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: 56
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
,
где G – навеска топлива, г; G1 – убыль в массе тигля с навеской топлива, г; Wа – влажность топлива, %.
Пересчёт на условную горючую массу топлив
,
где Aa – зольность испытуемой пробы, %.
Обработка результатов
Результаты взвешивания бюксов 1…3 с навесками топлива до сушки и в процессе просушивания заносят в табл. 1. Взвешивание проводится с точностью до 0,001 г.
Рассчитывают влажность топлива
,
где G1 – убыль в массе навески топлива после его сушки, г; G – навеска топлива, г.
Определяют расхождение между результатами двух определений влажности
.
Допускаемое расхождение между двумя параллельными определениями не более 0,3%.
Результаты взвешивания тиглей с навесками топлива до прокаливания и после охлаждения заносят в табл. 2. Взвешивания производятся с точностью до 0,0002 г.
Рассчитывают выход летучих веществ
,
где G – навеска топлива, г; G – убыль в массе навески, г; Wа – влажность топлива, %.
Определяют выход летучих на условную горючую массу топлива
,
где Aa – зольность испытуемой пробы, %.
Находят расхождение между двумя результатами выхода летучих
.
Допускаемое расхождение между двумя параллельными определениями 0,3%.
Содержание отчёта
Цель работы.
Таблицы измеренных и рассчитанных величин.
Расчёты.
Контрольные вопросы
Какие теплотехнические характеристики твёрдых топлив являются основными?
На что влияет высокая влажность топлив?
Что является внешней и внутренней влагой?
Что называется влагой смерзания?
Что называется летучими веществами?
В каких пределах измеряется и что показывает величина выхода летучих?
Объясните полученные характеристики твёрдого топлива и классифицируйте по ним анализируемое топливо.
Что называется коксом?
Работа №2. Определение зольности твёрдого топлива
Цель работы: изучить методику определения зольности твёрдого топлива, определить содержание золы в твёрдом топливе.
Зола представляет собой минеральный остаток, получаемый при полном сгорании топлива. Все виды органического топлива, за исключением газообразного и наиболее летучих видов дистиллированного жидкого топлива, содержат минеральные вещества. Содержание минеральных примесей в твёрдых топливах изменяется в широких пределах: в древесном топливе 1…2%, в угле 10…14%, в горючих сланцах до 70%, в жидком топливе до 1%.
По происхождению различают три вида минеральных примесей. Первичная часть минеральных примесей представляет собой минеральные вещества, которые входили (некогда) в исходный растительный материал, составивший основу формирования ископаемого топлива. Эта составляющая часть обычно мала и не превышает 1%.
Вторичные примеси внесены в залежь ископаемого топлива в процессе его формирования и распределены в топливе в виде тонких прослоек.
Третичные примеси – горная порода, окружающая залежь, которая попадает в топливо в процессе его добычи.
В состав минеральных примесей твёрдого топлива входят как простые оксиды и соли, так и более сложные соединения – минералы. Главными из них являются алюмосиликаты (глинистые вещества, например, каолинит Al2O3*2SiO2*2H2O, кремнезём SiO2), ортоклаз K2O*Al2O3*6SiO2, а также карбонаты CaCO2*MgCO2 и сульфиты CaSO4*MgSO4*FeSO4.
В процессе сжигания топлива практически все компоненты его минеральных примесей подвергаются химическим преобразованиям, переходя в основном, в оксиды. Образование оксидов обычно заканчивается при свободном доступе воздуха при температуре 850…900С. образующаяся при этом зола представляет практически механическую смесь простых оксидов: SiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, CaO, MgO.
По составу и количеству между минеральными примесями и его золой практически не бывает полного соответствия. Как правило, выход золы А меньше содержания минеральных примесей в данном топливе.
Соотношение между содержанием минеральных примесей в топливе и его зольностью в расчет на сухую массу А имеет вид
где
- массовая доля диоксида углерода, выделяющегося при разложении карбонатов; 
- массовая доля пиритной и сульфатной серы в топливе;
- массовая доля сульфатной серы в золе топлива; 
- массовая доля гидратной влаги в топливе, определяемая по формуле В.С.Крыма
,
где
- массовая доля триоксида железа в золе; остальные обозначения те же, что и в формуле выше.
При горении топлива в условиях повышенных температур (>1000C) образуется несколько видов так называемых очаговых остатков: шлак, летучая зола, провал.
Шлак, в отличие от золы, представляет собой минеральную массу с включением небольшого количества продуктов недожога (в основном, углерода), подвергшуюся высокотемпературному нагреву, в результате которого она приобрела сплавленный или спёкшийся характер и повышенную прочность.
Провал представляет более крупные фракции золы (с включением недожога), выпадающие в холодную воронку котла, в отличие от уноса, являющегося летучей золой, которая выносится дымовыми газами из топки в дымовую трубу или охлаждается в конвективных газоходах котла.
В случае образования шлаковых расплавов между составляющими шлак оксидами возможно протекание различных химических реакций с образованием более сложных минералов кислотного и основного характера. Кислотность шлака К определяется по отношению массовой доли в нем кислых оксидов к суммарной массовой доле основных и амфотерных оксидов:
.
Шлак и зола, для которых К>1, называют кислыми, при К<1 – основными, при К=1 – нейтральными.
Для большинства энергетических топлив, очаговые остатки имеют нейтральный или слабокислый характер.
Кислотность шлаков и золы учитывают при выборе типа футеровки топки. Стойкость футеровки выше при её контакте с расплавленным шлаком одинаковой химической природы, т.е. для кислых шлаков выбирают кислую футеровку, для основных – основную.
Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания вследствие уменьшения доли горючих компонентов и увеличения расхода на нагрев и плавление минеральной массы.
Увеличение расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы имеет существенное значение в топках с жидким шлакоудалением.
Наличие в топливе минеральной массы понижает его жаропроизводительность (увеличивается расход тепла на плавление и нагрев золы до температуры горения топлива). Практически это заметно сказывается на жаропроизводительности лишь при высокой зольности топлива.
Вследствие повышения зольности технологического топлива. В доменный процесс, в целях удаления золы из печи, вводят известь, которая образует с золой шлак с пониженной температурой плавления, при этом значительное количество топлива расходуется на нагревание и расплавление минеральных соединений, содержащихся в топливе и вводимых в виде флюсов. Например, при повышении зольности металлургического кокса на 1% расход его возрастает на 2,5% и примерно на столько же снижается производительность доменных печей.
Применение в технологических печах твёрдого топлива с высокой зольностью осложняет ход технологического процесса, так как вызывает необходимость частой чистки колосников и удаление золы.
Зольность технологического топлива отрицательно сказывается на производительности печи и газогенераторов и осложняет их эксплуатацию.
Описание установки
Установка для определения зольности твёрдого топлива представляет собой муфельную печь, в которой производится озоление и прокаливание навесок топлива, помещённых в тиглях. Поддержание заданной температуры в печи производится с помощью автоматического терморегулятора, расположенного на панели управления печью. Охлаждение тиглей с прокаленными навесками топлива производится в эксикаторе. Взвешивание охлаждённых тиглей производится на аналитических весах.
Методика проведения работы
В предварительно взвешенные на аналитических весах три фарфоровых тигля берут навеску топлива 10,1 г в каждый. Тигли с навесками топлива помещают в холодную или нагретую до 250…300С муфельную печь. В течение 1…1,5 ч в муфельной печи поднимают температуру до 85025С. При данной температуре в течение 8 мин происходит быстрое озоление навески топлива. Образовавшийся зольный остаток прокаливают при этой температуре в течение часа, после чего тигли вынимают из муфельной печи и охлаждают в начале на воздухе в течение 5 мин, а затем эксикаторе до комнатной температуры. Охлаждённые тигли взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. После взвешивания тигли помещают в муфельную печь и прокаливают а течение 30 мин. По истечении этого времени тигли охлаждают и взвешивают вторично. При получении разности в массе тигля с навеской между двумя последовательными взвешиваниями менее 0,001 г, дальнейшее прокаливание прекращают. В случае получения разности масс больше указанной величины производят повторное прокаливание. В случае возрастания массы навески прокаливание прекращают, а для расчёта используют предыдущее значение массы навески.
где G – навеска топлива, г; G1 – убыль в массе тигля с навеской топлива, г; Wа – влажность топлива, %.
Пересчёт на условную горючую массу топлив
,где Aa – зольность испытуемой пробы, %.
Обработка результатов
Результаты взвешивания бюксов 1…3 с навесками топлива до сушки и в процессе просушивания заносят в табл. 1. Взвешивание проводится с точностью до 0,001 г.
Таблица 1
| Величина | До сушки | После сушки | |
| 1-й | 2-й | ||
| Масса навески топлива в бюксе 1, г | | | |
| Масса навески топлива в бюксе 2, г | | | |
| Масса навески топлива в бюксе 3, г | | | |
| Масса бюкса 1 с навеской топлива, г | | | |
| Масса бюкса 2 с навеской топлива, г | | | |
| Масса бюкса 3 с навеской топлива, г | | | |
| Убыль массы навески топлива в бюксе1, г | | | |
| Убыль массы навески топлива в бюксе 1, г | | | |
| Убыль массы навески топлива в бюксе 2, г | | | |
| Убыль массы навески топлива в бюксе 3, г | | | |
Рассчитывают влажность топлива
,где G1 – убыль в массе навески топлива после его сушки, г; G – навеска топлива, г.
Определяют расхождение между результатами двух определений влажности
.Допускаемое расхождение между двумя параллельными определениями не более 0,3%.
Результаты взвешивания тиглей с навесками топлива до прокаливания и после охлаждения заносят в табл. 2. Взвешивания производятся с точностью до 0,0002 г.
Таблица 2
| Величина | До прокаливания | После прокаливания |
| Масса навески топлива в тигле 1, г | | |
| Масса навески топлива в тигле 2, г | | |
| Масса навески топлива в тигле 3, г | | |
| Масса тигля 1 с навеской топлива, г | | |
| Масса тигля 2 с навеской топлива, г | | |
| Масса тигля 3 с навеской топлива, г | | |
| Убыль массы навески топлива в тигле 1, г | | |
| Убыль массы навески топлива в тигле 2, г | | |
| Убыль массы навески топлива в тигле 3, г | | |
Рассчитывают выход летучих веществ
,где G – навеска топлива, г; G – убыль в массе навески, г; Wа – влажность топлива, %.
Определяют выход летучих на условную горючую массу топлива
,где Aa – зольность испытуемой пробы, %.
Находят расхождение между двумя результатами выхода летучих
.Допускаемое расхождение между двумя параллельными определениями 0,3%.
Содержание отчёта
Цель работы.
Таблицы измеренных и рассчитанных величин.
Расчёты.
Контрольные вопросы
Какие теплотехнические характеристики твёрдых топлив являются основными?
На что влияет высокая влажность топлив?
Что является внешней и внутренней влагой?
Что называется влагой смерзания?
Что называется летучими веществами?
В каких пределах измеряется и что показывает величина выхода летучих?
Объясните полученные характеристики твёрдого топлива и классифицируйте по ним анализируемое топливо.
Что называется коксом?
Работа №2. Определение зольности твёрдого топлива
Цель работы: изучить методику определения зольности твёрдого топлива, определить содержание золы в твёрдом топливе.
Зола представляет собой минеральный остаток, получаемый при полном сгорании топлива. Все виды органического топлива, за исключением газообразного и наиболее летучих видов дистиллированного жидкого топлива, содержат минеральные вещества. Содержание минеральных примесей в твёрдых топливах изменяется в широких пределах: в древесном топливе 1…2%, в угле 10…14%, в горючих сланцах до 70%, в жидком топливе до 1%.
По происхождению различают три вида минеральных примесей. Первичная часть минеральных примесей представляет собой минеральные вещества, которые входили (некогда) в исходный растительный материал, составивший основу формирования ископаемого топлива. Эта составляющая часть обычно мала и не превышает 1%.
Вторичные примеси внесены в залежь ископаемого топлива в процессе его формирования и распределены в топливе в виде тонких прослоек.
Третичные примеси – горная порода, окружающая залежь, которая попадает в топливо в процессе его добычи.
В состав минеральных примесей твёрдого топлива входят как простые оксиды и соли, так и более сложные соединения – минералы. Главными из них являются алюмосиликаты (глинистые вещества, например, каолинит Al2O3*2SiO2*2H2O, кремнезём SiO2), ортоклаз K2O*Al2O3*6SiO2, а также карбонаты CaCO2*MgCO2 и сульфиты CaSO4*MgSO4*FeSO4.
В процессе сжигания топлива практически все компоненты его минеральных примесей подвергаются химическим преобразованиям, переходя в основном, в оксиды. Образование оксидов обычно заканчивается при свободном доступе воздуха при температуре 850…900С. образующаяся при этом зола представляет практически механическую смесь простых оксидов: SiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, CaO, MgO.
По составу и количеству между минеральными примесями и его золой практически не бывает полного соответствия. Как правило, выход золы А меньше содержания минеральных примесей в данном топливе.
Соотношение между содержанием минеральных примесей в топливе и его зольностью в расчет на сухую массу А имеет вид
где
- массовая доля диоксида углерода, выделяющегося при разложении карбонатов;
- массовая доля пиритной и сульфатной серы в топливе;
- массовая доля сульфатной серы в золе топлива; - массовая доля гидратной влаги в топливе, определяемая по формуле В.С.Крыма ,где
- массовая доля триоксида железа в золе; остальные обозначения те же, что и в формуле выше.При горении топлива в условиях повышенных температур (>1000C) образуется несколько видов так называемых очаговых остатков: шлак, летучая зола, провал.
Шлак, в отличие от золы, представляет собой минеральную массу с включением небольшого количества продуктов недожога (в основном, углерода), подвергшуюся высокотемпературному нагреву, в результате которого она приобрела сплавленный или спёкшийся характер и повышенную прочность.
Провал представляет более крупные фракции золы (с включением недожога), выпадающие в холодную воронку котла, в отличие от уноса, являющегося летучей золой, которая выносится дымовыми газами из топки в дымовую трубу или охлаждается в конвективных газоходах котла.
В случае образования шлаковых расплавов между составляющими шлак оксидами возможно протекание различных химических реакций с образованием более сложных минералов кислотного и основного характера. Кислотность шлака К определяется по отношению массовой доли в нем кислых оксидов к суммарной массовой доле основных и амфотерных оксидов:
.Шлак и зола, для которых К>1, называют кислыми, при К<1 – основными, при К=1 – нейтральными.
Для большинства энергетических топлив, очаговые остатки имеют нейтральный или слабокислый характер.
Кислотность шлаков и золы учитывают при выборе типа футеровки топки. Стойкость футеровки выше при её контакте с расплавленным шлаком одинаковой химической природы, т.е. для кислых шлаков выбирают кислую футеровку, для основных – основную.
Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания вследствие уменьшения доли горючих компонентов и увеличения расхода на нагрев и плавление минеральной массы.
Увеличение расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы имеет существенное значение в топках с жидким шлакоудалением.
Наличие в топливе минеральной массы понижает его жаропроизводительность (увеличивается расход тепла на плавление и нагрев золы до температуры горения топлива). Практически это заметно сказывается на жаропроизводительности лишь при высокой зольности топлива.
Вследствие повышения зольности технологического топлива. В доменный процесс, в целях удаления золы из печи, вводят известь, которая образует с золой шлак с пониженной температурой плавления, при этом значительное количество топлива расходуется на нагревание и расплавление минеральных соединений, содержащихся в топливе и вводимых в виде флюсов. Например, при повышении зольности металлургического кокса на 1% расход его возрастает на 2,5% и примерно на столько же снижается производительность доменных печей.
Применение в технологических печах твёрдого топлива с высокой зольностью осложняет ход технологического процесса, так как вызывает необходимость частой чистки колосников и удаление золы.
Зольность технологического топлива отрицательно сказывается на производительности печи и газогенераторов и осложняет их эксплуатацию.
Описание установки
Установка для определения зольности твёрдого топлива представляет собой муфельную печь, в которой производится озоление и прокаливание навесок топлива, помещённых в тиглях. Поддержание заданной температуры в печи производится с помощью автоматического терморегулятора, расположенного на панели управления печью. Охлаждение тиглей с прокаленными навесками топлива производится в эксикаторе. Взвешивание охлаждённых тиглей производится на аналитических весах.
Методика проведения работы
В предварительно взвешенные на аналитических весах три фарфоровых тигля берут навеску топлива 10,1 г в каждый. Тигли с навесками топлива помещают в холодную или нагретую до 250…300С муфельную печь. В течение 1…1,5 ч в муфельной печи поднимают температуру до 85025С. При данной температуре в течение 8 мин происходит быстрое озоление навески топлива. Образовавшийся зольный остаток прокаливают при этой температуре в течение часа, после чего тигли вынимают из муфельной печи и охлаждают в начале на воздухе в течение 5 мин, а затем эксикаторе до комнатной температуры. Охлаждённые тигли взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. После взвешивания тигли помещают в муфельную печь и прокаливают а течение 30 мин. По истечении этого времени тигли охлаждают и взвешивают вторично. При получении разности в массе тигля с навеской между двумя последовательными взвешиваниями менее 0,001 г, дальнейшее прокаливание прекращают. В случае получения разности масс больше указанной величины производят повторное прокаливание. В случае возрастания массы навески прокаливание прекращают, а для расчёта используют предыдущее значение массы навески.