ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОПЛИВНОЙ ПЫЛИ. Учебнометодическое пособие для выполнения лабораторных работ Для студентов, обучающихся по направлениям 13. 03. 01 Теплоэнергетика и теплотехника
 Скачать 2.01 Mb.
|
|
Описание установка Основные узлы установки: тигель 1, крышка тигля 6 и ванна 11 с электронагревом 2 (рис. 9). Рис. 9. Общий вид установки для определения температуры вспышки жидкого топлива: 1 – тигель; 2 – нагреватель; 3 – заслонка; 4 – зубец; 5 – лампочка зажигательная; 6 – крышка тигля; 7 – валик гибкий; 8 – рукоятка; 9 – патрубок; 10 – мешалка; 11 – ванна; 12 – клемма заземления На крышке тигля расположены: заслонка 3 с механизмом еѐ перемещения, лампочка зажигательная 5, патрубок 9 для термометра и мешалка 10 с гибким валиком 7. В крышке прорезаны три отверстия трапецеидальной формы. В нерабочем положении они закрываются заслонкой с двумя отверстиями, которые соответствуют среднему и 38 боковому отверстиям крышки. При вращении заслонки рукояткой 8 открываются боковые отверстия крышки, а зубец 4 упирается в нижнюю часть лампочки, наклоняя еѐ к отверстию в крышке. Возвращение заслонки и лампочки в первоначальное положение происходит под действием пружины. Тигель из гнезда ванны вынимают ухватом. На внутренней поверхности тигля имеется круговой уступ – указатель уровня нефтепродукта. Для перемешивания нефтепродукта и образующейся над его поверхностью смеси паров с воздухом служит мешалка 10. Верхний конец стержня мешалки прикреплен к гибкому валику с рукояткой для вращения вручную или при помощи электродвигателя, который должен обеспечить скорость вращения (60 ± 15) об./мин. Порядок выполнения работы 1. Нефтепродукт наливают в тигель 1 до метки. 2. Включают нагревательную ванну и регулятором напряжения устанавливают скорость нагрева нефтепродукта: для продуктов с температурой вспышки до 50 °С – 1 град/мин, свыше 50 °С – 5…6 град/мин. 3. После включения нагревательной ванны производят постоянное перемешивание нефтепродукта при помощи мешалки 10. 4. При температуре, близкой к предполагаемой температуре вспышки, перемешивание прекращают. Затем приводят в действие расположенный на крышке механизм, который открывает заслонку и опускает пламя. При этом пламя опускают в паровое пространство за 0,5 с, оставляют в самом нижнем положении в течение 1 с и поднимают в верхнее положение. Испытание на вспышку проводят при повышении температуры на 1 °С для продуктов с температурой вспышки до 104 °С и на каждые 2 °С для продуктов с температурой вспышки выше 104 °С. 39 5. За температуру вспышки принимают показания термометра в момент чѐткого появления первого синего пламени над поверхностью продукта внутри прибора. При появлении неясной вспышки она должна быть подтверждена последующей вспышкой при повышении температуры на 1 или 2 °С. Если при этом вспышки не произойдет, испытание повторяют вновь. Обработка результатов 1. Поправка на барометрическое давление, °С ∆t = 0,0362(P 0 – P), где Р – барометрическое давление при проведении испытания, мм рт.ст.; Р 0 = 760 мм рт.ст. 2. Температура вспышки с учетом поправки на барометрическое давление, °С t t t изм всп всп , где изм всп t – полученная из опыта температура вспышки, °С. Содержание отчёта 1. Описание лабораторной установки. 2. Краткое описание методики проведения эксперимента по определению температуры вспышки жидкого топлива. 3. Результаты опытов и расчѐтов. 4. Выводы по работе с пояснением влияния температуры вспышки жидкого топлива на организацию процесса горения. 40 Лабораторная работа №6. Определение гранулометрического состава угольной пыли Цель работы: изучение методики проведения ситового анализа угольной пыли иопределение характеристик тонины помола. Основные теоретические положения На современных ТЭС твѐрдое топливо, как правило, сжигается факельным способом, при этом топливо предварительно измельчается до пылевидного состояния. Для превращения крупных кусков угля в пригодную для сжигания угольную пыль топливо сначала проходит процесс подготовки в системе пылеприготовления (СПП). Процесс подготовки топлива заключается в его предварительном дроблении, подсушке и размоле до пылевидного состояния с размером частиц в несколько десятков или сотен микрометров. Благодаря своей высокой удельной поверхности (от 200 до 1500…2000 м 2 /кг) пыль адсорбирует воздух и становится легкотекучей. Свежеперемолотое топливо представляет собой рыхлую, легкоподвижную массу с низкой насыпной плотностью, которая зависит от сорта угля, тонины помола и в среднем составляет 800…900 кг/м 3 . Поэтому запрещается спускаться в пылевой бункер без соблюдения специальных мер предосторожности. Угольная пыль в вибрирующем или вращающемся сосуде под влиянием лѐгких толчков ведѐт себя как жидкость. В смеси с воздухом она образует подвижную эмульсию, легко перекачиваемую специальными насосами и вентиляторами. Это свойство используется как при пневмотранспорте на значительные расстояния, так и в системах приготовления. 41 Качество угольной пыли оценивается по размеру угольных частиц. Характеристика крупности топлива называется гранулометрическим составом. Гранулометрический состав – это количественная характеристика, отражающая распределение топлива по размеру кусков. Для определения гранулометрического состава используется метод ситового анализа, суть которого заключается в рассеве пробы топлива на стандартных ситах (рис. 10). Часть топлива, которая остается на сите в процессе рассева, называется остатком и выражается в процентах от взятой навески — R i , %, (от англ. – «Rest»). Часть угольной пыли, которая проходит через сито, называется проходом или просевом. Рис. 10. Устройство для проведения ситового анализа угольной пыли Для рассева угольной пыли применяются сита с квадратными ячейками размером от 0,04 до 2,5 мм, которые принято нумеровать и называть по линейному размеру ячеек в микрометрах. 42 Обычно тонкость (тонина) помола характеризуется суммарными остатками на ситах с ячейками 90, 200 и 1000 мкм — соответственно, R 90 , R 200 и R 1000 , %, при этом самая мелкая пыль с размером частиц δ ч < 90 мкм, пройдя через все сита, опускается на дно установки (рис. 11). Содержание крупных частиц в пыли оказывает существенное влияние на величину потерь от механического недожога. Рекомендуемая тонкость помола, обеспечивающая минимальные потери с механическим недожогом, приведена в табл.10. Порядок выполнения работы Проба, отобранная для рассева, предварительно высушивается до воздушно-сухого состояния, чтобы влажная пыль не слипалась и не замазывала сита, а также чтобы при рассеве не происходила подсушка пыли, искажающая результаты анализа. Рис. 11. Ситовый анализ пылеугольного топлива 43 Таблица 10 Тонкость помола Топливо Выход суммарных надрешѐтных продуктов, % R 90 R 200 R 1000 Бурый уголь и сланцы 30–60 – 0,5–3,0 Каменный уголь 10–40 1,3–13 – АШ и тощий уголь 6–10 0,3–1,2 – Сушка пыли осуществляется в сушильном шкафу при температуре 50...70 °С. После сушки угольная пыль взвешивается и остывает при комнатной температуре в течение 6 ч. Считается, что пыль доведена до воздушно-сухого состояния, если после остывания навеска не изменяет своего веса. Для ситового анализа берется навеска весом 25 или 50 г. Рассев пыли осуществляется вручную или на специальной машине, представляющей собой механизм, в котором сита вращаются по эксцентрическим окружностям и встряхиваются кулачком, ударяющим сита сверху (рис. 12). Рис. 12. Машина для рассева угольной пыли 44 При рассеве необходимо соблюдать следующий порядок: - в машину устанавливаются стопкой сита, на которых желательно получить соответствующие остатки, при этом наверху помещают сито с ячейками максимального размера, внизу – с ячейками минимального размера; - проба пыли помещается на верхнее сито, затем вся стопка закрывается сверху крышкой, а снизу – дном, закрепляется в машине, после чего машина включается в электрическую сеть; - время рассева для получения удовлетворительного результата – 20 мин, затем машина выключается; - по окончании рассева каждое сито обстукивают, и остатки пыли высыпают на чашку весов, тщательно протирая сито щѐточкой, после чего производится взвешивание. В результате рассева на каждом из сит получаются промежуточные (частные) остатки, называемые фракциями, которые обозначаются буквой F с соответствующими индексами. Например, проход через сито 200 мкм и остаток на сите 90 мкм дает фракцию, обозначаемую F 200/90 Для получения полных остатков на ситах необходимо произвести следующие расчѐты: - для верхнего сита в стопке частный остаток (фракции) и полный остаток имеют одни и те же значения; - для второго сверху сита полный остаток будет равняться остатку на верхнем сите, сложенному с частным остатком на втором сверху сите; - для любого сита полный остаток может быть подсчитан как сумма частных остатков всех вышеустановленных сит, включая данное. Проход через самое нижнее сито называется «ДНО». Для машинного рассева можно записать: F верхнего + F второго + F третьего +…+ F нижнего + F дно = 100 %. В этом уравнении левая часть в идеальном случае будет равна 100 %. На практике же имеются потери пыли, поэтому проведенный ситовый анализ 45 считается удовлетворительным, если потери не превышают 2 % от взятой навески угольной пыли. Результаты заносятся в табл. 11, где указаны номера и размеры отверстий сит при проведении ситового анализа. По данным табл. 11 строят кривые гранулометрического состава. При построении кривой гранулометрического состава в линейной системе координат (рис. 13) на оси абсцисс слева направо откладывают в масштабе размер отверстий (мм или мкм), а на оси ординат снизу вверх – суммарный выход надрешѐтных продуктов. Таблица 11 № сита Размер отверстия, мм Масса фракции, г Масса полного остатка, г Полный остаток на сите, % 6 … 50 … 270 … Дно 3,3 … 0,39 … 0,053 … Соединяя экспериментальные точки плавной кривой, получают так называемую ситовую, или зерновую характеристику пыли. Наиболее простым и надежным способом получения полных остатков R 90 и R 200 по имеющимся остаткам на двух нестандартных ситах является графический способ, который заключается в следующем. В логарифмических координатах наносятся точки, соответствующие полным остаткам на имеющихся ситах, и соединяются прямой линией (рис. 14). Значения полных остатков на ситах, например, 90 и 200 мкм, находят как ординаты на пересечении полученной линии с линиями х = 90 мкм и х = 200 мкм. 46 Рис. 13. Зерновая характеристика угольной пыли - кривая гранулометрического состава в линейной системе координат Рис. 14. Кривая гранулометрического состава в логарифмической системе координат 47 Обработка результатов При аналитическом расчѐте применяется следующая методика. Для получения R 90 и R 200 по имеющимся полным остаткам на двух других ситах можно воспользоваться уравнением Розина-Раммлера n d d b R exp 100 , (1) где R d – выход суммарного надрешѐтного продукта на сите с диаметром ячейки d, %; d – размер ячейки данного типа, мкм; b – показатель тонины помола (коэффициент, характеризующий тонкость помола); n – показатель полидисперсности (неоднородности) пыли. Численные значения коэффициента b = 0,025…0,1. При b → 0, R d → 100 % (грубый помол); при b → ∞, R d → 0 % (тонкий помол). Показатель полидисперсности n = 0,6…1,8 – коэффициент, характеризующий равномерность гранулометрического состава: чем выше значение n, тем меньше частицы отличаются по размерам друг от друга. При n → ∞ пыль называется монодисперсной. Чтобы найти показатели n и b, надо знать остаток на двух ситах d 1 и d 2 (d 1 > d 2 ). Тогда 2 1 lg lg 100 ln lg 100 ln lg 2 1 d d R R n d d . (2) Определив n, легко из уравнения (1) найти показатель b n d d R b 100 ln . (3) Для диапазона частиц с постоянным показателем n, зная значение одного R d 1 , можно найти остаток на сите любого другого диаметра R d по формуле: 48 n d d d d R R 1 1 100 100 . (4) Пример 1 Определить показатели n и b по результатам ситового анализа каменного угля, если R 90 = 20 %, R 200 = 5 %. 77 , 0 95 , 1 3 , 2 207 , 0 477 , 0 90 lg 200 lg 20 100 ln lg 5 100 ln lg n 05 , 0 90 20 100 ln 100 ln 77 , 0 n d d R b , или 05 , 0 200 5 100 ln 77 , 0 b Пример 2 Найти полные остатки R 90 и R 200 по полученным из ситового анализа полным остаткам R 75 = 32 % и R 150 = 12 %. 1. По принятым выше обозначениям можно записать: d 1 = 75; d 2 = 150; R d1 = R 75 = 32 %; R d2 = R 150 = 12 %. 2. Определяем величину коэффициента полидисперсности n. Для этого запишем уравнения зерновых характеристик (1) для двух значений d 1 и d 2 : n d b d e R 1 1 100 ; n d b d e R 2 2 100 . (5) Дважды прологарифмируем выражения (5): 1 lg lg 100 ln lg 1 d n b R d ; (6) 2 lg lg 100 ln lg 2 d n b R d . (7) 49 Вычитая (6) из (7), получим: 1 2 2 lg lg 100 ln lg 100 ln lg 1 d d R R n d d 887 , 0 75 lg 150 lg 32 100 ln lg 12 100 ln lg 3. Определяем значение R 90 и R 200 по формуле (4): ; % 27 100 32 100 887 , 0 75 90 90 R % 8 , 6 100 12 100 887 , 0 150 200 200 R Содержание отчёта 1. Описание лабораторной установки. 2. Краткое описание методики проведения эксперимента по определению гранулометрического состава твѐрдого топлива. 3. Результаты опытов и расчѐтов. 4. Выводы по работе с пояснением влияния тонины помола на эффективность процесса горения угольной пыли. Лабораторная работа №7. Анализ продуктов неполного горения методом газовой хроматографии Цель работы: экспериментальное определение состава продуктов неполного сгорания топлива (CO, H 2 , CH 4 ) методом газовой хроматографии. 50 Основные теоретические положения Метод газовой (газоадсорбционной) хроматографии состоит в разделении адсорбционным способом газовой смеси при пропускании еѐ совместно с потоком газа-носителя через слой пористого адсорбента и последующим поочередном измерении содержания каждого выделившегося компонента электрическим методом. Проба исследуемой смеси (для простоты считаем, что в пробе содержатся компоненты А, Б и В) через дозирующее устройство вводится в поток газа-носителя (рис. 15). Поток газа-носителя (подвижная фаза) непрерывно с постоянной скоростью пропускается через адсорбент (неподвижную фазу). Различие в физико-химических свойствах отдельных газов, входящих в состав пробы, вызывает различие в скоростях их передвижения через разделительную колонку, заполненную адсорбентом. Рис. 15. Принципиальная схема хроматографического газоанализатора Первоначально зоны, занятые компонентами А, Б и В, взаимно перекрываются, затем, по мере их продвижения вдоль разделительной 51 колонки, процесс завершается разделением компонентов на ряд отдельных полос, представляющих собой бинарные смеси каждого из компонентов с газом-носителем, разделенные между собой зонами чистого газа-носителя. Первым покидает колонку газ, имеющий наименьшие сорбционные способности (В), в связи с чем он первым десорбируется с поверхности сорбента, последним – газ, наиболее хорошо сорбирующийся в данной неподвижной фазе (А). Каждый движущийся компонент образует концентрационный профиль, который фиксируется детектором хроматографа в виде функции времени и представляет собой хроматографический пик. Кривая зависимости сигнала детектора от времени или от объѐма газа-носителя, пропущенного через колонку, называется хроматограммой и изображается на регистрирующем приборе (рис. 16). Рис. 16. Примерный вид хроматограммы при проведении анализа 52 Хроматограмма является источником качественной и количественной информации об анализируемой смеси. Качественный анализ основан на постоянстве времени выхода каждого компонента из разделительной колонки. На хроматограмме время выхода – это расстояние от момента ввода пробы до максимума пика, выраженное в минутах (или секундах). При данных условиях анализа каждому компоненту смеси соответствует свое время удерживания. Отсутствие пика в соответствующий момент свидетельствует, что в смеси нет компонента, который должен был появиться на выходе из колонки в данное время. Количественный анализ основан на измерении высоты (или площадей) пиков. Зависимость высоты (или площади) пика от концентрации измеряемого вещества, а также время выхода отдельных компонентов устанавливаются предварительной калибровкой хроматографа, проводимой по искусственно приготовленным контрольным смесям или чистым газам. Хроматографические газоанализаторы служат для определения содержания в дымовых газах горючих (СО, СН 4 , Н 2 и др.), характеризующих химическую неполноту сгорания, и негорючих (СО 2 , О 2 , NО, NО 2 и др.) компонентов. Газоанализаторы также используются для автоматического регулирования соотношения «топливо-воздух» в котлах. |