Котельні установки. Лабораторна робота

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ТЕМА РОБОТИ :Визначення вологості і зольності твердого палива

МЕТА РОБОТИ : Засвоїти знання про паливо і основи теорії горіння; навчитися практично визначати вологiсть i зольнiсть твердих палив.

Теоретична частина

     Вологість палива. Відношення маси вологи до загальної маси палива називається вологiстю.

     Загальна волога твердого палива розподіляється на зовнішню i вологу повiтряно-сухого палива, яку називають гiгроскопiчною. Зовнішня волога видаляється з палива при зберiганнi в сухому мiсцi доти, доки не настане динамічна рівновага між парціальними тисками парів води у паливі i в навколишньому повiтрi. Гiгроскопiчна волога видаляється з палива випаровуванням при його сушінні в сушильній установці або сушильній шафі до досягнення постійної маси висушеної проби палива.

     В склад мінеральної маси палива входить волога, яку називають гідратною. Вона не видаляється при сушінні i не враховується в загальній волозі палива.   

     Волога – баласт палива, вона зменшує частку горючих елементів, а на її випаровування витрачається теплота згоряння палива.

     Кiлькiсть теплоти, яка виділяється при повному згорянні 1 кг твердого або рідинного палива, або 1 м³ газу i охолодженні продуктів згоряння до початкової температури називається теплотою згоряння палива. При охолодженні продуктів згоряння до початкової температури водяна пара може конденсуватися, або знаходитися у димових газах у вигляді пари. Водяна пара у димових газах утворюється при окисленні водню. Якщо в теплоті згоряння не враховується теплота конденсації водяних парів – Q_п, то таку теплоту згорання називають нижчою – Q_н^р, кДж/кг, кДж/м³. Якщо же в теплоті згорання враховується теплота конденсації водяних парів, то її називають вищою – Q_вв, кДж/кг, кДж/м³. Теплоту згорання визначають методом калориметрування.

     Між теплотами згоряння вiдмiчається така залежність:

                                       Q_н ^р = Q_в^р – Q_п

      Для порівнювальної оцінки кiлькостi вологи у твердому паливі користуються приведеною характеристикою палива, яка являє собою вміст вологи палива у грамах на 1 МДж теплоти, що виділяється при згорянні 1 кг(м³) палива.

     Вологість палива коливається у таких межах: кам’яне вугілля - (5-10)%, буре вугілля - (30:58)%, торф - (35:50)%, нафта - 2%.

     Максимальна теплота згоряння твердих палив доходить до 28 МДж/кг, мiнiмальна – до 10 МДж/кг. Теплота згоряння рідких палив (41,5¸39) МДж/кг, природних газових палив – (35¸37) МДж/кг. Паливо, яке має теплоту згоряння Q_ум = 29,33 МДж/кг (7000 ккал/кг) називається умовним.

     Зольність палива. Зола – це неорганічний твердий залишок після повного згоряння палива. Вона утворюється з мінеральної негорючої частини палива, яка міститься в речовинах, з яких утворене паливо, а також з землі, яка попадає у паливо при добуванні i транспортуванні палива.

     Мінеральна частина палива при спалюванні до золи проходить низку перетворень. Кiлькiсть золи залежить не тільки від її вмісту та складу мінеральних домішок, але й від умов i способу спалювання палива. У зв’язку з цим маса i склад утвореної золи не повністю вiдповiдає масі i складу вихідних мінеральних домішок. При горiннi палива інколи проходить сплавлення золи, яке перешкоджає вигорянню органічних речовин, а також винесення газами озоленої речовини. Тому зола i зольність палива – поняття умовні.

     Зольністю палива називається маса золи, визначена в лабораторних умовах i вiднесена до одиницi маси палива. Зольнiсть визначається спалюванням (прожарюванням) проби палива при 800 ⁰С у муфельній печі. Результати лабораторного визначення зольності проб палива приводяться у характеристиках палива, які використовуються у теплотехнічних розрахунках. У зв’язку з трудністю визначення мінеральної частини палива про неї умовно судять по зольності.

     Зольність різних видів палива неоднакова. Найменшу зольність мають дрова – до 1% у робочій масі; найбільшу – вугілля – до 40% i горючі сланці – до 50% у робочій масі. Для порівняльної оцінки кiлькостi золи у твердому паливі користуються приведеною характеристикою палива, що являє собою вміст золи у грамах на 1 МДж теплоти, яка виділяється при згоранні 1 кг палива.

Опис дослідної установки

Лабораторна установка для визначення вологості твердого палива

     В склад дослідної установки входять: сушильна шафа, яка забезпечує нагрівання i висушування проби палива при температурі 105-110 ⁰С, ртутний термометр, дві порцелянові чашки i аналiтичнi ваги.

     При включенні шафи у електричну мережу повітря всередині неї нагрівається. Разом з ним нагріваються i проби палива, які знаходяться у порцелянових чашках. При досягненні температури повітря 100 ⁰С i більше волога з палива випаровується до повного висушування. Температура всередині шафи контролюється термометром.

Лабораторна установка для визначення зольності палива

     В склад дослідної установки входять: муфельна піч, що забезпечує нагрівання, спалювання i прожарювання проб палива, ртутний термометр, порцелянові тиглі i аналiтичнi ваги.

     При включенні шафи у електричну мережу її внутрiшнi стінки розiгрiваються до яскраво-червоного кольору. Теплота переважно тепловим випромінюванням передається пробі палива у порцелянових тиглях. Паливо нагрівається до самозагоряння i повільно прожарюється (згоряє) до золи. Температура всередині печі контролюється термометром.

Порядок проведення дослідів

Визначення вологості твердого палива

     Сутність визначення вмісту вологи у твердому паливі полягає у сушінні наважки палива у сушильній шафі при температурі 105-110 ⁹С i розрахунку втрат її маси. Вологiсть визначається як відношення маси висушеної наважки до маси наважки перед сушінням.

     Досліди проводяться у такій послiдовностi:

1. На аналітичних вагах почергово зважують пусті фарфорові чашки з точністю до 0,0002 г.

2. У порцелянові чашки засипають приблизно 1 г палива

3. На аналітичних вагах почергово зважують порцелянові чашки з наважками палива з точністю до 0,0002 г.

4. Чашки з наважками палива ставлять у попередньо нагріту до 105-110 ⁰С сушильну шафу i висушують при цій температурі 30 хвилин. Під час висушування чашки повинні бути відкритими. Час висушування відраховують з моменту, коли температура у сушильній шафі, що упала при установці чашок з паливом, знову досягне температури 105-110 ⁰С.

5. Після висушування чашечки з наважками палива закривають кришками, виймають із шафи, охолоджують на повітрі на протязі 20 хвилин, після чого зважують.

6. Після зважування порівнюють втрати маси між наважками палива. Якщо втрати не перевищують 0,0001 г, аналіз закінчують i для розрахунку приймають масу наважки палива.

7. Результати практичних досліджень заносять у таблицю 1.

Таблиця 1

№ чашки	Маса чашечки, грам			Вологість палива, %
	пуста, m1	з наважкою палива m2	після висушування m3	Wо	Wсер р
1
2

 

Визначення зольності палива

     Сутність методики визначення зольності полягає у спалюванні до золи наважки дослідного палива у муфельній печі i прожарюванні зольного залишку при температурі 800- 830 ⁰С. Органічна частина палива вигоряє i залишається зола. Зольнiсть палива у пробі визначається як відношення маси зольного залишку до маси наважки проби палива.

     Досліди проводяться у такій послiдовностi:

1. На аналітичних вагах почергово зважують два порцелянові тиглі.

2. Із заготовленої проби палива беруть дві наважки по 1- 2 г i висипають у тиглі. Точність зважування до 0,0002 г.

3. Тиглі з наважками ставлять у холодну муфельну піч. Підвищують температуру у печі до 800-830 ⁰С, витримують наважки палива при даній температурі на протязі 1,5 години.

 4. Тиглі iз зольним залишком виймають з муфельної печі, охолоджують на повiтрi до кімнатної температури i зважують.

5. Порівнюють втрати маси наважок палива, при змiнi маси на 1мг i більше проводять додаткові контрольні прожарювання на протязі 30 хв., доти, доки різниця значень мас двох останніх зважувань не буде перевищувати 1мг.

6. Результати практичних дослiдiв зводять у таблицю 2

Таблиця 2

№ тигля	Маса тигля, грам			Зольність палива, %
	пустий m1	з наважкою палива, m2	із золою після прожарювання m3	Ар	Асер р
1
2

 

Обробка дослідних даних

Розрахунок вологості палива

Вміст вологи у паливі (вологість) для кожної чашки:

                                       W^р =  ˑ 100 %

де m₁ - маса пустої чашки, г;

    m₂ - маса чашки з наважкою;

    m₃ - маса чашки з наважкою пiсля висушування, г.

Середньоарифметична вологість для двох наважок палива:

                                W_сер^р = 0,5 ( W₁ + W₂)

де W₁ - вологiсть наважки палива у першiй чашцi, %;

    W₂ - вологiсть наважки палива у другiй чашцi, %.

      Максимальні розходження між результатами обох чашок не повинні перевищувати 0,2% при вмісту вологи до 10% i 0,3% при вмісту вологи більше 10%.

 

Розрахунок зольності палива

     Зольнiсть проби палива, що досліджується, кожного тигля:

                                               А^р =  ˑ 100 %

де m₁, m₂, m₃ - маси тиглів вiдповiдно пустого, з наважкою проби до прожарювання, із золою після прожарювання, г.

     Середньоарифметична зольність для двох наважок палива:

                                       А_сер ^р = 0,5 (А₁ + А₂)

де А₁ - зольнiсть наважки палива у першому тиглi, %;

    А₂ - зольнiсть наважки палива у другому тиглi, %.

     Розходження між результатами двох розрахунків не повинні перевищувати таких значень: для палива з зольністю до 10% - 0,2%; (10¸20)% - 0,3%; (20¸25)% - 0,4%; більше 25% -0,5%.