Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОЛЬНОСТИ ТВЕРДОГО БИОТОПЛИВА

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Во всех видах твердого топлива содержатся минеральные вещества. По происхождению минеральные вещества твердого топлива можно разделить на внутренние, накопившиеся в топливе при его образовании, и внешние, попавшие в топливо из окружающей среды при добыче, транспортировке и хранении. Внутренние минеральные вещества распределены в топливе равномерно и их содержание почти постоянно. Внешние минеральные вещества обычно распределены неравномерно, и их содержание колеблется в широких пределах, в зависимости от способа добычи, хранения и др.

Содержание минеральных примесей в каменных и бурых углях колеблется от 5 до 45 % на рабочую массу, в торфе – от 2 до 30 %; в древесном топливе – от 0,5 до 5 %. По химическому составу ми­неральные примеси представляют собой сложную смесь разнообраз­ных веществ.

Минеральная часть топлива при сжигании под­вергается различным изменениям и превращается в золу. Золой при­нято называть негорючие вещества, оставшиеся после полного сго­рания всех горючих компонентов топлива и после завершения всех превращений, которые происходят в минеральной массе топлива при свободном доступе воздуха и при заданной температуре.

При прокаливании топлива в лабораторной муфельной печи ми­неральная часть топлива претерпевает различные превращения. При температуре 100 °С гидратированные силикаты начинают терять кристаллогидратную воду и к концу прокаливания теряют ее полностью. Полностью теряют кристаллогидратную воду гидраты окиси железа и превращаются в окись железа, а при сильном прокаливании – даже в элементарное железо.

Соли закиси железа превращаются в окисные соединения:

4FeO + O₂ = 2Fe₂O₃

Сульфиды железа при температуре 500 ºС и выше окисляются с образованием окиси железа и сернистого ангидрида, а карбонаты разлагаются с образованием двуокиси углерода:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

CaCO₃ = CaO + CO₂

MgCO₃ = MgO + CO₂

Fe CO₃ = FeO + CO₂

При температуре 500 °С теряет кристаллогидратную воду гипс и превращается в безводный сульфат кальция. Щелочи и хлориды при температуре 500 °С начинают улетучиватьcя.

В связи с указанными превращениями масса и состав золы не эквивалентны массе и составу минеральных примесей. В топливе содержится не зола, а минеральные примеси, по­этому нужно говорить не о содержании золы в топливе, а о выходе золы при сжигании топлива.

Величина зольности топлива и состав золы будут зависеть от условий прокали­вания. Зола, которая образуется при проведении лабора­торных исследований, называется «лабораторной золой».

Зольность определяют расчетным путем по массе остатка, образовавшегося после сгорания топлива при температуре (550 ± 10) °С [10]. Помимо этого существуют другие способы определения этого показателя, например, при температуре 815 °С. Разницу в зольности при сжигании топлива при температуре 815 °С по сравнению с более низкой 550 °С можно объяснить потерей летучих неорганических соединений, высокой степенью окисления неорганических веществ и разложением карбонатов, образующих СО₂. На практике определения зольности некоторые из высвобожденных неорганических веществ могут быть восстановлены, в то время как летучая зола, СО₂ и другие газообразные соединения не восстанавливаются, т.е. они не будут являться частью общего количества золы [10].

Условия определения «лабораторной золы» отличаются от условий сжигания топлива в топочных устройствах, где сжигание ведут при малых коэффициентах избытка воздуха, при более высо­кой температуре и т.д. При недостатке кислорода могут не проте­кать или протекать медленно реакции окисления солей закисного железа и образование сульфатов. Высокие температуры в топке (1500 °С и выше) способствуют разложению сульфатов и другим реак­циям разложения. При относительно небольшом времени пребывания топлива в топке некоторые реакции могут не протекать. Очаговые остатки: шлак, провал и унос, образующиеся при сжигании твердо­го биотоплива, – по составу и массе отличаются и от минеральных примесей топлива, и от «лабораторной золы».