Nhiên liệu bao gồm những chất có khả năng oxy hoá gọi là chất cháy và những chất không có khả năng oxy hoá gọi là chất trơ. Trong nhiên liệu gồm có:
cacbon, hyđrô, lưu huỳnh, oxy, nitơ, tro và ẩm.
Cacbon là thành phần cháy chủ yếu trong nhiên liệu, nhiệt lượng phát ra khi cháy của 1 kg cacbon gọi là nhiệt trị của cacbon, khoảng 34.150 kJ/kg. Vì vậy lượng cacbon trong nhiên liệu càng nhiều thì nhiệt trị của nhiên liệu càng cao.
Tuổi hình thành nhiên liệu càng già thì thành phần cacbon càng cao, song khi ấy độ liên kết của than càng lớn nên than càng khó cháy.
Hyđrôlà một thành phần cháy quan trọng của nhiên liệu, khi cháy toả ra 52
nhiệt lượng 144.500 kJ/kg. Nhưng lượng hyđrô có trong thiên nhiên rất ít. Trong nhiên liệu lỏng hydro có nhiều hơn trong nhiên liệu rắn.
Lưu huỳnh là thành phần cháy trong nhiên liệu. Trong than lưu huỳnh tồn tại dưới ba dạng: liên kết hữu cơ Shc, khoáng chất Sk, liên kết sunfat Ss. Lưu huỳnh hữu cơ và khoáng chất có thể tham gia quá trình cháy gọi là lưu huỳnh cháy Sc. Còn lưu huỳnh sunfat thường nằm dưới dạng CaSO4, MgSO4, FeSO4 .., những liên kết này không tham gia quá trình cháy mà chuyển thành tro của nhiên liệu. Vì vậy: S = Shc + Sk + Ss (%) = Sc + Ss (%)
Lưu huỳnh nằm trong nhiên liệu rắn ít hơn trong nhiên liệu lỏng. Nhiệt trị của lưu huỳnh bằng khoảng 1/3 nhiệt trị của cacbon. Khi cháy lưu huỳnh sẽ tạo ra khí SO2 hoặc SO3. Lúc gặp hơi nước SO3dễ hoà tan tạo ra axit H2SO4 gây ăn mòn kim loại. Khí SO2thải ra ngoài là khí độc nguy hiểm vì vậy lưu huỳnh là nguyên tố có hại của nhiên liệu.
Oxy và nitơ là những chất vô ích trong nhiên liệu. Sự có mặt của oxy và nitơ làm giảm thành phần cháy của nhiên liệu làm cho nhiệt trị của nhiên liệu giảm xuống. Nhiên liệu càng non thì oxy càng nhiều. Khi đốt nhiên liệu, nitơ không tham gia quá trình cháy chuyển thành dạng tự do ở trong khói.
Tóm lại trong nhiên liệu có các thành phần C, H, O, S, N, A, W, trong đó A là độ tro, W - độ ẩm.
Các thành phần của nhiên liệu có thể biểu diễn theo phần trăm so với trọng lượng của mẫu nhiên liệu đem phân tích và được viết dưới dạng :
C + H + S + O + N + A + W = 100% (3-1) Mẫu nhiên liệu đem phân tích có thể ở trạng thái thực tế gọi là mẫu làm việc (kí hiệu lv ), mẫu này có đầy đủ các thành phần nên công thức ( 3- 1) được viết thành :
Clv+ Hlv + Sclv
+ O lv+ N lv+ A lv+ W lv= 100% (3-2) Ở mẫu khô (nhiên liệu được sấy khô ở nhiệt độ 105oC) thì:
53
Ck + Hk+ S k+ Ok + Nk + Ak = 100% (3-3) Ở mẫu cháy (chỉ kể đến các nguyên tố cháy được) thì:
Cc + H c+ S c+ Oc + Nc = 100% (3-4) Ở mẫu hữu cơ gồm những thành phần hữu cơ trong nhiên liệu thì:
Chc + Hhc + Shc + Ohc + Nhc =100% (3-5) Nếu biết thành phần của một mẫu nhiên liệu nào đó thì ta cũng có thể suy ra thành phần của các mẫu khác. Ví dụ tính đổi từ mẫu cháy sang mẫu làm việc.
Từ công thức (3-2) ta có:
Clv+ Hlv + Sc
lv+ O lv+ Nlv = 100 - A lv- W lv (3-6) So sánh công thức (1-4) với công thức (1-6) trên cơ sở nhận xét rằng trị số tuyệt đối của hàm lượng cacbon trong nhiên liệu dù phân tích theo mẫu nào cũng không thay đổi nên ta có:
𝐶𝑙𝑣
100−(𝐴𝑙𝑣+𝑊𝑙𝑣) = 𝐶𝑐
100 𝐶𝑙𝑣 =𝐶𝑐. 100−(𝐴𝑙𝑣+𝑊𝑙𝑣)
100 𝐶𝑐 =𝐶𝑙𝑣. 100
100−(𝐴𝑙𝑣+𝑊𝑙𝑣 )
Qua đây ta thấy muốn tìm thành phần của một mẫu nào đó qua một mẫu khác thì ta có thể chỉ cần nhân thành phần mẫu đó với một hệ số tính đổi. Bằng lý luận trên ta có thể tìm được hệ số tính đổi cho tất cả các mẫu nhiên liệu trình bày ở bảng 12.
Bảng 3.6: Hệ số tính đổi các thành phần nhiên liệu
Thanh phần mẫu đã biết
Thành phần mẫu cần tìm
Làm việc (lv) Khô (d) Cháy © Hữu cơ (hc)
Làm việc 1 100
100− 𝑊𝑙𝑣
100 100− 𝐴𝑙𝑣− 𝑊𝑙𝑣
100
100− 𝑆𝑘𝑙𝑣− 𝐴𝑙𝑣− 𝑊𝑙𝑣
Khô 100− 𝑊𝑙𝑣
100 1 100
100− 𝐴𝑘
100 100− (𝑆𝑘𝑘− 𝐴𝑘)
Cháy 100− 𝐴𝑙𝑣− 𝑊𝑙𝑣 100
100− 𝐴𝑘
100 1 100
100− 𝑆𝑘𝑐
54
Thanh phần mẫu đã biết
Thành phần mẫu cần tìm
Làm việc (lv) Khô (d) Cháy © Hữu cơ (hc)
Hữu cơ 100− 𝐴𝑙𝑣− 𝑊𝑙𝑣− 𝑆𝑙𝑣 100
100− 𝐴𝑘− 𝑆𝑘𝑘 100
100− 𝑆𝑘𝑐
100 1
Trong nhiên liệu khí thiên nhiên thành phần chủ yếu là khí mê tan, một lượng nhỏ các khí hydro cacbon CmHn và những khí trơ khác như CO2, N2, H2O.