Файл: Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу Источники энергии теплотехнологии.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 51
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Методические указания
к выполнению
лабораторных работ
по курсу
«Источники энергии теплотехнологии»
Работа №1. Определение влажности твёрдого топлива и выхода летучих веществ
Цель работы: ознакомится с методиками определения влажности топлива и выхода летучих веществ: определить влажность и выход летучих веществ в каменном угле.
Одной из основных теплотехнических характеристик твёрдого топлива является его влажность.
Содержание влаги в топливе колеблется от долей процента в жидком топливе, до 50..60% в сырых дровах и свежедобытом торфе.
В зависимости от конкретных форм связи с топливом различают несколько её видов.
Сорбционная влага. Этот вид влаги обусловлен способностью твёрдых топлив. Вследствие их капиллярно-пористой структуры и коллоидных свойств, удерживают влагу за счёт сил межмолекулярного взаимодействия, которое может иметь место как на поверхности топлива, так и в его объёме.
Характерной особенностью сорбционной влаги является определённая зависимость равновесного содержания её в топливе от температуры и парциального давления водяного пара в окружающей среде (воздухе). Сорбируемость топливом влаги из воздуха определяет его гигроскопические свойства. Для сравнения свойств топлив по их гигроскопичности принято использовать значение равновесной влажности, соответствующее стандартным лабораторным условиям: температуре 20С и относительной влажности воздуха 60%. Влагу, содержащуюся в топливе при этих условиях, называют гигроскопической.
Наиболее гигроскопичными являются твёрдые ископаемые топлива ранней стадии углефикации: торф, бурый уголь.
Капиллярная влага представляет собой часть общей влаги топлива, находящейся в его порах (капиллярах). Присутствие её в порах обусловлено так называемой капиллярной конденсацией, имеющей место при размерах пор менее 10-5см. Если радиус пор более 10-5см, капилляры заполняются водой при прямом контакте топлива с ней.
Количество капиллярной влаги в топливе, в основном, зависит от его пористости, возрастающей с ростом углефикации топлива. Форма и размеры пор весьма разнообразны.
Капиллярное всасывание влаги может привести к заполнению ею не только пор внутри кусков (частиц) топлива, но и промежутков между частицами, если эти промежутки имеют достаточно малые размеры. Кроме того, водяная плёнка может образоваться на всей внешней поверхности кусков. Влага, располагающаяся снаружи кусков (частиц) топлива, получили название поверхностной.
Некоторая часть влаги входит в состав кристаллогидратов, которые присутствуют среди минеральных примесей топлива и представлены, главным образом, силикатами (Al2O3*2SiO2*2H2O или Fe2O3*2SiO2*2H2O). Эту влагу принято называть гидратной водой. На её долю обычно приходится лишь несколько процентов общего содержания воды в топливе; доля гидратной воды возрастает при увеличении зольности топлива. Особенно заметно содержание кристаллогидратной влаги у горючих сланцев.
Вода в кристаллогидратах содержится в строго определённых количествах независимо от общей влажности топлива и внешних условий и удаляется из кристаллогидратов только при их разложении в результате химических реакций, протекающих при нагреве топлива выше 150…200С.
Полное выделение гидратной воды достигается достаточно быстро (за несколько минут и секунд) только при температурах 700…900С.
Технологический показатель влажности топлива характеризуется содержанием общей влаги, обычно определяемой по потере массы пробы топлива при полном её высушивании на воздухе при температурах 105…140С и выражаемой в процентах первоначальной массы. В найденную таким способом общую влагу не входит гидратная вода.
Обычно качество топлива по влажности в производственных условиях характеризуют относительным содержанием рабочей влаги Hp – общей влаги топлива, находящегося в таком состоянии, в котором оно доставлено потребителю.
Присутствие влаги в топливе существенно ухудшает его основные технологические характеристики, снижает его тепловую ценность, создаёт значительные трудности при транспортировке и подготовке к сжиганию, снижает тепловую экономичность топочных устройств. Увеличение влажности твёрдого топлива ведёт к снижению подвижности его частиц, вплоть до полной потери топливом сыпучести. Влага, соответствующая состоянию при котором топливо лишается сыпучести, именуемая влагой сыпучести. Нсып. всего на несколько процентов превышает Hp, например:
| Топливо | Hp, % | Нсып., % |
| Торф фрезерный | 50,0 | 53…58 |
| Уголь бурый подмосковский | 33,0 | 35…38 |
| Уголь бурый челябинский | 17,0 | 17…22 |
| Сланец прибалтийский | 12,0 | 13…14 |
Поэтому, даже относительно небольшое повышение влажности топлива при перевозке или хранении в открытых штабелях может вызвать значительные затруднения при его разгрузке и движению по тракту топливоподачи.
Наибольшие трудности возникают при налипании на элементах топливоподачи, дробильных и мелющих устройств. Влажность топлива, при которой оно приобретает свойства налипать на поверхности, называется расчётной влажностью налипания Нр.н. Значение Нр.н для высоковлажных топлив много выше их рабочей влажности Hp. Для топлив высокой степени углефикации (каменных углей марок Ж и Т, антрацита) значение Нр.н близко к Hp. Разность Нр.н - Hp называется резервной влагоёмкостью Нрез., показывающей, насколько допустимо увлажнение топлива сверх Hp без опасения, что оно приобретает способность к налипанию.
В зимнее время при низких температурах высоковлажные топлива способны к смерзанию. Трудозатраты на выгрузку смёрзшегося топлива иногда возрастают в 10 раз по сравнению с нормой.
Наибольшее содержание влаги в топливе, при котором ещё не происходит его смерзание, характеризуется так называемой влагой смерзания Нсм. которая для всех топлив близка к гигроскопической влаге.
Способностью к смерзанию при небольших отрицательных температурах (-2…-4С) обладает только свободная влага (в основном влага капиллярная и поверхностная). Связанная влага, входящая в состав коллоидных структур топлива не смерзается при низких температурах.
Одной из наиболее важных теплотехнических характеристик, указывающей степень углефикации топлива, является величина выхода летучих.
Летучими веществами называются парообразные и газообразные продукты, образующиеся при нагревании топлива без доступа воздуха. При нагревании твёрдых топлив происходит распад термически нестойких сложных углеводородистых соединений горючей массы с выделением горючих газов: водорода, углеводородов, окиси углерода и негорючих газов – углекислоты и водяных паров.
Выход летучих в значительной степени зависит от условий, при которых производят определение. Большое значение имеет температура, скорость нагревания, размер частиц топлива. Выход летучих для различных видов топлива колеблется в широких пределах – 6…80% и выше.
Для торфа выход летучих начинается при температуре примерно 100С, для бурых и каменных углей – при 150…170С, горючих сланцев – при 230С, тощих углей и антрацитов – 400С и завершается при высоких температурах – до 1100…1200С.
Выход летучих веществ от сухой беззольной массы топлива составляет для (в %): торфа – 70…74; бурых углей – 40…50; молодых каменных углей – 30…40; старых каменных углей – 11…15; антрацитов – 3…7.
В процессе термического разложения в летучие вещества переходит углерод топлива. Углерод, оставшийся после завершения термического разложения, и минеральные примеси топлива образуют твёрдый остаток, называемый коксом.
Выход летучих веществ является одной из важных характеристик твёрдого топлива, оказывающей большое влияние на процесс горения. Топливо с большим выходом летучих веществ, например, торф, бурый уголь, молодой каменный уголь, попадая в топку быстро выделяет значительное горючих газообразных веществ, которые легко воспламеняются и быстро сгорают в топке. Коксовый остаток, полученный после выделения летучих веществ, содержит относительно малое количество углерода, поэтому его горение протекает также сравнительно быстро и с малыми потерями теплоты от недожога. Наоборот, топливо с малым выходом летучих, например, антрацит и тощие угли загораются значительно труднее, а горение коксового остатка, углерод которого содержит значительное количество теплоты топлива, протекает продолжительное время.
Выход летучих веществ оказывает определённое влияние на механические свойства коксового остатка. Топлива с очень высоким и малым выходом летучих веществ, образуют механически не прочный, легко рассыпающийся кокс. Это затрудняет слоевое сжигание топлива, вследствие образования порошкообразного слоя кокса, плохо продуваемого воздухом.
Описание установок
Установка для определения влажности твёрдого топлива представляет собой сушильный шкаф, в который устанавливаются бюксы с навесками топлива. Поддержание заданной температуры в сушильном шкафу производится с помощью автоматического терморегулятора, расположенного на передней панели шкафа.
Установка для определения летучих представляет собой муфельную печь, в которой устанавливаются фарфоровые тигли с навесками топлива. Поддержание заданной температуры в муфельной печи производится с помощью автоматического терморегулятора, расположенного на панели управления печью.
Охлаждение бюксов и тиглей с навесками топлива производится в эксикаторе. Взвешивание охлаждённых бюксов и тиглей с навесками топлива производится на аналитических весах.
Методика проведения работы
Для определения влажности твёрдого топлива в предварительно взвешенные бюксы высотой 25…30мм и диаметром 35…40мм берут навеску топлива 10,1г, размеры частиц которого не должны превышать 0,21мм. Высота слоя в бюксе не должна быть более 5мм. Навеску разравнивают лёгким встряхиванием и высушивают в предварительно нагретом сушильном шкафу при температуре 105…110С. При этом крышка бюкса должна быть полуоткрыта. Продолжительность сушки для бурых углей 90 мин., антрацитов – 120 мин. После сушки бюксы с навесками топлива вынимают из шкафа, плотно закрывают крышкой и в течении 2 – 3 мин ожидают на воздухе, затем в эксикаторе до комнатной температуры. Охлаждённые бюксы взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,001 г.
Производят контрольное просушивание в течении 30 мин при температуре 105…110С. в случае, если потеря в массе окажется более 0,01 г, контрольное просушивание и взвешивание повторяют, пока убыль в массе навески не окажется меньше 0,01 г. В случае увеличения навески в результате окисления угля для расчёта принимают предпоследний вес.
Процентное содержание влаги в исследуемом топливе рассчитывают по формуле:
,где G1 – убыль в массе после высушивания топлива, г; G – навеска топлива, г.
Допускаемое расхождение между двумя параллельными определениями не более 0,3%.
Для определения величины выхода летучих веществ в предварительно прокаленные и взвешенные тигли берут навеску топлива 10,1 г с известной влажностью. Тигли с навесками топлива устанавливают в муфельную печь на жароупорную подставку.
Муфельную печь предварительно разогревают до температуры 85025С. наблюдают за колебаниями температуры в печи, они не должны превышать 25С.
Перед помещением в печь тигли закрывают крышкой, свободно лежащей на тигле и не препятствующей выходу летучих из тигля. Выход летучих продуктов из муфельной печи обеспечивается отверстиями в дверке печи.
После нагревания в течение 7 мин тигли вынимают из печи и охлаждают 5 мин на воздухе, затем в эксикаторе до комнатной температуры.
Охлаждённый тигель с содержащимся в нем твёрдым остатком взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г.
Выход летучих веществ
