Подогревом; 3 – термометр; 4 – передвижная лапка

Допускаемое расхождение между двумя параллельными определениям для жидкого топлива с температурой вспышки выше 150^ОС находиться в пределах 6^ОС.

Температуру воспламенения жидкого топлива определяют после установления температуры вспышки. Для этого продолжают нагревать жидкое топливо со скоростью 4 град/мин. Через каждые 2^ОС повышения температуры пламенем зажигательного устройства проводят горизонтально над поверхностью тигля. Температура, при которой жидкое топливо воспламенилось и продолжает гореть не менее 5 с, является температурой воспламенения. После воспламенения топлива ослабляют лапку 4 штатива и вынимают из тигля 1 термометр 3. Тигель 1 накрывают крышкой для прекращения доступа воздуха.

Допускаемое расхождение между двумя определениями температуры воспламенения равно 6^ОС. После определения температуры воспламенения прекращают обогрев песчаной бани. При снижении температуры жидкого топлива на 40^ОС возобновляют нагрев песчаной бани и испытания проводят второй раз. Получение результаты записывают в табл. 4.

Обработка результатов

Температуру вспышки и воспламенения жидкого топлива измеряют при помощи термометра с точностью 1^ОС. Определяют по барометру давление воздуха в условиях опыта.

Рассчитывают температуру вспышки при нормальном давлении t₇₆₀ по эмпирической формуле:

T₇₆₀=t_p+ 0,00012 (760 - p) (273 + t_p).

Рассчитанные величины заносят в табл. 4.

Определяют расхождение между полученными характеристиками жидкого топлива.

Таблица 4

температура, ^ОС	опыт	отклонение характеристики
I-й	II-й
вспышки
вспышки при нормальных условиях
воспламенения

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Таблица измеренных и рассчитанных величин.

Контрольные вопросы.

1. Что называется температурой вспышки?

2. От каких факторов зависит температура вспышки различных нефтепродуктов?

3. Почему температура вспышки в закрытых тиглях ниже, чем в открытых?

4. Что называется температурой воспламенения?

5. Опишите процесс горения жидких топлив со свободной поверхности.

6. Для чего проводится определение температуры вспышки и воспламенения?

Работа № 4. Определение вязкости жидкого топлива.

Цель работы: практическое ознакомление с конструкцией и работой вискозиметра; изучение методик определения вязкости жидкого топлива; определение вязкостно-температурных характеристик жидкого топлива.

Основным искусственным жидким топливом, применяемым в промышленности, является мазут. Он представляет собой смесь тяжелых остатков прямой перегонки и крекинга нефти с некоторыми ее дистиллятными фракциями.

В связи с обостряющейся проблемой роста потребностей в моторном топливе, необходимо не только увеличивать добычу нефти, но и осуществлять более глубокую технологическую ее переработку. При увеличении глубины технологической переработки нефти и отбора светлых нефтепродуктов (бензина, керосина), а также выхода дизельной фракции, сокращается количество нефтяных остатков, являющихся основной для производства мазута.

Снижение выхода мазута сопровождается ухудшением его качества как энергетического и печного топлива: увеличивается его вязкость, смолистость, содержание серы; повышается поверхностное натяжение, что ухудшает условия его распыливания.

Одним из перспективных путей эффективного сжигания мазута, особенно высоко- вязкого и смолистого, получаемого при глубокой переработке нефти, является его высокотемпературный подогрев перед распыливанием через форсунки. Подогрев мазута до 200…260⁰С и сжигание его в горелках с улучшенным смесеобразованием позволяют существенно улучшить топочный процесс – интенсифицировать сжигание топлива. Интенсификация горения способствует увеличению полноты сгорания, что не только означает экономию топлива, но и снижает образование в продуктах сгорания твердых частиц, загрязнение ими поверхности нагрева и уменьшение вредных выбросов в атмосферу с продуктами сгорания, ослабляет процессы сернистой коррозии. Повышение температуры подогрева мазута перед его распыливанием сопровождается развитием процесса газификации мазута, что также может улучшить условия его сгорания и снизить интенсивность образования отложений на поверхности нагрева.

Все вместе взятое может скомпенсировать ухудшение качества мазута, сжигаемого в топливоиспользующих установках, и обеспечить достаточно высокую экономическую и экологическую эффективность его использования как энергетического топлива.

Мазут при обычных температурах является высоковязкой жидкостью.

В я з к о с т ь является одним из важнейших показателей качества мазута. Не случайно она положена в основу маркировки мазута. Вязкостью определяются условия транспортировки топлива и эффективность работы форсунок. Вязкость влияет на скорость осаждения механических примесей при хранении, транспортировке и подогреве мазута, а также на полноту отстаивания его то воды.

Хотя маркировка мазута устанавливается по величине (пределам) кинематической вязкости, обычно в практике подготовки мазута к сжиганию предпочитают пользоваться величиной условной вязкости – отношением времени истечения определенного объема мазута (200 мл.) при заданной температуре ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды в вискозиметре стандартных размеров (конструкции) при температуре 20⁰С.

Условную вязкость ВУ мазута при температуре t вычисляют по формуле:

где τ_t – время истечения 200 мл топлива при температуре опыта t, c; τ_B₂_O – время истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20⁰С (водное число прибора), c.

Единицы условной вязкости совпадают с градусами Энглера (⁰E). Следует отметить, что определение условной вязкости высоковязких мазутов марок 100 и особенно 200 приводит к значительной погрешности, связанной с большой продолжительностью истечения продукта из капилляра и невозможностью поддержания строго постоянной температуры продукта в термостате прибора.

В настоящее время стандартизованы и выпускаются следующие марки мазута.

М а з у т ф л о т с к и й марок Ф5 и Ф12, получаемые из мазута прямой перегонки нефти с добавлением 30…40% газойля (Ф5) и 20…30% крекинг-остатков (Ф12). Мазуты Ф5 и Ф12 являются топливам судовых котельных установок.

М а з у т т о п о ч н ы й выпускается трех марок – 40, 100, 200. Мазут марки 40 предназначен для использования в котельных установках и промышленных печах. Гоночный мазут марки100 предназначен, в основном, для сжигания в крупных стационарных котлах и установках.

Марка мазута равна величине условной вязкости при температуре 50⁰С. Наиболее сильно зависит вязкость мазута от температуры.

Как видно из графика (рис. 2) с повышением температуры различие в вязкости маловязких и высоковязких мазутов быстро уменьшается. В связи с этим для обеспечения необходимой вязкости температура подогрева высоковязких сернистых мазутов существенно не отличается от температуры подогрева маловязких мазутов. Например, в случае мазутов М40 и М200 для получения одинаковой вязкости перед механическими форсунками, равной 3,5 ВУ, разница в подогреве составляет всего 24⁰С (соответственно 104⁰С для первого и 124⁰С для второго вида мазута).

Для хорошего распыливания мазута его вязкость перед форсунками должна быть в пределах 1,5…3,5 ВУ. В связи с этим мазуты при хранении, перекачке насосами, перед сжиганием подогревают для обеспечения требуемой вязкости. Обычно для хорошего распыла достаточно нагреть мазут до 90…120⁰С. Более вязкие крекинг-остатки подогревают до 140…150⁰С.

На электростанциях часто приходилось иметь дело с мазутами разных марок и сжигать их в смешанном виде. Вязкость смеси однородных мазутов определяю по номограмме ВТИ (рис. 3). При смешивании разнородных жидких топлив (например, мазута прямой перегонки с крекингом-остатком, с дизельным топливом или смолами) расчет вязкости по номограмме ВТИ связан со значительной погрешностью. В этом случае вязкость следует определять опытным путем.

Рис. 2. Зависимость вязкости мазута от температуры: 1- мазут флотский Ф12; 2- мазут флотский Ф20 и мазут топочный 60; 3- мазут топочный 40; 4- мазут топочный 60; 5- мазут топочный 80; 6- мазут топочный 100; 7- мазут топочный 200.

Вязкостные свойства существенно влияют на работу форсунок при сжигании мазута. С увеличением вязкости ухудшается тонкость распыливания мазута, что может привести к существенному повышению недожога топлива.

П л о т н о с т ь мазута различных марок колеблется в сравнительно широких пределах. В своем относительном выражении (по сравнению с плотностью воды при температуре 4⁰С) она колеблется от 0,95 для легких мазутов до 1,06 для тяжелых крекинг-остатков. Подробнее колебания относительной плотности оказывают существенное влияние как на характер отстоя мазута от влаги и механических примесей, так и на работу форсунок.

Рис. 3 Номограмма для определения вязкости смеси мазутов.

Пример: смесь состоит из 80% мазута с ВУ= 40ВУ и 20% с

ВУ=5 ВУ.

При относительной плотности близкой к единице усложняется процесс отстоя, а при значении ее 0,98…1,01 отстой за сравнительно короткое время (100…200 ч) практически не возможен. При еще большей плотности (около 1,05) мазут располагается в резервуарах ниже слоя воды, что полностью исключает также и на расходные и дисперсные характеристики форсунок.

С вязкостью мазута связано и такое свойство, как поверхностное натяжение: оно, как правило, понижается с уменьшением вязкости. Поверхностное натяжение влияет на тонкость распыливания мазута при выходе его из форсунок. В принятых в настоящее время в мазутных котлах режимах распыливания поверхностное натяжение мазутов различных марок находится в пределах 27…30 МН/м в зависимости от температуры мазута; при этом колебания величины поверхностного натяжения в этих границах практически не отражается на тонкости распыливания мазута.

Мазут, как и любой нефтепродукт, не имеет строго фиксированной температуры застывания. При понижении температуры происходит постепенное его загустевание, связанное со снижением подвижности образующих его коллоидов. Поэтому согласно ГОСТ 8513-83 за максимальную температуру застывания принимают такую температуру нефтепродукта, при которой последний загустевает на столько, что при на клоне пробирки с продуктом под углом 45⁰ уровень его остается не подвижным в течение минуты.

С ростом вязкости жидкого топлива его температура застывания возрастает. Взаимо связь максимальной температуры застывания и вязкости мазута видна на следующем примере:

Условная вязкость

при 50⁰С, ВУ.. 5 12 40 100 200

Максимальная темпе-

ратура застывания, ⁰С. -5 -8 +10 +25 +36

Наряду с вязкостью температура застывания определяет прокачиваемость жидкого топлива.

Описание установки

Определение вязкости жидкого топлива производится на вискозиметре типа ВУ (рис. 4), принятого в качестве стандартного прибора (ГОСТ 1532-54).

Вискозиметр состоит из двух алюминиевых цилиндров. Внутренний цилиндр 1 предназначен для наполнения его испытуемой жидкостью, а наружный 2 играет роль водяной бани. В дне внутреннего цилиндра имеется сточное отверстие 3, закрываемое алюминиевым стержнем 4. К отверстию 3 припаяна латунная трубка 5, в которой помещается платиновая трубка с отполированной поверхностью (так называемый капилляр вискозиметра).

На равном расстоянии от дна цилиндра 1 расположены три загнутых под прямым углом штифта 6, служащие указателями уровня жидкого топлива и правильности установки прибора. Объем внутреннего цилиндра 1 от дна до указателей уровня составляет около 250 см³.

Рис. 4. Вискозиметр: 1- внутренний цилиндр; 2-наружный цилиндр; 3- сточное отверстие; 4- алюминиевый стержень; 5- латунная трубка; 6- штифт; 7, 8- термометры; У- электроплитка; 10- треножник; 11- измерительный стакан.

Цилиндр 1 снабжен латунной крышкой с двумя отверстиями. В центральное отверстие вставляют стержень 4, а в другое – термометр 7 для определения температуры жидкого топлива. К внутренней стенке наружного цилиндра 2 прикреплен термометр 8 для измерения температуры водяной бани. Прибор установлен на электроплитке У, обеспечивающей подогрев водяной бани. Электроплита У крепится на треножнике 10, одна ножка которого снабжена регулировочным винтом 11.

Для измерения количества жидкости, вытекающей из сточной трубки 5, служит измерительный стакан.

Методика проведения работы

Мазут подогревают до температуры на 1…3⁰С ниже той, при которой намечено производить определение вязкости, и наливают в промытый бензином и высушенный воздухом внутренний цилиндр 1. поднимают температуру в водяной бане на 1,5…2⁰С выше заданной. Когда жидкое топливо нагреется до температуры определения, его выдерживают при этой температуре 5 мин. Проверяют уровень жидкого топлива в цилиндре 1 и сливают излишки, осторожно приподнимая для этого стержень 4. уровень жидкого топлива должен совпадать с острыми концами всех трех штифтов 6. прибор закрывают крышкой, и,убедившись в соответствии температуры жидкого топлива заданной, подставив измерительный стакан 11 под сточную трубу 5, осторожно вынимают стержень 4, одновременно пускаю в ход секундомер.

Определяют время заполнения 200 см³ в измерительном стакане с помощью секундомера. Опыт повторяют для другой температуры жидкого топлива.

Обработка результатов

Водное число вискозиметра равно 10 с. время истечения жидкого топлива определяют с точностью до 0,2 с по секундомеру при температуре топлива 50…90⁰С и записывают в табл. 5.

Условную вязкость вычисляют по формуле,

где - время истечения 200 мл топлива из вискозиметра при температуре t, с; - водное число вискозиметра, с.

По найденному значению вязкости жидкого топлива при данной температуре рассчитывают: кинематическую вязкость, см²/с

Динамическую вязкость, Па*с

где - плотность жидкого топлива при t = 20⁰С

Величина	Температура, ⁰С

Время истечения, с
Условная вязкость ВУ
Динамическая вязкость, Па*с
Кинематическая вязкость, м²/с

По полученным значениям условной вязкости строят график вязкостно-температурной характеристики жидкого топлива и определяют марку мазута.

Содержание отчета

цель работы.

таблица измеренных и рассчитанных величин.

расчеты и графики.

Контрольные вопросы

Виды искусственных жидких топлив.

Перечислите марки мазута и объясните что они означают.

От каких факторов зависит вязкость и как она изменяется?

Влияние вязкости на хранении и транспортировку мазута.

Как влияет вязкость на работу топливных форсунок?

Объясните конструкцию вискозиметра и принцип его работы.

Что такое водное число прибора?

Методика определений кинематической и динамической вязкости жидкого топлива.

Методика определения вязкости смеси мазутов.

Влияние плотности на хранение, транспортировку и подготовку мазута к сжиганию.

Взаимосвязь максимальной температуры застывания и вязкости мазута.

Работа №5. Определения состава продуктов сгорания топлива.

Цель работы: изучение методики проведения газового анализа и использования полученных экспериментальных данных для расчета горения топлива.

Контроль состава продуктов сгорания проводится для определения эффективности сжигания топлива. По данным газового анализа определяются потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива g₃ потери теплоты с уходящими газами из топливоиспользующей установки g₂.

Автоматический газовый анализ позволяет проводить эффективный контроль процесса горения топлива, который включает в себя контроль экономичности, вредных выбросов, температурного режима и др.

Для контроля экономичности процесса горения необходимо оперативно определять прямые потери процесса горения g₃ и g₄, а так же сопровождающие их потери g₂ и потери теплоты на тягу и дутье, и коэффициент избытка воздуха на выходе из топки a_т.

Контроль g₃ заключается в анализе в продуктах сгорания горючих газов СО, Н₂ и в ряде случаев СН₄, который может проводится путем одновременного либо раздельного определения содержания этих газов.

Классификация приборов, у которых использованы различные методы анализа дымовых газов приведены в таблице №6.

Описание установки

Для лабораторных исследований используется комплект оборудования для газовых анализов КГА –1 (рис. 5), который предназначен для определения объемного содержания суммы всех кислородообразующих газов, кислорода, окиси углерода и непредельных углеводородов в дымовых и газовых смесях.

Таблица №6

Методы измерения	Измеряемые компоненты	Избира- тельность	Быстро- действие	Примечание
Тепловой, кондуктометрический	H₂, CO₂ CH₄ SO₂, H₂S NH₃,	Низкая	Низкое	-
Акустический	H₂, CO₂	То же	Высокое	-
Оптико-акустический	CO, CO₂, O₂ O₃, NO, NO₂, SO₂, NH₃, Cl₂, H₂S	Высокая	То же	-
Масс-спектральный	CO, Co₂, H₂, O₂, C_nH_m	То же	Низкое	Требует квалифицированного обслуживания. Сложен в изготовлении.
Термомагнитный	O₂	-//-	То же	-
Электромеханический	O₂, H₂, CO	Средняя	Высокое	Требует стабилизации или компенсации температуры среды.
Хемолюмисцентный	NO, C_nH_m	Высокая	То же	Сложен в изготовлении
Хроматографический	Измерение концентрации различных газов	То же	-//-	Применяется в основном в лабораторных условиях.
Термохимический	CO+H₂, C_nH_m	Низкая	Среднее	Серийные приборы не освоены.

Принцип действия комплекта основан на избирательном поглощении поглотительными растворами выше перечисленных компонентов газовой смеси.

Комплект оборудования для газовых анализов состоит из футляра 1, гребенки 2, поглотительных сосудов 3…5, бюретки 6, фильтра 7, уравнительной склянки 8 с краном 9, перекачивающего баллона 10.

Бюретка служит для измерения объема газом. Она представляет собой стеклянную трубку с расширение в верхней части. Нижняя измерительная часть бюретки градуирована по всей длине, цена деления 0,2 мл. Цена деления в расширенной части бюретки 0,1 мл. Поглотительные сосуды включены в общую систему комплекта через кран распределительной гребенки. Сосуды для увеличения активной поверхности при применении вязких растворов заполнены тонкостенными стеклянными трубками.

Методика проведения работы

Пред выполнением работы необходимо проверить комплект на герметичность. Для чего необходимо заполнить склянку водой. Подняв склянку, заполнить бюретки. Открыть краны гребенки – вода из бюретки поступает в поглотительные сосуды. Закрыть кран фильтра и опустить склянку. Если уровень воды в бюретке понизится, а затем будет не подвижным как бюретке, так и в поглотительных сосудах, то комплект герметичен. В случае не герметичности комплект испытывают по частям.

Для исключения влияния на анализ воздуха, находящегося в системе с помощью всасывающе-нагнетательного баллона, газовую смесь несколько раз прокачивают через фильтр, повернув краны гребенки, набирают газовую смесь в бюретку, а затем вытесняют с помощью уравнительной склянки набранный объем в атмосферу.

Далее отмеряют в бюретке 100 мл газовой смеси. Уравнивают давление газа до атмосферного путем выравнивания раствора в уравнительной склянке с уровнем раствора в бюретке, установив его на высоте отметки «0» в бюретке. Затем перекрывают кран на сообщение бюретки с поглотительным сосудом и прокачивают газовую смесь через реактив в нем. Прокачку газа в поглотительный сосуд осуществляют поднятием и опусканием уравнительной склянки. Для этого уравнительную склянку поднять наверх и когда запирающая жидкость в бюретке достигнет нулевой отметки, опустить склянку, газ при этом перекачивается обратно в бюретку, поднимая поглотительный раствор в сосуде до отметки.

Прокачивают газ до полного поглощения компонента, которое заканчивается, если объем газа перестает уменьшаться.