Топливо в том виде, в котором оно сжигается, называется рабочим топливом. Помимо горючей массы топлива (органических веществ и серы пирита, присутствующего в большинстве топлив), в нем содержатся вредные примеси (называемые балластом) — влага и минеральные вещества (глина, известняк и т. д.), превращающиеся при горении в золу. Сера в топливе (входящая в состав пирита и органических веществ) также является вредной примесью, так как образующийся при ее сгорании S02 загрязняет атмосферу и усиливает коррозию металлов. Свойства топлива определяются как элементарным составом горючей массы, так и количеством содержащегося в нем балласта. Важнейшей характеристикой топлива является его теплотворная способность — количество тепла в ккал, выделяющегося при сгорании 1 кг топлива. Различают высшую теплотворную способность рабочего топлива определяемую в таких условиях, при которых образующийся в результате горения и испарения влаги водяной пар конденсируется, и низшую при определении которой конденсации не происходит. Последнее соответствует обычным условиям сжигания топлива. С целью облегчения сопоставления и взаимных пересчетов различных видов топлива было введено понятие об условном топливе, для которого принято 7000 ккал/кг. Пересчет данного топлива в условное (см. данные табл. 16) дает представление об его ценности.
Древесина почти не применяется в качестве топлива для промышленности, так как широко используется в качестве строительного материала, а также для химической переработки.
Торф, горючие сланцы и бурый уголь вследствие их низкой теплотворной способности являются топливом местного значения; хотя они и потребляются в значительных количествах, но лишь вблизи от места их добычи.
Высококалорийными видами топлива являются каменный уголь (в первую очередь — тощий), антрацит и практически без балластное жидкое котельное топливо, и их перевозят на большие расстояния.
Устройства для сжигания топлива называются топками. При сжигании твердого топлива в виде кусков (каменный уголь, антрацит, торф) оно забрасывается на колосниковую решетку, состоящую из отдельных чугунных брусков или плит — колосников — и имеющую отверстия. Через эти отверстия проходит снизу воздух, необходимый для горения топлива, и проваливается зола или образующийся при ее плавлении шлак. Загруженное в топку топливо, попадая в зону высоких температур, подсушивается, а затем коксуется, выделяя летучие продукты, сгорающие в топочном пространстве над колосниковой решеткой; кокс сгорает на самой решетке. Чем выше выход летучих продуктов из горючей массы топлива (см. табл. 16), тем больше должен быть объем топочного пространства, чтобы летучие продукты успевали в нем сгорать. Топливо, содержащее много балласта, должно сжигаться в толстом слое, который бы аккумулировал тепло, обеспечивая быструю подсушку и нагревание топлива. Например, торф сжигают в слое толщиной 50—90 см, тогда как при сжигании антрацита слой не должен быть выше 10—12 см во избежание порчи колосников. Продукты горения (топочные, или дымовые газы) используются в промышленности в качестве теплоносителя — чаще всего для нагревания воды и получения водяного пара в паровых котлах, для нагревания реагентов в промышленных печах, аппаратах и т. д. После этого газы отводятся в канал (боров) и далее — в дымовую трубу. Воздух должен подаваться в топку в количестве, несколько превышающем (примерно в 1,2—1,5 раза) теоретически необходимое для сгорания топлива, чтобы обеспечить по возможности полное сгорание. Подача большего избытка воздуха нежелательна, так как увеличивает объем продуктов горения и, следовательно, потерю тепла с отходящими в трубу газами и снижает температуру в топочном пространстве.
С целью устранения тяжелого ручного труда и повышения производительности топки в крупных котельных теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), государственных районных электростанций (ГРЭС) и т. д. применяются механические топки с подвижной цепной колосниковой решеткой, состоящей из отдельных колосников, связанных между собой в одну бесконечную цепь, похожую на гусеницы танка. В этих топках осуществлено непрерывное поступление топлива и удаление шлака. Топливо медленно перемещается вместе с решеткой на расстояние до 8 м и при этом сгорает, после чего шлак удаляется шлако-снимателем. Воздух, нагретый до 250°, подается из окон 4
в отверстия решетки и дополнительно — в месте поступления топлива (унося из него пыль) и в топочное пространство с целью завихривания факела пламени — для ускорения сгорания летучих продуктов.
Для использования мелкозернистого топлива (мелочи) его превращают в брикеты — правильной формы куски; для этого каменный уголь измельчают, смешивают с пеком и нагретую смесь подвергают прессованию, после чего полученные брикеты охлаждают; бурый уголь подсушивают и прессуют без добавки связующего вещества.
Другой, широко применяемый на электростанциях и в промышленных печах (см. часть VI, § 14) способ использования мелочи (например, фрезерного торфа, мелкого антрацита — штыба, а также тощего угля) заключается в измельчении ее путем дробления в мельницах в пыль и сжигания в виде аэрозоля, подобно обжигу флотационного колчедана.
Для сжигания пылевидного топлива применяют камерные топки в виде камер из огнеупорного кирпича, в которые вдувается с большой скоростью смесь пыли с воздухом, нагретым до ~400°. Для полного сгорания пыли и завихривания в факел.
Котельное топливо подается дополнительно сбоку воздух. Частицы шлака, падая вниз, удаляются через отверстие в нижней части топки. Стенки камеры защищаются от расплавления расположенными вертикально близко друг от друга трубами парового котла, в которых образуется пар; далее он поступает в горизонтальный цилиндрический сосуд — барабан котла — в верхней части топки и затем в трубы пароперегревателя.
Для сжигания жидкого котельного топлива последнее предварительно распыляют в форсунке посредством сильной струи водяного пара или сжатого воздуха. Образующиеся мелкие капельки топлива, частично испаряясь, быстро сгорают в топке. При распылении посредством пара воздух, необходимый для сгорания топлива, подается в топочное пространство около форсунки.