ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОПЛИВНОЙ ПЫЛИ. Учебнометодическое пособие для выполнения лабораторных работ Для студентов, обучающихся по направлениям 13. 03. 01 Теплоэнергетика и теплотехника

• Название: Учебнометодическое пособие для выполнения лабораторных работ Для студентов, обучающихся по направлениям 13. 03. 01 Теплоэнергетика и теплотехника
• Анкор: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОПЛИВНОЙ ПЫЛИ
• Дата: 05.03.2023
• Размер: 2.01 Mb.
• Имя файла: 15.pdf
• Тип: Учебно-методическое пособие; #970696
• страница: 2 из 5

Обработка результатов
1. Содержание влаги в аналитической пробе топлива, %
100


т
вл
a
М
М
W
, где М
вл
= (b – c
i
) – убыль влаги топлива, г;
М
т
= (b – a) – навеска топлива, г.
2. Содержание влаги в рабочей пробе топлива, %
r
r
af
A
W
W


100 100
, где A
r
– зольность рабочей массы топлива (по результатам лабораторной работы № 2).
3. Приведѐнная влажность топлива, (кг∙%)/МДж

14
r
i
r
пр
Q
W
W

, где
r
i
Q
– низшая теплота сгорания исследуемого топлива на рабочую массу, МДж/кг (по результатам лабораторной работы № 4).
4. Окончательные результаты расчѐтов округляются с точностью до 0,1
%.
5. Производится сравнительный анализ полученных результатов с данными, приведѐнными в справочной литературе.
Содержание отчёта
1. Краткое описание лабораторной установки.
2. Результаты опытов и расчѐтов.
3. Выводы (с указанием влияния влажности на условия воспламенения и горения топлива).
Лабораторная работа №2.
Определение зольности твёрдого топлива
Цель работы: определение зольности аналитической пробы топлива, овладение методикой пересчѐта зольности на сухую и рабочую массы, анализ влияния зольности на процесс горения топлива и условия эксплуатации котлоагрегата.
Основные теоретические положения
Зола – это твердый негорючий порошкообразный остаток, получившийся после завершения преобразований в минеральной части топлива в процессе его горения. Различают летучую золу – пылевидные фракции, уносимые уходящими газами, и провал – более крупные фракции золы и шлак, покидающие зону горения через холодную воронку.

15
Минеральные примеси, в зависимости от их происхождения, подразделяются на внутренние (первичные и вторичные) и внешние
(третичные).
Внутренние примеси, внесенные в топливо с исходным органическим углеобразующим материалом, а также попадающие в топливо в процессе углеобразования, равномерно распределены в топливе, и их механическое отделение практически неосуществимо.
Внешние минеральные примеси попадают в топливо в процессе разработки месторождения, добычи топлива, его транспортировки и хранения (пустая порода, земля, песок). Третичные примеси обычно неравномерно распределены в топливе и могут быть частично удалены из топлива (например, в процессе его обогащения).
Основными минеральными примесями твѐрдых топлив являются: кремнезем SiO
2
, глинозем Al
2
O
3
, оксиды CaO, MgO, FeO, Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
, Na
2
O,
K
2
O, V
2
O
5
, TiO
2
, сульфаты СaSO
4
, MgSO
4
, карбонаты СaСO
3
, MgСO
3
, FeСO
3
, сульфиды (преимущественно FeS
2
), фосфаты, хлориды, соли щелочных металлов.
В процессе горения многие компоненты минеральных примесей подвергаются химическим преобразованиям, в результате которых масса и состав образующейся золы всегда отличаютсяот массы и состава исходных минеральных примесей топлива.
Зольность, как техническая характеристика, представляет собой массу золы, отнесѐнную, как правило, к сухой массе топлива и выраженную в процентах А
d
Минеральные примеси уменьшают содержание горючих веществ в единице массы топлива и снижают удельную теплоту его сгорания.
Однако зольность не является достаточно объективным показателем энергетической ценности топлива, так как топлива с одинаковой зольностью могут существенно отличаться по величине теплоты сгорания. Для

16 сравнительной оценки топлив используется приведѐнная зольность (по аналогии с приведѐнной влажностью), кг∙%/МДж r
r пр
А
А
i
Q

, где А
r
– зольность на рабочую массу, %.
При изменении зольности с А
r
1
на А
r
2
пересчѐт теплоты сгорания рабочей массы топлива производится по формуле:


,
25W
A
100
A
100 25W
r r
1
r
2
r r
1
r
2






i
i
Q
Q
кг кДж
Снижение теплоты сгорания приводит к увеличению расхода топлива и затрат на его перевозку. Кроме того, снижается адиабатическая температура горения, энтальпия продуктов сгорания в зоне максимального тепловыделения и средняя температура факела.
Зола оказывает отрицательное воздействие на работу котлоагрегата и системы пылеприготовления. Оседая на поверхностях нагрева, зола снижает интенсивность теплопередачи от горячих дымовых газов к теплоносителю, создавая дополнительное термическое сопротивление, что ведѐт к снижению
КПД котла. Кроме того, вследствие своей абразивности зола уменьшает срок службы технологического оборудования.
При сжигании многозольного топлива возникают затруднения, обусловленные плавлением золы и образованием шлака, обладающего определѐнной плавкостью и вязкостью, в зависимости от состава золы и температурных условий. В состав минеральных примесей твѐрдого топлива входят вещества, имеющие как сравнительно низкую температуру плавления
800…1000 °С (оксиды натрия и калия), так и очень высокую —
1600…2500 °С (оксиды кальция, магния и алюминия).
Важное практическое значение имеет плавкость золы, характеризующаяся температурами: t
A
– начало деформации, t
B
– начало размягчения, t
C
– начало жидкоплавкого состояния.

17
В зависимости от температуры начала жидкоплавкого состояния t
С
, все твердые топлива разделяются на три группы:
- с легкоплавкой золой(t
С
< 1350 °С);
- с золой средней плавкости (t
С
= 1350…1450 °С);
- с тугоплавкой золой (t
С
> 1450 °С).
Температурные характеристики плавления золы необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации топочных устройств, в которых можно организовать сжигание топлива с твѐрдым или жидким шлакоудалением.
Сущность метода определения зольности топлива заключается в медленном озолении аналитической пробы в муфельной печи и прокаливании зольного остатка в условиях свободного доступа воздуха при температуре (815±10) °С до постоянной массы.
Зольность топлива в аналитической пробе рассчитывается по формуле:
%
100


т
зол
а
m
m
А
, где m
зол
– масса зольного остатка, г; m
т
– масса навески топлива, г.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из муфельной печи с терморегулятором, фарфорового тигля с навеской топлива, эксикатора и электронных весов (рис. 3).
Рис. 3. Муфельная печь

18
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой, правилами включения муфельной печи, установки и выемки из печи тигля, работы с весами.
2. Взвесить на электронных весах пустой фарфоровый тигель.
3. Насыпать в тигель навеску воздушно-сухого топлива массой 1…2 г и снова взвесить.
4. Поместить тигель с навеской топлива с помощью специального держателя у передней кромки муфельной печи, предварительно нагретой до (815±10) °С и выдержать в таком положении в течение 3 мин. Это позволяет избежать бурного выделения летучих веществ и уноса из тигля мелких частиц топлива.
5. Затем передвигать тигель в зону постоянной температуры со скоростью 2 см/мин, закрыть дверцу печи. Во время продвижения тигля в печь необходимо следить, чтобы не было вспышек топлива. В случае вспышки, опыт следует повторить.
6. Продолжительность озоления: 20…25 мин – бурые угли, лигниты, горючие сланцы; 30…35 мин – каменные угли, антрациты.
7. По истечении установленного времени осторожно извлечь тигель из печи, охладить на воздухе до комнатной температуры.
8. Взвесить тигель с зольным остатком.
9. Провести контрольные прокаливания при (815±10) °С и взвешивания в течение нескольких 15-минутных периодов до тех пор, пока последующее изменение массы станет не более 1 мг.
10. Все полученные данные занести в табл. 5.
Таблица 5
Пустой тигель
Тигель с навеской
Тигель с навеской после прокаливания первое прокаливание контрольное прокаливание
№2
№3
№4
a
b
c
1
c
2
c
3
c
4

19
Обработка результатов
1. Содержание золы в аналитической пробе топлива, %
100


т
зл
a
М
М
А
, где М
зл
= (с – а) – масса золы после прокаливания, г;
М
т
= (b – a) – навеска топлива, г.
2. Зольность сухой массы топлива, %
a
a
d
W
A
А


100 100
, где W
a
– содержание влаги в аналитической пробе, % (по результатам лабораторной работы № 1).
3. Зольность рабочей массы топлива, %
a
r
a
r
W
W
A
А



100 100
, где W
r
– содержание влаги в рабочей массе топлива, % (по результатам лабораторной работы № 1).
4. Приведѐнная зольность топлива, (кг∙%)/МДж
r
i
r
пр
Q
A
A

, где
r
i
Q
– низшая теплота сгорания исследуемого топлива на рабочую массу, МДж/кг (по результатам лабораторной работы № 4).
5. Производится сравнительный анализ полученных результатов с данными, приведѐнными в справочной литературе.
Содержание отчёта
1. Краткое описание лабораторной установки.
2. Результаты опытов и расчѐтов.
3. Выводы по работе с пояснением влияния зольности на процесс горения топлива и условия эксплуатации котлоагрегата.

20
Лабораторная работа №3.
Определение выхода летучих веществ
Цель работы: Изучение методики определения выхода летучих веществ из аналитической пробы топлива и содержания кокса в ней, анализ влияния выхода летучих веществ и характера коксового остатка на организацию процесса воспламенения и горения топлива.
Основные теоретические положения
При нагревании твѐрдого топлива происходит разложение термически нестойких молекул органических веществ горючей массы и углеводородистых соединений. Выделяющиеся при этом горючие (СH
4
, СO,
H
2
) и негорючие (СO
2
, O
2
, N
2
и др.) газы называются летучими веществами.
Выход летучих веществ V (от англ. «volatile» – летучий) является важнейшей характеристикой горючей массы топлива и уменьшается по мере увеличения его химического возраста (табл. 6).
Таблица 6
Выход и температура начала выхода летучих веществ
Вид топлива
Выход летучих,
V
daf
, %
Температура начала выхода летучих, °С
Торф
70–75 100–120
Бурые и молодые каменные угли
30–60 150–170
Старые каменные угли
10–15 380–400
Антрациты
2–9 400
Чем больше выход летучих веществ, т. е. чем больше топлива превращается при нагревании в горючий газ, тем проще зажечь это топливо и легче поддерживать устойчивое горение.
В процессе термического разложения не весь углерод топлива переходит в летучие вещества. Оставшийся после термического разложения

21 углерод вместе с минеральными примесями топлива образует твѐрдый нелетучий остаток, называемый коксом. В зависимости от вида топлива коксовый остаток может быть порошкообразным, слипшимся, слабоспѐкшимся, спѐкшимся и сплавленным. Характер коксового остатка играет решающую роль при определении наиболее рационального пути использования топлива.
Топливо с высоким выходом летучих (торф, бурые угли, молодые каменные угли) при нагревании быстро выделяет значительное количество горючих газообразных веществ, которые легко воспламеняются и быстро сгорают. Оставшийся после выделения летучих кокс такого топлива содержит относительно малое количество углерода, поэтому горение его протекает также сравнительно быстро и с малыми потерями теплоты от недожога. Наоборот, топливо с малым выходом летучих (антрацит, тощие угли) воспламеняется значительно труднее, а горение его коксового остатка протекает более продолжительное время.
При определении выхода летучих веществ температурный режим, условия и продолжительность нагрева топлива строго регламентированы.
Сущность метода определения выхода летучих веществ заключается в прокаливании навески аналитической (воздушно-сухой) пробы топлива в муфельной печи без доступа воздуха при температуре (900 ± 5) ºС
в течение
7 мин.
Выход летучих – уменьшение массы пробы топлива (за вычетом содержащейся в ней влаги) – принято относить к горючей массе топлива и обозначать V
daf
, %.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из муфельной печи с терморегулятором, фарфорового тигля с крышкой и навеской топлива, эксикатора и электронных весов (см. рис. 3).

22
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой, правилами включения муфельной печи, установки и выемки из печи тигля, работы с весами.
2. Просушить фарфоровый тигель с крышкой и взвесить их на электронных весах.
3. Насыпать в тигель навеску воздушно-сухого топлива массой (1 ± 0,1) г и взвесить тигель с крышкой и навеской топлива.
4. Поместить закрытый крышкой тигель с навеской топлива с помощью специального держателя в зону устойчивой температуры муфельной печи, предварительно нагретой до (900 ± 5) °С.
5. В закрытой печи выдержать тигель в течение 7 мин ± 5 с. Температура, понизившаяся при установке тигля в печь, снова должна достичь
(900 ± 5) ºС не более чем за 4 мин. В противном случае испытание повторяют.
6. По истечении установленного времени осторожно извлечь тигель из печи, охладить сначала на воздухе в течение 5 мин, а затем в эксикаторе до комнатной температуры.
7. Взвесить тигель с нелетучим остатком (коксом), после чего произвести оценку коксового остатка в зависимости от внешнего вида и прочности следующим образом:
- порошкообразный;
- слипшийся – при лѐгком нажиме пальцем рассыпается в порошок;
- слабоспѐкшийся – при лѐгком нажиме пальцем раскалывается на отдельные кусочки;
- спѐкшийся, несплавленный – для раскалывания на отдельные кусочки необходимо приложить усилие;
- сплавленный, невспученный – плоская лепѐшка с серебристым металлическим блеском поверхности;
- сплавленный, вспученный – вспученный нелетучий остаток с серебристым металлическим блеском поверхности;

23 8. Все взвешивания производятся с точностью до 1 мг и полученные данные заносятся в табл. 7.
Таблица 7
Пустой тигель с крышкой
Тигель с крышкой и навеской
Тигель (с крышкой) с коксовым остатком
a
b
c
Обработка результатов
1. Выход летучих веществ в аналитической пробе топлива, %
a
т
лет
a
W
М
М
V



100
, где М
лет
= (с – b) – масса выделившихся летучих веществ, г;
М
т
= (b – a) – навеска топлива, г;
W
a
– содержание влаги в аналитической пробе топлива, %
(по результатам лабораторной работы № 1).
2. Выход летучих веществ на горючую массу топлива, %
a
a
a
daf
A
W
V
V



100 100
, где A
a
– содержание золы в аналитической пробе, % (по результатам лабораторной работы № 2).
3. Выход летучих веществ на рабочую массу топлива, %
a
r
a
r
W
W
V
V



100 100
, где W
r
– содержание влаги в рабочей массе топлива, % (по результатам лабораторной работы № 1).
4. Выход нелетучего остатка (кокса) из аналитической пробы топлива,
%
r
r
a
W
V
NV



100
)
(
5. Производится сравнительный анализ полученных результатов с данными, приведѐнными в справочной литературе.

24
Содержание отчёта
1. Краткое описание лабораторной установки.
2. Результаты опытов и расчѐтов.
3. Выводы по работе с пояснением влияния выхода летучих веществ и характера коксового остатка на организацию процесса воспламенения и горения топлива.
Лабораторная работа №4.
Определение теплоты сгорания топлива
Цель работы: экспериментальное определение теплоты сгорания твѐрдого топлива по бомбе для аналитической пробы топлива, пересчѐт на низшую теплоту сгорания; анализ влияния теплоты сгорания на процесс горения топлива.
Основные теоретические положения
Наиболее важной теплотехнической характеристикой топлива является
теплота сгорания (теплотворная способность), т. е. количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы массы твердого или жидкого
(кДж/кг) или единицы объема газообразного (кДж/м
3
) топлива.
В зависимости от того, в каком состоянии (жидком или газообразном) находятся в продуктах сгорания водяные пары, различают высшую (Q
s
) и
низшую (Q
i
) теплоту сгорания (индексы s – от англ. «superior» – высший, i –
«inferior» – низший).
В зарубежной литературе в настоящее время чаще всего применяются следующие обозначения:
- высшая теплота сгорания– Higher Heating Value HHV = Higher Calorific Value