Жуков ОФХППТЭ-лабы

ступенчатого графика (рис 2). В этом случае неизвестно распределение размеров пыли, в пределах фракции. Фракционный состав можно представить в виде таблиц, которыми пользуются, например, при расчетах золоулавливания.

В дисперсионном анализе наибольшее употребление имеют интегральные и дифференциальные функции распределения.

Интегральная функция R(δ) (полный остаток) показывает, какая доля частиц имеет размер больше δ, или какая доля частиц D(δ) (проход) имеет размер меньше δ. Полный остаток и проход можно получить при рассеве пробы на одном сите с ячейкой δ. Очевидно, что R+D=100%.

При ситовом методе анализа полный остаток рассчитывают по выражению:

∑k gi

R δ = 1 ×100%

∑n gi 1

По полученным данным строится график Rа=ƒ(δ) (рис. 3). Такие графики называются кривыми гранулометрического состава (или зерновыми характеристиками пыли). По ним можно получить полные остатки для ячеек любых размеров при отсутствии соответствующих сит.

Для характеристики дисперсионного состава пылей, в ряде случаев, пользуются полными остатками на характерных ситах.

На пример, при проектировании и расчетах мельничных устройств используют величину R90. Содержание крупных частиц в пыли антрацитов и каменных углей оценивают величиной R200, а в пыли бурых углей и

сланцев – R1000.

От содержания крупных частиц в пыли, сжигаемой в обычных камерных топках с прямоточным факелом, зависит, в значительной степени, величина потерь от механического недожога.

Дифференциальная функция распределения dR/dδ определяет долю частиц с диаметрами в пределах δ, δ+dδ (рис.4). Площадь под дифференциальной кривой в пределах размеров δ1 и δ2 выражает долю частиц с размерами от δ1 до δ2. Дифференциальную кривую удобно получать графическим дифференцированием интегральной кривой распределения частиц пыли по размерам.

В теоретических расчетах выгорания топлива необходимо иметь функциональное представление полученных в эксперименте интегральных и дифференциальных кривых распределения. Результаты ситового метода анализа пыли топлив чаще всего хорошо описываются формулой РозинаРаммлера:

Rδ =100 e−bδn

11

где b - постоянная, характеризующая тонкость пыли (b=0,025...0,1 – чем больше b, тем пыль тоньше);

n - коэффициент, характеризующий структуру пыли, т.е. равномерность её гранулометрического состава (n = 0,6...1,8 — чем выше значение n, тем меньше рассеянность зерен по крупности от их среднего значения), иногда n называют коэффициентом полидисперсности;

δ – размер ячейки данного сита, мкм. Формулу можно записать в виде:

Rδ =100 e− δδ0 n

ячейке сита, полный остаток на котором составляет 36,8% и является характеристикой тонкости пыли.

Для получения постоянных b и n произведем двойное логарифмирование формулы Розина-Раммлера:

lg lg 100R = lg b + n lg δ−lg 2,3

В координатах lg lg 100R и lg δ полученное уравнение изображается прямой линией (рис.5). Следовательно, если опытные точки в координатах lg lg 100R , lg δ ложатся на прямую линию, то интегральная функция

распределения пыли по размерам может быть записана в виде формулы Розина-Раммлера.

Постоянная n представляет собой тангенс угла наклона прямой линии к оси абсцисс, а величина b может быть определена по графику при lg δ = 0 .

Очевидно, что чем круче «спрямленная кривая», тем меньше рассеянность зерен по крупности от их среднего значения. Строго говоря, коэффициент n можно принять постоянным (т. е. «спрямленная кривая» действительно является прямой) только для тонкоизмельченной пыли в диапазоне δ=60...200мкм. Для грубой пыли, содержащей значительное от общей массы пробы количество частиц более 200 мкм, коэффициент n для различных классов частиц пробы может изменяться, в большей степени, чем грубее пыль.

12

Цель работы — освоение метода просева проб топливной пыли через набор стандартных сит; определение характеристик гранулометрического состава пыли; построение, и анализ зерновых характеристик пыли.

Рисунок 4 – Дифференциальная кривая распределения пыли.

13

Работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВЛАГИ В ТОПЛИВЕ

Общие положения и цель работы

1. Связь влаги с топливом. Терминология.

Влажность W является важнейшей технической характеристикой топлива. Влага затрудняет воспламенение топлива, снижает температурный уровень в топке, увеличивает потери тепла с уходящими газами.

Содержание влаги в топливе необходимо учитывать при выборе методов подготовки топлива к сжиганию, оборудования систем транспортировки топлива и т. д.

Содержание влаги в твердом топливе зависит от его химической природы и геологического возраста, условий залегания пластов и способа добычи, а также от условий транспортировки и хранения. Частично влага образуется в топливе в процессах углефикации.

Геологически более древние топлива (антрацит, тощий уголь) содержат гораздо меньше влаги, чем топлива со сравнительно небольшим геологическим возрастом (бурый уголь, лигнит, торф).

Связь влаги с топливом характеризуется величиной анергии связи, т.е. работой, совершаемой при отрыве одного моля воды от вещества. По величине и природе этой энергии различают следующие формы связи воды с топливом:

Химически связанная вода представляет собой воду молекулярных соединений типа кристаллогидратов. Например, минеральная часть Экибастузского угля содержит ~ 54% каолинита Al2O3 2SiO2 2H2O, который разлагается при температуре 720-870 К и выделяет 14% влаги от массы каолинита:

Al2O3 2SiO2 2H2O → Al2O3 2SiO2 + 2H2O;

Коллоидная влага является влагой, связанной в коллоидах органической массы топлив. Много коллоидной влаги содержится в молодых бурых углях, в торфе. При удалении коллоидной влаги наблюдается усадка углей, приводящая к разрушению кусков. Эти явления наблюдаются, например, при сушке бурых углей Канско-Ачинского бассейна.

Абсорбционно-связанная вода находится в виде мономолекулярного слоя на поверхности капилляров пористого куска топлива. Мономолекулярный слой воды находится под большим давлением, обусловленным молекулярным силовым полем.

Капиллярно связанная вода заключена в капиллярах и является свободной водой за исключением тончайшего слоя абсорбционно-

16

связанной воды у стенок капилляров. Давление пара в капиллярах отличается от давления пара над плоской поверхностью. По закону Кельвина давление пара над мениском радиуса r равно:

где δ – поверхностное натяжение, υ0 – удельный объем, Рп - давление пара над плоским зеркалом воды. Количество абсорбционно-связанной и капиллярной воды зависит от пористости топлива, поэтому ее много в бурых углях, торфе.

Внешняя влага представляет собой свободную механически захваченную воду, удерживаемую на поверхности и в макропорах кусков топлива. Количество внешней влаги зависит от присутствия грунтовых вод в месте добычи, от метеорологических условий, от фракционного состава топлива.

Внешняя влага легко удаляется при естественной сушке топлива до равновесного состояния с окружающей средой, когда наступает равновесие между упругостью паров в топливе и парциальным давлением паров воды в воздухе. Оставшееся в топливе влагосодержание называется равновесной влажностью. Равновесная влажность зависит от температуры, давления и влажности воздуха.

В теплоэнергетике влагосодержание топлива, поступающего на электростанцию, называется общей или рабочей влажностью топлива

Wt r .

Абсолютно сухим считается топливо после удаления из него влаги в сушильном шкафу при температуре 375-378К. Следовательно, химически связанная вода остается в этом случае в топливе. Удаление гидратной влаги может произойти только в результате химических реакций разложения кристаллогидратов при температуре 700...800 °С. На химически связанную воду обычно приходится лишь несколько процентов содержания воды в топливе.

Чтобы точно установить границу между внешней влагой и оставшейся при естественной сушке равновесной влагой топлива, вводится понятие гигроскопической влажности топлива. Под гигроскопической влажностью топлива понимается равновесная влажность при стандартных условиях окружающего воздуха (относительная влажность 60±2%, температура 293±5К).

При определении характеристик топлива удобно пользоваться аналитическими пробами с равновесной влажностью, полученной при лабораторных условиях. Такая влажность называется аналитической равновесной влажностью топлива. Для одних и тех же топлив аналитическая равновесная влажность близка к гигроскопической, если

17

температура и влажность воздуха в лаборатории незначительно отличаются от стандартных.

Методы определения влажности топлива.

Существуют прямые и непрямые методы определения влаги в топливе.

Прямой весовой метод основан на высушивании навески топлива при температуре 100 °С в стеклянной трубке, помещенной в сушильный шкаф (рис.7), и взвешивании влаги, поглощенной в поглотительных аппаратах.

Прямой объемный метод основан на испарении влаги топлива, помещенного в жидкость, кипящую при температуре немного выше 100 °С (ксилол, толуол), конденсации образующихся паров и измерении объёма конденсата с помощью микробюретки.

Непрямой весовой метод предусматривает высушивание топлива и косвенное определение массы влаги по изменению массы топлива(рис. 8, 9).

Непрямые электрические методы используют явление изменения электрических свойств топлива (сопротивления, диэлектрических свойств и др.) при изменении влажности.

Во всех методах большую роль играет способ сушки топлива в сушильном шкафу (с электронагревом, инфракрасными лучами, в высокочастотном электрическом поле и т.д.). При повышенной температуре или при наличии значительного градиента температур в топливе возможно его термическое разложение, что приводит к искажению результатов, особенно значительному для молодых топлив.

Прямые методы анализа отличается повышенной точностью, но трудоемки. Непрямой весовой метод из-за простоты и в большинстве случаев достаточной точности широко применяется в лабораториях.

18

Рисунок 7 – Сушильный шкаф

Определение рабочей и аналитической равновесной влажности топлива косвенным весовым методом.

Методика определения рабочей (общей) влажности.

Влага лабораторной пробы может считаться рабочей, если изменение первоначальной массы пробы с момента отбора не превышает 0,5%.

Определение рабочей влажности производится по ГОСТ Р 52911-2008 (ИСО 589:2003, ИСО 5068-1:2007).

Существуют два метода определения рабочей влаги в топливе: одноступенчатый и двухступенчатый.

При одноступенчатом методе производят сушку пробы топлива не менее 500 гр. на металлическом противне в сушильном шкафу при температуре 105 °С – 110 °С с достаточной скоростью обмена воздуха (до 5 раз в час) или с естественной вентиляцией до постоянной массы. Продолжительность сушки составляет 3 – 6 часов. После окончания основного периода сушки противень с пробой вынимают из шкафа и взвешивают в горячем состоянии настолько быстро, насколько это возможно (не более чем в течение 5 мин.), чтобы избежать поглощения пробой влаги в процессе охлаждения.

Затем противень с пробой ставят обратно в сушильный шкаф для контрольного просушивания. Время контрольного просушивания при 105 °С – 110 °С составляет не менее 25 % продолжительности основной сушки, но не менее 30 минут.

Сушку считают законченной, если потеря массы пробы за время между двумя высушиваниями не превышает 0,2 % общей потери массы.

При проведении работы необходимо определить температуру и влажность воздуха в лаборатории.

Результаты взвешивания следует записать в таблицу:

Расчет рабочей влажности производится по выражению:

Wt r = m2 −m3 100% . m2 −m1

Вформулеиспользуетсясамаянизкаямассапротивняспробойпослесушки. При двухступенчатом методе сначала определяют внешнюю влагу в

топливе (Wex ), а затем влагу воздушно-сухого топлива (Wh ).

19

Внешнюю влагу в топливе (Wex ) определяют путем высушивания

пробы топлива в помещении с хорошей вентиляцией или сушильном шкафу при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния. После окончания основной сушки лоток с пробой взвешивают и ставят для контрольного просушивания. Масса пробы составляет не менее 0,5 кг

Чтобы сократить время высушивания на воздухе, пробу можно сушить в сушильном шкафу нагретом до температуры не более 40 °С. При этом перед каждым взвешиванием лоток с пробой охлаждают, приводя в равновесие с температурой окружающей среды.

Время контрольного просушивания при 105 °С – 110 °С составляет не менее 25 % продолжительности основной сушки, но не менее 30 минут.

Сушку считают оконченной, если потеря массы пробы за время между двумя высушиваниями не превышает 0,2 % общей потери массы.

Определение влаги воздушно-сухого топлива проводят из пробы, высушенной до воздушно-сухого состояния и измельченной до максимального размеракусков2,8 мм. Массапробыдолжнасоставлятьнеменее0,3 кг.

Взвешивают 2 стеклянных бюкса с крышкой диаметром не менее 6 см. Помещают в бюксы 10±1 г. пробы и распределяют ровным слоем по дну бюксов. Взвешивают бюксы с крышкой и пробой.

Помещают открытые бюксы с пробой и отдельно крышки от них в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 105 °С – 110 °С. Продолжительность основного периода сушки не менее 60 минут для каменных углей и горючих сланцев и 90 минут для бурых углей, лигнитов и антрацитов. После высушивания бюксы закрывают крышками, охлаждают 3-5 минут на воздухе, затем в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают. Для контроля пробу устанавливают в сушильный шкаф еще на 30 минут и производят контрольное взвешивание. Если масса топлива уменьшается меньше чем на 0,001 г. процесс сушки заканчивают, если данное условие не выполняется, то процесс сушки продолжают.

При проведении работы необходимо определить температуру и влажность воздуха в лаборатории.

Результаты взвешивания следует записать в таблицу: Определение внешней влаги в топливе

20