » пример 

(въглерод): C = (M

C

/M

общо

)·100, %

Горивото във вида, в който се подава за изгаряне, се нарича 

работно

.

Работна маса:

  C

r

 + H

r

 + S

r

 + O

r

 + N

r

 + A

r

 + W

r

t

 = 100, %

Аналитична маса:

  C

a

 + H

a

 + S

a

 + O

a

 + N

a

 + A

a

 + W

a

 = 100, %

Суха маса:

  C

d

 + H

d

 + S

d

 + O

d

 + N

d

 + A

d

 = 100, %

Суха без пепелна маса:

  C

daf

 + H

daf

 + S

daf

 + O

daf

 + N

daf

 = 100, %

Органична маса:

  C

o

 + H

o

 + S

o

орг

 + O

o

 + N

o

 = 100, %

Характеристика на горивната част:

  въглерод - 35 615 kJ/kg,

водород - 142 124 kJ/kg (118 666 kJ/kg), сяра - 9 050 kJ/kg.
(S

общ

 = S

орг

 + S

пир

 + S

сул

 = S

орг+пир

 + S

сул

)

Топлина на изгаряне

Топлина на изгаряне:

 количеството топлина, което се отделя при пълното изгаряне (окисление) на 

горимите елементи на 1 kg твърдо или течно и на 1 m

3

 газообразно гориво

Горна топлина на изгаряне:

 включва топлината, освободена при кондензацията на водните пари

Долна топлина на изгаряне:

 без топлината на кондензацията на водните пари. Това е топлината, която 

се използва при топлотехническите пресмятания. За изпаряването на 1 kg влага, при условията в пещите 
на парогенераторите, са нужни окл. 2 514 kJ/kg.
При известно влагосъдържание на горивото и като се вземе под внимание, че при изгарянето на една 
масова част водород се получават девет масови части вода (H

2

 + 1/2·O

2

 = H

2

O; 1 + 8 = 9), то разликата 

между горната и долната калоричност на горивото ще бъде:

  Q

r

s

 - Q

r

i

 = 25.14·(9·H

r

 + W

r

t

), kJ/kg

Калориметър:

 определя горната топлина на изгаряне на аналитична маса

  Q

a

s

 = Q

a

bo

 - 94.725·S

a

 - b·Q

a

bo

, kJ/kg 

•

Q

a

bo

 - топлината, отделена при изгарянето на пробата в калориметъра (бомбата), kJ/kg;

•

94.275 - количеството отделена топлина за всеки процент сяра в горивото, преминал в SO

2

 и SO

3

, 

които са разтворени във водата;

•

b - коефициент, отчитащ отделената топлина за сметка на образуването на азотна киселина. При 
изгаряне на антрацитни и постни черни въглища b = 0.0042, а при изгарянето на всички останали 
въглища b = 0.0063

При известна горна топлина на изгаряне може да се намери долната за:

Работна маса: Q

r

i

 = Q

r

s

 - 25.14·(9·H

r

 + W

r

t

), kJ/kg

Аналитична маса: Q

a

i

 = Q

a

s

 - 25.14·(9·H

a

 + W

a

), kJ/kg

Суха маса: Q

d

i

 = Q

d

s

 - 226.6·H

d

, kJ/kg

Суха безпепелна маса: Q

daf

i

 = Q

daf

s

 - 226.6·H

daf

, kJ/kg

Когато е известна топлината на изгаряне за даден състав, то тя може да се преизчисли за която и 

да е друга маса на горивото:

От суха на работна маса: Q

r

i

 = Q

d

i

·((100 - W

r

t

)/100) - 25.14·W

r

t

, kJ/kg

От суха безпепелна на работна маса:
Q

r

i

 = Q

daf

i

·((100 - W

r

t

 - A

r

)/100) - 25.14·W

r

t

, kJ/kg

От суха на суха безпепелна маса:  Q

daf

i

 = Q

d

i

·((100/(100 - A

d

)), kJ/kg

При преизчисляването на топлината на изгаряне на дадено гориво от една влажност (1) към друга 
влажност (2) се изхожда от факта, че долната топлина на изгаряне на суха маса при (1) и (2) е една и 
съща. Тогава за долната топлина на изгаряне при влага (2) може да се запише:
Q

r

i2

 = (Q

r

i1

 + 25.15·W

r

t1

)·((100 - W

r

t2

)/(100 - W

r

t1

)) - 25.14·W

r

t2

, kJ/kg

Друг начин за определяне топлината на изгаряне е изчисляването й въз основа на елементния състав на 
горивото, приемайки, че тя е сума от топлините на изгаряне на горимине елементи.

Формула на Менделеев:

Q

r

i

 = 339.39·C

r

 + 1 257·H

r

 + 108.94·(S

r

 - O

r

) - 25.14·(9·H

r

 + W

r

t

), kJ/kg

Формула на Кноре:

Q

r

i

 = 138.27·(8/3·C

r

 + 8·H

r

 - O

r

)·m - 25.14·(9·H

r

 + W

r

t

), kJ/kg

Стойностите за m са както следва: за природен газ - 1.0; за нефт и нефтопродукти - 1.0 ± 0.03; дърва - 
1.04; торф - от 0.99 до 1.01; кафяви въглища - 0.98; черни въглища - 0.96; антрацитни въглища - от 0.94 до 
0.95 и чисти въглеводороди - 1.00 ± 0.03

За осъществяването на сравнителни оценки при работата на еднакви парогенератори с различни горива 
са въведини т.н. приведени характеристики на горивата. Същите представляват изразеното в % 
количество на пепел, влага и сяра, падащо се на 1 000 kJ (1 MJ) от долната топлина на изгаряне на 
дадено гориво:

Приведена пепел:

 A

п

 = 1 000·A

r

/Q

r

i

, %kg/MJ

Приведена влага:

 W

п

 = 1 000·W

r

t

/Q

r

i

, %kg/MJ

Приведена сяра:

 S

п

 = 1 000·S

r

/Q

r

i

, %kg/MJ

За приведените характеристики се използват и следните изрази, които показват колко грама от дадена 
компонента на горивото се пада на 1 000 kJ (1 MJ) от долната топлина на изгаряне на дадено гориво:

Приведена пепел:

 A

п

 = A

r

/Q

r

i

·10

4

, g/MJ

Приведена влага:

 W

п

 = W

r

t

/Q

r

i

·10

4

, g/MJ

Приведена сяра:

 S

п

 = S

r

/Q

r

i

·10

4

, g/MJ

Условно гориво:

 гориво, което има долна топлина на изгаряне 29 308 kJ/kg. Отношението на долната 

топлина на изгаряне на дадено гориво към долната топлина на изгаряне на условното гориво се нарича 

топлинен еквивалент на горивото

. Същият се ползва за привеждане на количеството на реалното 

гориво към това на условното.

Нефтен еквивалент:

 също като 

топлинния еквивалент на горивото

, но при приета средна топлина на 

изгаряне на нефта = 41 868 kJ/kg.

Физически свойства на твърдите горива

Физически свойства на твърдите горива:

 петрографска структура, зърнометричен състав, плътност, 

максимална влагопоглъщаемост, съпротивление на срязване, коефициент на триене и адхезия

Петрографска структура:

 микро и макро структура, геоложки условия на формиране

Зърнометричен състав:

 форма на частицата, ситов анализ, остатък върху сито, фракция, 

разпределение, представителен размер - средна стойност между две сита (при прието линейно 
разпределение)

Коефициент на формата:

 отношението на околната повърхнина на въглищна частичка към сфера, 

еквивалентна по маса

Преминало и остатък:

 преминала част от въглищната проба през сито с дадена големина на отворите; 

останалата част от въглищна проба върху сито с дадена големина на отворите

Плътност:

 насипна, привидна и истинска

Насипна плътност:

 при свободно насипно състояние и при стръскано състояние - в практиката средната 

стойност между двете. Използва се при оразмеряването на бункери, фигури и т.н. - 500-800 kg/m

3

.

Привидна плътност:

 при нейното определяне в обема й се включва и този на микропорите - 1 200-1 500 

kg/m

3

. Поведението на въглищните частички в един газов поток се определя от привидната плътност.

Истинска плътност:

 това е плътността на самото въглищно вещество. Истинската плътност се изменя в 

границите - 1 300-2 000 kg/m

3

. В парогенераторната техника почти не намира приложение.

Максимална влагопоглъщаемост:

 показва до каква степен може да се увеличи влагосъдържанието на 

горивото, когато то е поставено във вода. (Проба се поставя във вода за окл. 2 часа и след изцеждането й 
се определя влагата на въглищата). Зависи от едрината на горивото.

При насипните материали, към които спадат и въглищата, съпротивлението срещу деформации и 
разрушаване се определя от 

съпротивлението на срязване.

 Съществуват два вида взаимодействие 

между въглищните частички. Това са сили на триене при тяхното взаимно преместване и структурни 
(водно-колоидни, кристализационни и др.). При сравнително сухите и нископепелни твърди горива 
преобладава първият вид, а при по-влажните и високопепелни са преобладаващи взаимодействията от 
втория вид. Якостта на срязване зависи от нормалното напрежение и се определя опитно:

σ

 = N/F

пр

, Pa     

τ

 = T/F

пр

, Pa

N е нормалната сила на натиск, Т е силата на срязване, а F

пр

 - сечението на пробата по равнината на 

срязване. За всяко 

σ

 има гранично 

τ

, когато пробата се деформира (тече), без то да се увеличава. Тази 

зависимост е линейна и за първия вид взаимодействие между частиците минава през началото на 
координатната система (

τ

 = f(

σ

)). Ъгълът, който се формира се нарича 

ъгъл на вътрешно триене

 - 

ϕ

вт

. За 

по-сухи и нископепелни въглища той е равен на ъгъла на естествен откос, който намира приложение при 
оформянето на наклона на крайните повърхнини на обеми с твърди горива (складови фигури, бункери и 
др.).

Ъгъл на естествен откос:

 определя се по два начина - динамичен и статичен. Последният се нарича още 

метод на срутване на призмата. 

Динамичният ъгъл на естествен откос

 се определа по: tg

β

дин

 = 2·H

кон

/D

кон

, където H

кон

 е височината на 

конуса (купа гориво), m; а D

кон

 - диаметърът на основата на конуса, m. Динамичният ъгъл на естествения 

откос зависи и от началната скорост на падане, която намалява силите на триене между частиците.

Статичният ъгъл на естествен откос

 се определя по формулата: tg

β

ст

 = H

сл

/l

отк

, където H

сл

 е височината 

на въглищния слой, т.е. на съндъчето, m; а l

отк

 - разстоянието от подвижната стена на съндъчето до 

началото на наклонената повърхнина на въглищата, m. Статичният ъгъл на естествения откос зависи 
само от силите на вътрешното триене и масата на частиците. Неговите стойности са по-високи от тези на 
динамичния ъгъл на естествения откос. Статичният ъгъл на естествения откос изразява по-добре 
действителните условия във въглищните стопанства, поради което при оразмеряването им се изхожда 
преди всичко от неговите стойности.

За високовлажни и високопепелни въглища

 по-голямо значение имат структурните връзки между 

частичките. Зависимостта на якостта на срязване от нормалното напрежение е пак линейна, но не минава 
през началото на координатната система, защото: 

τ

 = 

σ

·tg

ϕ

вт

 + c

k

, Pa. Материалът има и якост на опън с 

максимална стойност: 

σ

τ

=0

 = c

k

/tg

ϕ

вт

, Pa. 

c

k

 - якост на свързване (кохезия)

. При 

τ

 = c

k

 - състояние на 

идеална свързаност.

Коефициент на триене:

 определя се от тангенса на ъгъла на наклона на съответната равнина, при който 

въглищата, поставени върху нея, започват да се свличат под действието на собственото си тегло. При 
структурни връзки между частиците и повърхността - 

c

a

 - адхезия

, а 

σ

τ

=0

 - сила на полепване

.

Течни горива

От течните горива най-голямо приложение в енергетиката намира най-тежката фракция (остатък) при 
обработката на земното масло - 

мазут

.

Според съдържанието на сяра (S

r

) той бива: нискосернист (<= 0.5 %), сернист (0.5-2.0 %) и високосернист 

(>= 2.0 %).

Елементният състав и топлината на изгаряне се дефинират както при твърдо гориво, като се използват 
предимно тези на работна и на суха безпепелна маса.

Мазутът е гориво почти без баласт и има висока топлина на изгаряне (окл. 40 000 kJ/kg). Най-важните му 
физико-химични свойства са: плътност, коефициент на обемно разширение, вискозитет, специфичен 
топлинен капацитет, температура на втвърдяване и пламна температура.

Плътност

 - при нормални условия варира между 950 и 1 000 kg/m

3

. Плътността на течните горива зависи 

от температурата. Плътността е от значение при оразмеряване на резервоарите и при определяне на 
разхода на гориво (обемен принцип).

От заначение (особено при складиране) е 

коефициентът на обемно разширение

, който дава 

изменението на обема при нагряване на горивото с един градус. За мазут той се определя по следната 
формула:

γ

разш

 = 0.0025 - 0.002·

ρ

маз

/1000 , m

3

/(m

3

K)

Основен физически параметър на течните горива е 

вискозитетът

. Той характеризира съпротивлението 

на флуидите при движение, което се обуславя от вътрешното триене и сцепление. Има динамичен и 
кинематичен вискозитет. При течните горива е от значение кинематичният визкозитет - мерна единица 
m

2

/s.

Гражданственост - условен вискозитет - енглерови градуси - 

o

Е (вискозиметър на Енглер). Връзката между 

кинематичния вискозитет и условния по Енглер е:

ν

 = (0.74·

o

Е - 0.64/

o

Е)·9.81·10

-6

 , m

2

/s

За определянето на необходимата топлина за подгряване на мазута е необходимо да се знае 

специфичния топлинен капацитет

:

с

маз

 = 1.735 + 0.0025·t, kJ/(kgK)

Температура на втвърдяване

 - температурата, при която мазутът се сгъстява така, че ако съдът, в който 

е поставен, се наклони, свободното ниво не заема хоризонтално положение в течение на една минута. За 
леките мазути тази температура е окл. +5 

o

C, а за тежките - окл. +25 

o

C.

Пламна температура

 - температурата на течното гориво, при която образувалата се смес от въздух и 

горивни пари при стандартизирани условия се възпламенява при поднасяне на пламък. При леките мазути 
тя е окл. +65 

o

C

Газообразни горива

Едни от най-качествените и относително лесни за употреба в енергетиката са газообразните горива.
Съставът им, за разлика от този на твърдите и течните горива, се представя най-често в обемни дялове 
(обемни проценти) на газовите компоненти при нормални (нормирани) условия - 273 К и 101.32 kPa. 
Възможно е и дефинирането на състава и чрез масови дялове. Когато се говори за сух газ се има предвид 
газово гориво без водни пари в сместа. Топлината на изгаряне се представя за 1 m

3

 при нормални 

(нормирани) условия.

Най-често използваните в енергетиката газообразни горива са: природния газ, доменния газ и коксовия 
газ.

Природен газ

 - представлява смес от въглеводороди, сероводород и инертни газове. Основната 

компонента е метан - 75 - 98 %. Въглеводородите от метановия ред (C

n

H

2n+2

) са от 0.1 до 7.5 %, а 

сероводородът - до 1 %. Негоримата част на природния газ е малка и се състои от CO

2

 - 0.1 до 0.3 % и N

2

 - 

1 до 14 %. В природния газ има и незначително количество водни пари и минерални примеси. Топлината 
на изгаряне е окл. 33 000 до 35 000 kJ/Nm

3

.

Доменен газ

 - изкуствено газово гориво. Има ниска топлина на изгаряне - от 4 000 до 5 000 kJ/Nm

3

. 

Причина за ниската му "калоричност" е високото съдържание на негорими газове: N

2

 - от 45 до 55 % и CO

2 

- от 5 до 15 %. Основните горивни компоненти са CO - от 20 до 30 % и H

2

 - от 5 до 15 %. Доменният газ 

обикновенно се подава в горивните камери на енергийните съоръжения като допълнително гориво.

Коксов газ

 - получава се при добива на кокс в металургичната промишленост. Изгаря се по-рядко, тъй 

като служи и за технологична суровина. Средната му топлина на изгаряне е между 17 000 и 20 000 kJ/Nm

3

, 

а основните горивни компоненти са водород - 55 - 60 % и метан - окл. 25 %.

При наляганията, при които се използват газообразните горива, същите могат да се разглеждат като 
идеални газове и физичните им параметри да се описват като за газова смес. За някои от тях се налагат 
допълнения. Динамичният визкозитет на газовата смес се определя по следната формула:

η

см

 = 1/(

Σ

(g

i

/

η

i

)), Pa·s

където 

η

i

 е вискозитетът на компонентите (Pa·s), а g

i

 - техният масов дял в сместта.

С повишаване на температурата вискозитетът на газовете в сместта се увеличава:

η

it

 = 

η

i0

·((273 + a

η

)/(273 + t a

η

))·((273 + t)/273)·1.5, Pa·s

където 

η

it

 е вискозитетът при температура t (

о

С); 

η

i0

 - вискозитетът при 0 

о

С, а a

η

 е емпиричен коефициент, 

зависещ от природата на газа.
Кинематичният визкозитет се определя по познатата формула: 

ν

см

 = 

η

см

/

ρ

см

, m

2

/s

Специфичният топлинен капацитет на газовото гориво, при постоянно налягане, се определя по: 

c

p,см

 = 

Σ

c

p,i

·r

i

, kJ/(m

3

·K)

където c

p,см

 и c

p,i

 са обемните специфични топлинни капацитети при постоянно налягане съответно за 

сместа и за нейните компоненти - kJ/(m

3

·K), а r

i

 е обемният дял на компонентите.

От голямо заначение при експлоатацията на горивните стопанства за газови горива са долната и горната 
граници на запалване. Смес от горим газ и окислител е запалима, само ако обемната концентрация на 
газа в нея има стойност, лежаща между двете граници. Тези граници се определят за гориво без и с 
негорими съставни части.
При повишаване на температурата интервалът се разширява, докато се стигне до температурата на 
самозапалване на горимите газови компоненти, които започват да се окисляват от кислорода във въздуха, 
независимо от концентрацията им. За газови смеси - природни газове, температурата на самозапалване е 
между 600 и 800 

o

C.

Необходимо количество въздух за горене

Техническото разбиране за процеса на горенето не е какво да е окисление, а такова съединение на 
горивните елементи с окислителя (кислород от въздуха), което протича при висока температура с 
интензивно отделяне на топлина.

За осъществяването на "идеалното" горене е необходимо да се създадат определени условия в горивното 
устройство (камера), които в най-пълна степен да удовлетворяват "принципа на трите Т" - Time, 
Temperature, Turbulence.

Независимо, че горенето не е чисто химичен процес, при определянето на необходимото количество 
въздух за горене и на обема на получените, в резултат на горенето, димни газове се ползват изразите на