A kazánokban nagyon sokféle tüzelőanyagot használnak fel, csoportosításukat is sokféle szempont alapján lehet elvégezni. A berendezések méretezésénél, kialakításánál a tüzelőanyagok elégetésére rendelkezésre álló technikai lehetőségek, a tüzelőanyag összetétele, egyes alkotórészeinek viselkedése az égés és az azt követő lehűlés során, az égéskor felszabaduló hőmennyiség, az égéshez szükséges levegőmennyiség, az égésnél keletkező füstgázmennyiség és egyéb égési maradványok, ezek hatása a kazán szerkezeti elemeire, működésére a legfontosabb jellemzők. Ezek mérlegelése alapján a szokásos gyakorlatot követve elsősorban a halmazállapot (szilárd, folyékony, gáznemű) szerinti csoportosítást alkalmazzuk, de egyéb szempontokra (eredet, égés közbeni viselkedés) is utalunk.

Szilárd tüzelőanyagok: A szilárd halmazállapotú tüzelőanyagok közül a legnagyobb mennyiségben az erőművi kőszenet (steam coal) használják fel. Az igények kielégítésére széles körű nemzetközi kereskedelem alakult ki. A különböző forrásokból származó szénféleségek kategorizálására, azonosítására szénosztályozási rendszereket vezettek be, amelyek a szenek fix karbon- és illóanyag-tartalma alapján kategorizálják a szénféleségeket. A besorolások azonban országonként eltérhetnek, mint arra példát − az illótartalom alapján történő osztályozásra − az 5.1. táblázat mutat. Kazánban való tüzelés szempontjából kedvezőnek a 28–40% illótartalmú szenek bizonyultak, de a berendezések megfelelő kialakításával, méretezésével a kisebb illótartalmú szenek is jól felhasználhatók. A nagyobb távolságokra, akár a kontinensek között szállított szenek hamu- és nedvességtartalma, mint az 5.2. táblázatban is látható, csak néhány százalék, a kéntartalom minimális. A fűtőérték 27–29 MJ/kg között van. A tüzelőanyagok egyéb tulajdonságai (őrölhetőség, a hamu összetétele, tulajdonságai) azonban lényegesen eltérhetnek, így a tervezés előtt gondosan kell eljárni a tüzelőanyag garanciális jellemzőinek, ezek megengedett változási tartományának megválasztásánál. Hasonlóan gondos mérlegelést igényel az üzem közbeni, kényszerű tüzelőanyag-váltás.

A felhasznált szénféleségek másik csoportja elsősorban helyi, regionális forrásokból származik. Ezek gyenge minőségű (nagyobb hamutartalmú) kőszenek, barnaszenek, lignitek, esetleg tőzeg. Ilyen esetben a berendezést az adott szénminőségre tervezik. Ekkor is nagyon gondosan kell azonban eljárni, mivel a kitermelt tüzelőanyag minősége bizonyosan nem egyezik meg a fúrási minták alapján vélelmezhetővel, másrészt az üzemidő folyamán bizonyosan változni fog. A tervezés során a várható legkedvezőtlenebb jellemzőkből kell kiindulni, hogy a berendezés teljesítményének korlátozására, meghibásodásokra ne kerüljön sor. Kisebb berendezéseknél széntermékeket – kokszot, esetleg brikettet is – használnak tüzelőanyagként. Néhány jellemző szénféleségre az 5.2. táblázat mutat illótartalom, C (karbon), H (hidrogén), S (kén), O (oxigén), N (nitrogén), w (nedvesség), a (hamu) bontásban (5.1. ábra), tömegszázalékban megadott összetétel- és fűtőérték-adatokat. Erőművi kőszeneknél csak nemzetközi adatok szerepelnek, gyenge minőségű szeneknél a könyv összeállításának idején még nagyobb mennyiségben felhasznált hazai szénféleségek is. Az elemi összetétel és az illótartalom nedvesség- és hamumentes (vhm) állapotra vonatkozik, a fűtőérték nedvesség- és hamumentes, valamint nyers állapotra is szerepel a táblázatban. A hazai szénbányászat egykori, széles termékválasztékára az [5.1] irodalomban találhatók információk.

Biomasszák: A fenntartható energiaellátás érdekében az utóbbi időben széleskörűen elterjedt a különféle biomassza-féleségek, hulladékok nagyléptékű hasznosítása. Megindult a pelletált biomassza kontinensek közötti kereskedelme. Kisebb berendezéseknél széleskörűen alkalmaznak biobrikett tüzelőanyagot is. A szóba jöhető választékból (haszonnövények maradékai [2.170], energianövények) az 5.3. táblázatban csak néhány jellemző példa szerepel [5.4], [5.8], [5.9]. A növényi eredet (és a nedvesség- és hamumentes állapotra vonatkozó, közel azonos elemi összetétel) ellenére a biomasszák tulajdonságai lényegesen eltérhetnek, így egy adott berendezés tervezésénél különös gondossággal kell eljárni a felhasználandó biomasszák szóba jöhető tüzelési arányainak megválasztásánál. A táblázatban, a [2] irodalom alapján, városi szemét tájékoztató adatai is szerepelnek. A valóságban a városi szemét tervezés, üzemvitel szempontjából fontos jellemzői nagymértékben függnek a begyűjtési helytől, az ottani életmódtól, életkörülményektől. Az összetétel évszakoktól (vegetáció, fűtés) és más körülményektől függően is széles határok között változhat. Az egyes jellemző hulladékcsoportokra, arányuk változására német tapasztalatok [5.4] alapján az 5.4. táblázat mutat példákat. Ebből láthatóan is egyértelmű, hogy a tervezési tüzelőanyagsáv megválasztása szemét- vagy más hulladéktüzelésű berendezések esetén is különös gondosságot, esetleg többéves adatgyűjtést igényel.

A szárítás hatása az összetételre, fűtőértékre: A tüzelőanyagok minősége a szállítás, tárolás során folyamatosan változik: nedvességtartalmuk növekszik, csökken, kémiai átalakulások is végbemehetnek. Nagyobb nedvességtartalmú ligniteknél a méretek csökkentésére, a hatásfok javítására szénszárítási technológiákat is alkalmaznak. Ezért gyakran szükséges a különféle állapotok közötti átszámítás. Ehhez az 5.1. ábrán látható vázlatból lehet kiindulni. A szárítás során a szén szárazanyagtartalma változatlan marad, csak a nedvességtartalom csökken, így az átszámítás a változatlanul maradó összetevők egész mennyiséghez viszonyított arányának figyelembevételével lehetséges. Néhány jellemző állapot közötti átszámítási összefüggést az egyes alkotók arányára az 5.5. táblázat tartalmaz. A fűtőértékek átszámításánál abból lehet kiindulni, hogy a nedvesség-, hamutartalom változásával a tüzelőanyag éghető részének égéshője marad állandó. Egy adott állapotra vonatkozó fűtőértéket vissza kell számítani égéshővé: az 5.5. táblázatbeli átszámítási összefüggésekkel meg kell határozni a megváltozott tömegegységre vonatkoztatott égéshőt, majd ebből a megváltozott nedvesség- és hidrogéntartalom figyelembevételével lehet kiszámítani az új fűtőértéket. Példaként a nedvességtartalom változása esetén:

ahol az 1 indexek a kiinduló, a 2 indexek a végállapotra vonatkoznak.

 

A szárítás mellett, elsősorban a kőszenek minőségének javítására, a poros frakció, a meddőtartalom leválasztására a szénmosást is alkalmazzák. Ennek során a szárazanyag-tartalom összetétele is változik, így a táblázatbeli átszámítási összefüggések nem használhatók, megbízható jellemzők csak a mosási termékek analízisével, kalorimetrálásával nyerhetők.

A hamu összetétele, tulajdonságai: A szilárd tüzelőanyagoknál nemcsak a hamutartalom nagysága, hanem annak összetétele, tüzelés alatti, utáni viselkedése is különösen fontos [5.44]. Ezért mindig szükség van a salakosodási, elrakódási tulajdonságokat befolyásoló, a hamuban előforduló vegyületek mennyiségének meghatározására, illetve a hamu olvadási tulajdonságainak, az ezt jellemző hőmérsékletek értékének megadására. Néhány, a könyv összeállításának idején még bányászott hazai szénféleségre és − összehasonlításképpen – a rajnai lignitre a hamu összetételét az 5.6. táblázat mutatja. Az égés eredményeként keletkező salak tulajdonságai érdemben csak a tüzelési kísérletek során ismerhetők meg. Erre nem minden esetben van mód, másrészt a tulajdonságok a berendezés élettartama alatt lényegesen változhatnak. Ezért a gyakorlati tapasztalatok alapján a hamuban lévő vegyületek arányából, a tüzelőanyag kéntartalmából kiinduló jellemző számokat (5.7. táblázat) vezettek be, és ezek alapján, a tapasztalati határértékek figyelembevételével, lehet következtetni az égési maradványok várható viselkedésére. A számítási összefüggések alkalmazását kőszenekre javasolják [2], de gyakorlati tapasztalatok alapján más tüzelőanyagoknál is alkalmasak a berendezések kialakítását, esetleges tüzelőanyag-váltást befolyásoló döntések elősegítésére. Salakolvasztó tüzeléseknél az előzőekkel ellentétben a salak kedvező olvadási, folyási tulajdonságai fontosak. Utóbbiak valószínűsítésére alkalmazzák a

viszkozitási számot, amelynek a tapasztalatok alapján a jó salakolvadáshoz 7-nél nagyobbnak kell lennie [1].

A gyenge minőségű szeneknél elsősorban a pernyeszemcsék ragadásával, olvadásával fenyegető hőmérsékletek elkerülése jelenthet megoldást. A Leitz-féle, redukáló és oxidációs atmoszférában végzett, olvasztómikroszkópos vizsgálatok alapján általában az alábbi hőmérséklet-értékeket adják meg:

amelyek közül a garanciális feltételek között általában a redukáló atmoszférában mért lágyulási hőmérséklet minimális értékét rögzítik.

Folyékony tüzelőanyagok: A nagy mennyiségben felhasznált kőolajszármazékokat kis hamu- és nedvességtartalom jellemzi (5.8. táblázat). A fűtőolajokban lévő kis hamutartalom azonban jelentős mennyiségű vanádium-oxidot tartalmazhat, amely a nagy falhőmérsékletű falfelületeken különösen gyors lefolyású, veszélyes, magas hőmérsékletű korróziót eredményezhet. A szenekénél kisebb kéntartalom is veszélyesebb lehet, mivel hiányoznak a szenek hamujában előforduló, a kénvegyületeket mesterséges beavatkozás nélkül részben lekötő alkálikus hamualkotók is. Ezért olajtüzelésű berendezések kialakításánál a falhőmérsékletek helyes megválasztásával mindkét korróziótípus megelőzésére gondosan ügyelni kell [4.75]. A táblázatban néhány más folyékony tüzelőanyag is szerepel. A black liquor (fekete lúg) a 2.2.4. fejezetben ismertetett lúgtüzelésű kazánok tüzelőanyaga, az orimulsion a Venezuelában, az Orinoco folyó medencéjében kitermelt bitumenből − mintegy 30%-nyi víz és tulajdonságjavító vegyszerek hozzáadásával − előállított, nagy hamutartalmú kőolajszármazékot jelöli. Utóbbinak elsősorban nagy kén- és vanádium-oxid- tartalma jelent különleges kihívást a tervezők, üzemeltetők számára. Felhasználására kőszéntüzelésű kazánok kiegészítő tüzelőanyagaként vagy nagy sűrűségű fűtőolajok helyettesítéseként kerülhet sor.

Gáznemű tüzelőanyagok: Szilárd, folyékony tüzelőanyagoknál a tüzelőanyagot alkotó éghető vegyületek típusainak meghatározása, a vegyületek sokfélesége miatt, csaknem lehetetlen. Ezzel szemben a gáz-halmazállapotú tüzelőanyagok összetétele néhány jellemző molekulával jól leírható. Emiatt gáztüzelőanyagoknál nem az elemi, hanem a molekula-összetétel (térfogatszázalékban) megadása szokásos. A leggyakoribb alkotók: CH4 (metán), C2H6 (etán), C3H8 (propán), C4H10 (bután), CmHn (magasabb rendű szénhidrogének), CO (szén-monoxid), H2 (hidrogén), H2S (kén-hidrogén), CO2 (szén-dioxid), N2 (nitrogén), H2O (vízgőz). A gáztüzelőanyagok nedvesség- (vízgőz-) tartalma a mesterségesen előállított tüzelőanyagokat kivéve elhanyagolható, az esetlegesen (általában g/m3-ben) megadott, hamunak nevezett alkotó a kitermelés, előállítás során elragadott és a tisztítási folyamatok során visszamaradt, finom méretű port jelenti.

Néhány jellemző, gáznemű tüzelőanyag összetételét, fűtőértékét az 5.9. táblázat tartalmazza. Az I–III. jelű földgázok az ország különböző helyén vett minták jellemzőit mutatják. Az eltérések a földgáz-előfordulások különbözőségéből adódnak. A IV. jelű földgáz nagy szén-dioxid-tartalmú előfordulásból származik, a gyakorlatban inertes (ritkábban savanyú) gáznak nevezik. A kamragáz a kokszolóművekben (kokszolókamrákban) előállított, „városi gáz”-ként is forgalmazott gáz szokásos megnevezése. Összetétele nagymértékben függ a koksz előállításához felhasznált szén minőségétől, elsősorban illóanyag-tartalmától. A megfelelő, olcsó kokszolható hazai szénfajták kimerülésével, a városigáz-igény növekedésével a gázhálózatok földgázra történő átállításáig gyakran földgázból vagy benzinből bontással előállított gázzal pótolták. A generátorgáz – a földgáz-ellátás hiányában − az ipari kemencék tüzelőanyaga, vegyi eljárások nyersanyaga. A nagyolvasztók melléktermékeként keletkező kohógázt rendszerint a házi erőművekben hasznosítják, amelyeknek kazánjaiban a kamragáz, generátorgáz más célra nem hasznosítható többletét is eltüzelik. Miután utóbbi gázféleségek gyulladási tulajdonságai a nagy szén-monoxid-tartalomból adódóan kedvezőtlenek, felhasználásukra gyakran csak jó minőségű (földgáz, fűtőolaj) tüzelőanyag támasztó, póttüzelésével van mód. A kamragáz, kohógáz 1–5% nedvességet is tartalmazhat.