ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОЛЬНОСТИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Стр 1 из 6Следующая ⇒

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Методические указания к лабораторным работам по курсу

«Основы теории горения топлив»

для студентов дневной формы обучения специальностей:

140104 – Промышленная теплоэнергетика; 140106 – Энергообеспечение предприятий; 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция

Екатеринбург

2007

УДК 621.18:662.6 (075.8)

Составители В.А. Мунц, В.В. Тюльпа

Научный редактор проф., д-р техн. наук Н.Ф. Филипповский

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО ТОПЛИВА: методические указания к лабораторным работам / сост. В.А. Мунц, В.В. Тюльпа. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. 23 с.

Методические указания полезны студентам при отработке лабораторного практикума по определению влажности, зольности, выхода летучих веществ и теплоты сгорания твердого топлива. В тексте даются основные сведения о технических характеристиках топлива, методике и порядке проведения испытаний.

Библиогр.: 7 назв. Табл. 3. Рис.4.

Подготовлено кафедрой «Промышленная теплоэнергетика».

©ГОУ ВПО «Уральский государственный

технический университет-УПИ», 2007

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Важнейшими техническими характеристиками твердого топлива, определяющими направления его использования и конструкции топливосжигающих устройств, являются: влажность, зольность, выход летучих и удельная теплота сгорания. В настоящей работе проводится определение вышеуказанных характеристик твердого топлива.

Общие сведения о влаге, содержащейся в твердом топливе

В разных видах и марках твердого ископаемого топлива содержание влаги различно и зависит в основном от геологического возраста. Чем выше геологический возраст топлива, тем меньше влаги оно содержит. Так, самое молодое топливо – торф в залежи может содержать влаги до 40-80 %; молодые бурые угли – 50-60 %, а остальные бурые угли – 20-40 %, молодые каменные угли (марок Г и Д) содержат 8-12 % влаги, а старые каменные угли (марки Т) и антрацит – 4-8 %.

Кусок угля, добытый из пласта, теряет на воздухе влагу, находящуюся на внешней поверхности куска, так называемую влагу смачивания или свободную. После удаления этой влаги в куске свежедобытого угля, который полностью насыщен водой, остается влага, свойственная данному углю, его химической природе, петрографическому составу и степени углефикации. Содержание этой влаги в угле (влагосодержание) определяется максимальной влагоемкостью.

Понятие «влагосодержание» угля объединяет влагу различных видов. Кусок угля пронизан трещинами, закрытыми и открытыми порами (капиллярами) различных размеров. Из-за высокой пористости внутренняя поверхность 1 г угля достигает нескольких десятков квадратных метров. На внешней и внутренней поверхности угля сорбируются молекулы воды. Эта адсорбционно-связанная вода образует пленку на внешней и внутренней поверхностях угля, на стенках трещин и пор. Кроме того, в недрах, где пласты угля обводнены, трещины и поры заполняются водой (капиллярная влага). Уголь в залежи насыщается водой в течение всего процесса углефикации, поэтому в куске свежедобытого угля не только открытые, но и закрытые поры (не сообщающиеся с внешней средой) заполнены водой. Влага закрытых пор удаляется только после измельчения угля.

Гидратная вода входит в состав минеральной части углей в виде кристаллогидратов, например глин (алюмосиликаты состава ) и гипса ( ).

Таким образом, вода в угле находится в различных состояниях: в виде капель, пленок молекул, адсорбционных на поверхности, в виде капиллярной влаги, а также может входить в состав минеральной части угля. Отсутствие четких границ между отдельными видами влаги затрудняет их количественное определение.

Для удобства определения влаги в угле и в соответствии с принятыми на практике методами анализа (ГОСТ 27314-87) влагосодержание угля подразделяют на влагу внешнюю (механическую) и влагу воздушно-сухого топлива. Топливо с влажностью, установившейся в естественных условиях хранения, принято называть воздушно-сухим.

Влага внешняя – это часть общей влаги топлива, которая удаляется при его высушивании до воздушно-сухого состояния; это влага, которая удерживается наружной поверхностью кусков топлива благодаря ее смачиванию. Величина внешней влаги зависит от крупности топлива, поскольку с уменьшением размера кусков возрастает их удельная поверхность.

Влага воздушно-сухого топлива – часть общей влаги топлива, которая остается в нем после высушивания до воздушно-сухого состояния.

Для характеристики влажности угля в целом (влагосодержание угля) применяют термин «влага общая» – общее содержание внешней влаги и влаги воздушно-сухого топлива.

Для того чтобы правильно оценить результаты анализа угля, необходимо знать влажность той пробы, из которой непосредственно производится определение показателей. С этой целью было введено понятие «влага аналитической пробы». Эта влажность примерно соответствует адсорбционной влаге топлива.

Влага аналитической пробы – это содержание влаги в пробе с зернами крупностью менее 0,2 мм.

К внутренней влаге обычно относят капиллярную, гидратную и коллоидную. Коллоидная влага находится в топливе в коллоидно-связанном состоянии, равномерно распределена в топливной массе.

Капиллярная влага – это влага, заполняющая капилляры и поры, которые всегда имеются в кусках топлива и особенно в его молодых видах: торфе и буром угле.

Гидратная влага – это кристаллизационная влага минеральных примесей топлива ( – сернокислый кальций и др.). Содержание гидратной влаги в топливе обычно невелико. Заметное количество ее бывает лишь в многозольных топливах. Эта влага удерживается более прочно, чем адсорбционная влага. Адсорбционная удаляется из топлива полностью при нагревании его до температуры кипения воды, гидратная же влага только начинает удаляться при этой температуре, а полностью удаляется при 700 - 800 °С.

Метод определения влажности

Наиболее широкое распространение, ввиду его простоты и достаточной точности, получил ускоренный метод определения влаги, который принят как стандартный (ГОСТ 11014-2001). Он заключается в высушивании навески топлива в воздушном сушильном шкафу до постоянного веса при температуре (160 5) °С и определении потери веса, которая и принимается за количество влаги, содержащейся в навеске топлива. Продолжительность сушки углей уменьшается по сравнению со стандартным нагревом (при 105-110 °С) с 3–4 ч до 5 мин для аналитических проб каменных углей, до 5–10 мин – для бурых.

При нагревании навески топлива приходится опасаться двух явлений:

1) выделение, кроме воды, летучих веществ топлива (из-за
чего результат завышается);

2) поглощение из воздуха кислорода, который, вступая в химическое взаимодействие с топливом, либо усваивается им (что занижает результат), либо, соединяясь с углеродом и водородом, отщепляет диоксид углерода и воду, которые удаляются из топлива (что завышает результат).

Если топливо нагревать до высокой температуры, эти явления могут сильно исказить результаты, поэтому и принято нагревать топлива до температуры 160 °С.

Обычно влажность определяют в пробах топлива с измельчением до 3 мм (лабораторная проба) или в пробах с измельчением в порошок (аналитическая проба). Необходимо иметь в виду, что полученное содержание влаги в аналитической пробе не представляет собой общей (рабочей) влажности топлива , так как аналитическая проба получается после предварительной подсушки до 40-50 °С при определении внешней влаги. Последняя может быть подсчитана лишь в том случае, если известна величина «внешней» влаги , которая была удалена при предварительной подсушке.

Проведение анализа

Анализ производится на аналитическую пробу, т.е. уголь измельчается в порошок с размерами частиц менее 0,2 мм, подсушенный до воздушно-сухого состояния при определении внешней влаги. Влажность определяется по стандартному методу сушки в следующем порядке:

1. Бюксу с крышкой, в которой будет производиться подсушка навески топлива (М₁, г), взвешивают вместе с крышкой на аналитических весах.

2. Аналитическую пробу топлива тщательно перемешивают в банке,
шпателем берут навеску топлива и помещают ее во взвешенную бюксу.

3. Взвешивают бюксу вместе с крышкой и навеской угля .

4. Помещают бюксу с топливом в предварительно разогретый до (160±5) °C сушильный шкаф, приоткрыв крышку бюксы. Для каменного угля,
антрацита и сланца продолжительность высушивания – 5 мин, для бурого угля – 10 мин, при массовой аналитической влаге более 10 %.

5. После сушки бюксу с навеской топлива вынимают из сушильного
шкафа и охлаждают в течение 2-3 минут на металлической подставке, а затем в эксикаторе.

6. После охлаждения бюксу с навеской топлива взвешивают .
За содержание влаги в топливе, взятом на аналитическую пробу,
принимают общую убыль веса , вычисленную в процентах к весу навески топлива:

Содержание всей влаги в топливе в процентах на рабочую массу топлива вычисляют по формуле, %,

где W_h – внешняя влага топлива, % (задается).

Все взвешивания производятся с точностью до 0,001 г. Результаты испытаний вычисляются с точностью до 0,01 %, окончательные результаты округляют до десятых долей процента.

Определение содержания влаги производят параллельно в двух навесках. Допустимое расхождение между результатами двух параллельных определений содержания влаги должны быть не более 0,2 %.

Контрольные вопросы

1. Назовите виды связи влаги с топливом и объясните их физическую сущность.

2. Какая проба топлива используется в данной работе?

3. Назовите режимные условия проведения опыта по определению
влажности топлива.

Лабораторная работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОЛЬНОСТИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

1. Общие сведения о золе и минеральной массе

Все виды твердого топлива в большем или меньшем количестве содержат примесь негорючих минеральных веществ, которые при сгорании топлива образуют золу.

Содержание минеральных примесей в твердом топливе колеблется в широких пределах, в каменных и бурых углях оно может быть от 2 до 40 %, в карбонатных сланцах от 50 до 80 %.

Минеральные примеси твердого топлива представляют собой сложную смесь, в состав которой входят самые разнообразные вещества. В большинстве случаев основу их составляют силикаты (алюминия, железа, кальция, магния и др.), среди них видное место занимает глина . Весьма часто в минеральную массу топлива входят сульфиды железа, карбонаты кальция, магния и железа, закись железа, а также окислы других металлов в виде солей органических кислот, фосфаты, хлориды и т.д.

Количество минеральных примесей в топливе определяется путем сжигания топлива в лабораторном муфеле с последующим прокаливанием получающейся золы при доступе воздуха. При этом минеральные примеси подвергаются ряду превращений.

При сжигании топлива в промышленных условиях – в топках котельных, в печах и т.д. – наблюдаются те же превращения в минеральной массе топлива, что и в лабораторном муфеле, однако разница условий вносит свои поправки.

Наиболее существенные поправки вносит газовая среда, поскольку сжигание топлива в промышленности производится с малыми избытками воздуха, а в лабораторных условиях большой избыток воздуха приводит к образованию солей закисного железа и сульфатов. Кроме того, различие обусловлено более высоким температурным уровнем в топке; различием во времени, в течение которого минеральные вещества подвергаются действию высокой температуры в лаборатории и в топке; частичным растворением в расплавленной золе футеровки топки.

Метод определения зольности

При определении содержания золы в любом виде топлива необходимо соблюдать следующие основные условия (ГОСТ 11022-95*):

1. Сжигание навески должно проводиться при свободном доступе воздуха в фарфоровых лодочках №1,2 и 3 по ГОСТ 6675-73, помещенных в муфель с открытой дверцей и с отверстием в задней стенке. После окончания озоления, т.е. после прекращения видимого выделения газообразных продуктов разложения и горения навески, дверцу закрывают для более равномерного нагрева внутреннего объема муфеля до температуры окончательного прокаливания. При недостаточном доступе воздуха к озоляемой навеске может
иметь место процесс коксования, а кокс трудно выжечь до конца,
так как для его горения требуется более высокая температура.

2. Озоление навески должно производиться медленно, без появления пламени (навеска угля должна тлеть, а не гореть). При появлении пламени происходит унос твердых частиц, в которых содержатся и минеральные примеси.

3. При окончательном прокаливании должна строго поддерживаться определенная температура. Прокаливание методом ускоренного озоления ведут при температуре 800-830 °С или 850-875 °С в зависимости от вида топлива.

4. Золу в лодочке нужно доводить до постоянного веса. Это
достигается повторными контрольными прокаливаниями при заданной максимальной температуре с последующим взвешиванием.
Прокаливание повторяется до тех пор, пока разность величин масс
при двух последующих взвешиваниях не будет превышать 1 мг.

Проведение анализа

Определение зольности проводится методом ускоренного озоления с естественной вентиляцией (ГОСТ 11022-95*). Порядок проведения анализа следующий:

1. Муфель разогревают до температуры 850-875 °С;

2. Производят взвешивание пустой лодочки на аналитических весах.

3. В предварительно взвешенную лодочку насыпают навеску аналитической пробы и производят взвешивание лодочки вместе с навеской .

4. Открывают дверцу муфельной печи и устанавливают пластинку с
лодочками на уровне ее пода. В таком положении лодочки с навесками выдерживаются в течение 3 мин при озолении углей и антрацита и в течение 5 мин при озолении сланцев.

5. Пластинку с лодочками продвигают в муфельную печь со скоростью 2 см/мин и закрывают дверцу.

6. Продолжительность озоления навесок топлива и температура муфельной печи указаны в табл.1.

Таблица 1

Вид топлива	Температура муфельной печи, ⁰С	Продолжительность озоления, мин
Вид топлива	Температура муфельной печи, ⁰С	в лодочках №2	в лодочках №3
Угли каменные и антрацит	800-830	35	25
Угли бурые	800-830	25	20
Сланцы горючие	850-875	25	20

7. По окончании озоления пластинку с лодочками вынимают из муфельной печи, охлаждают на воздухе до комнатной температуры и взвешивают лодочки с зольным остатком .

8. Выполняют контрольное прокаливание в течение 15 мин. Охлаждение и взвешивание проводят до тех пор, пока разность в весе при двух последовательных взвешиваниях будет не менее 0,001 г.

9. Все взвешивания производят с точностью до 0,001 г.

Содержание золы ваналитической пробе определяют по формуле, %,

Пересчет на содержание золы в рабочем топливе производится по формуле, %,

Допустимые расхождения в определении зольности не должны превышать: 0,2 % при ; 0,3 % при ; 0,4 % при ; 0,5 % при .

Контрольные вопросы

1. Какие вещества входят в минеральные примеси топлива?

2. Назовите режимные параметры при определении зольности топлива.

3. В чем состоит различие в процессах образования золы в топках
и в лабораторных условиях?

Лабораторная работа № 3

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 3105; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!