Воспламенения жидкого топлива; 1 – металлический

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; W^а – влажность топлива, %.

Определяют выход летучих на условную горючую массу топлива

где A^a – 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…900°С. 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 (>1000°C) 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 1±0,1 г в каждый. Тигли с навесками топлива помещают в холодную или нагретую до 250…300°С муфельную печь. В течение 1…1,5 ч в муфельной печи поднимают температуру до 850±25°С. 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.

Обработка результатов

Результаты взвешивания тиглей 1…3 с навесками топлива до прокаливания и в процессе выполнения работы заносят в табл. 3.

Таблица 3

Величина	До прокаливания	После прокаливания
1-го	2-го	3-го
Масса тигля 1, г
Масса тигля 2, г
Масса тигля 3, г
Масса тигля 1 с навеской топлива, г
Масса тигля 2 с навеской топлива, г
Масса тигля 3 с навеской топлива, г
Масса навески топлива в тигле 1, г
Масса навески топлива в тигле 2, г
Масса навески топлива в тигле 3, г

Рассчитывают значение зольности аналитической пробы топлива, %

где G₁ – масса зольного остатка, г; G – масса навески топлива, г.

Производят пересчёт зольности на абсолютно сухое топливо А^С (%) и рабочее топливо А^Р (%)

Содержание отчёта

Цель работы.

Таблица измеренных и рассчитанных величин.

Расчёты.

Контрольные вопросы

Пересчитайте теплотехнические характеристики твёрдых топлив.

Что является внешним балластом твёрдого топлива? На что он влияет?

Что является внутренними и внешними примесями топлива?

Как связывается высокая зольность топлива на работе технологических агрегатов?

Что показывает зольность аналитической пробы топлива?

Как определяют зольность сухого и рабочего топлива?

Работа № 3. Определение температур вспышки и

воспламенения жидкого топлива

Цель работы: практическое ознакомление с конструкцией и работой прибора открытого типа для определения температур вспышки и воспламенения; изучение методики определения температур вспышки и воспламенения; определение температур вспышки и воспламенения жидкого топлива.

Температура вспышки, как и температура воспламенения мазута, позволяет судить о составе и качестве жидкого топлива. В условиях электростанций определение температуры вспышки проводится для установления максимально допустимой температуры его подогрева в емкостях, не изолированных от окружающего воздуха. По соображениям пожарной безопасности эта температура должна быть не менее чем на 10^ОС ниже температуры вспышки мазута. Следует отметить, что подобное требование не распространяется на нагрев мазута в надёжно сконструированных и правильно эксплуатируемых мазутных подогревателях, где может быть обеспечен подогрев мазута до температуры его воспламенения.

Т е м п е р а т у р о й в с п ы ш к и называется температура, при которой пары нагреваемого жидкого топлива образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Горение при этом моментально прекращается.

Температура вспышки не является аддитивной величиной и практически характеризуется температурой вспышки наиболее лёгкого компонента, так как в определённой мере связана с температурой кипения соответствующих фракций топлива. Жидкие топлива, не содержащие легких фракций, отличаются высокой температурой вспышки.

К повышению температуры вспышки приводит и повышение давления. Зависимость между температурой вспышки при нормальном давлении t₇₆₀ и температурой вспышки при ином барометрическом давлении t_p и барометрическом давлением p (мм рт. ст.) выражается эмпирической формулой

t₇₆₀ = t_p + 0.00012 (760 - p) (273 + t_p).

Температуру вспышки определяют по стандартным методикам в открытых и закрытых тиглях. Различие между температурой вспышки, определяемой в открытом и закрытом тиглях, составляет 20…60^ОС. В закрытых тиглях пары, образующиеся при нагревании жидкого топлива, не удаляются в окружающее пространство, концентрация паров топлива в смеси с воздухом, при котором происходит их вспышка, достигается при нагреве более низкой температуры, чем в открытых тиглях. При низкой температуре вспышки жидкого топлива её определяют обычно в закрытых, а при высокой – в открытых тиглях. Температура вспышки мазута различных марок должна быть не ниже 80…140^ОС.

Т е м п е р а т у р о й в о с п л а м е н е н и я называется температура, при которой нагреваемое жидкое топливо загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 с.

При сжигании жидкого топлива со свободной поверхностью горение протекает в паровой фазе. Факел устанавливается на некотором удалении от поверхности жидкости с ясно видимой тёмной полоской, отделяющей факел от обреза тигля с жидким топливом.

Процесс горения жидких топлив со свободной поверхностью происходит следующим образом. При установившемся режиме горения за счет тепла, излучаемого факелом, жидкое горючее испаряется. Восходящий поток горючего, находящегося в паровой фазе, посредством диффузии образует горящий факел в виде конуса, отстоящего от зеркала испарения на 0,5…1 мм. Устойчивое горение протекает на поверхности, где смесь достигает пропорции, соответствующей стехиометрическому соотношению горючего и воздуха.

Описание установки

Температуру вспышки и воспламенения определяют в открытом приборе. Прибор открытого типа состоит из металлического тигля 1 диаметром 64 + 1 мм, высотой 47 + 1 мм, помещенного в металлическую песчаную баню 2 с электроподогревом (рис. 1).

Для измерения температуры жидкого топлива служит термометр 3, верхний конец которого закрепляют на штативе при помощи передвижной лапки 4. Нижний конец термометра погружают в жидкое топливо. Подогрев песчаной бани 2 осуществляется вмонтированным электронагревателем, включение которого производится двумя кнопками на панели прибора. Мощность электронагрева подбирается включением соответствующей кнопки: 150 Вт или 250 Вт.

Методика проведения работы

Предварительно промытый бензином и подогретый тигель 1 помещают в песчаную баню 2 так, чтобы уровень песка был на одной высоте с уровнем топлива в тигле. Затем укрепляют лапку 4 штатива с термометром 3 на такой высоте, чтобы ртутный шарик термометра помещался посредине между дном тигля и уровнем жидкости. При испытании жидкого топлива в температурной вспышки до 210^ОС уровень жидкости должен находиться на расстоянии 12 мм от края тигля. Включают электроподогрев песчаной бани. Вначале скорость повышения температуры вспышки продукта составляет 10 град/мин., а затем за 40^ОС до ожидаемой температуры вспышки – 4 град/мин.. За 10^ОС до ожидаемой температуры вспышки начинают через каждые 2 с испытания на вспышку, проводя по краю тигля параллельно поверхности топлива пламенем зажигательного устройства. При этом делают два оборота: один по часовой стрелке, другой – против. Длительность испытания должна быть не более 2-3 с. моментом вспышки считается появление над жидким топливом синего пламени, сопровождаемого обычно лёгким взрывом, при котором отмечается появление перебегающего и быстро исчезающего синего пламени. За температуру вспышки принимают показание термометра в момент вспышки.