Зольность, влажность и выход летучих веществ являются техническими характеристиками топлива и оказывают существенное влияние как на конструкцию котла и вспомогательного оборудования, так и на организацию его эксплуатации.

Зольность.Ископаемое топливо содержит негорючие минеральные вещества, которые состоят главным образом из глины Al₂O₃^.SiO₂^.2H₂O, силикатов SiO₂ и железного колчедана FeS₂ . в их состав, кроме того, входят сульфаты кальция и железа, закись железа, окислы различных металлов, фосфаты, щелочи, хлориды и т.д. Минеральные примеси горючих сланцев в основном состоят из карбонатов кальцияCaCO₃ и магния  MgCo₃. При сжигании топлива его минеральные примеси в зоне высоких температур ядра факела претерпевают ряд превращений, в процессе которых образуется зола.

Зола представляет собой смесь минералов, находящихся в свободном состоянии или связанных с топливом. Мельчайшие твердые частицы золы подхватываются потоком топочных газов и уносятся из топочной камеры, образуя летучую золу. Последняя загрязняет конвективные поверхности нагрева, снижая их тепловую эффективность. Часть золы, расплавленной в ядре факела, выпадает вниз топочной камеры (шлакоприемник) или прилипает к трубным поверхностям и затвердевает, образуя шлаки. Следовательно, шлак представляет собой твердый раствор минералов, и его химический состав отличается от состава золы.

Плавкость золы определяют в лабораторных условиях при постепенном нагреве в электрической печи специально приготовленных из исследуемой золы трехгранных пирамидок (рисунок 1.3). В процессе нагрева отличают следующие характерные температуры:

 

 

 

 

Рисунок 1.3 – Определение вязкости золы топлива по состоянию золовой пирамидки:

1 – до нагревания; 2 – начало деформации; 3 – размягчение; 4 – жидкоплавкое состояние.

 

t₁ - начала деформации, соответствующая началу изменения формы (закругление вершины пирамидки);

t₂  - размягчения, при которой вершина пирамидки касается плоскости ее основания или пирамидка приобретает полусферическую форму;

t₃  - жидкоплавкого состояния, при которой пирамидка растекается на плоскости.

Влажность.Различают влагу поверхностную, капиллярную, коллоидную и кристаллогидратную. Грунтовая вода и атмосферные осадки, попадающие в топливо, механически удерживаются на его поверхности за счет смачиваемости водой поверхностного слоя топлива. Капиллярная влага находится в капиллярах и порах, имеющихся в большом количестве в молодых углях (торфе и буром угле).

Коллоидная влага обусловлена коллоидно-химической структурой органической части исходного топлива, способной впитывать в себя часть внешней влаги (явление набухания поверхностного слоя).

Кристаллогидратная влага является составной частью топлива, она входит в состав ряда минералов (например, CaCO₄ ^.2H₂O).

Повышенная влажность топлива вызывает ряд трудностей: снижается теплота сгорания и увеличиваются расход топлива и затраты на его размол и транспорт, увеличивается объем продуктов сгорания и расход энергии на привод дымососа, усиливается коррозия и загрязнение поверхности нагрева липкими отложениями, главным образом воздухоподогревателя.

В зимнее время высокая влажность вызывает смерзаемость топлива. По этой причине наблюдаются случаи резкого уменьшения подачи топлива и аварийного сброса нагрузки.

Летучие вещества. Если твердое топливо постепенно нагревать в инертной среде без доступа воздуха, то при высоких температурах сначала выделяются водяные пары, а затем происходит разложение кислородосодержащих молекул топлива с образованием газообразных веществ, получивших название летучих веществ (СО, Н₂, СН₄, СО₂, С_тН_п, О₂ и др.). Выход летучих веществ из твердых топлив происходит в интервале температур от 110 до 1100⁰ С. Наибольший выход (до 95%) имеет место при температуре до 800⁰ С.

Поскольку выход летучих веществ, прежде всего, определяется содержанием кислорода в топливе, то он тем больше, чем моложе топливо.

Твердый горючий остаток после выхода летучих веществ называется коксом. В воздушной среде кокс воспламеняется при температуре 900-1200⁰ С. Летучие вещества, выделившиеся из топлива, обеспечивают более раннее воспламенение кокса, так как они сами воспламеняются при более низкой температуре, чем коксовый остаток (350-600⁰ С).

В связи с этим выход летучих веществ оказывает непосредственное влияние на организацию топочного процесса, выбор объема топочной камеры, эффективность (полноту) сжигания топлива.