Жуков ОФХППТЭ-лабы

За рамкой защитного стекла расположены регулировочные резисторы

икнопки, которые используются при операциях установки нуля и калибровки вольтметра.

На задней панели вольтметра расположены разъемы "выход х1", "выход х2", гнездо "вход2", предохранитель, зажим защитного заземления

игнездо "220В" для подключения шнура питания.

Рисунок 14 – Схема калориметрической установки

Аппаратура, материалы, реактивы и растворы:

•калориметр В-08МА;

•измерительный блок;

•цифровой вольтметр Щ1516;

•стабилизатор напряжения С-0,16;

•термометр метастатический ТЛ-19;

•термометр электроконтактный ТПК-2П-163

•термометр ртутный лабораторный с пределом измерений 0-50°С;

•весы аналитические ВЛР-200, SAHM 0,2 или AVIV S|3-3;

•весы лабораторные технические ВЛКТ-500М или OWA LABOR;

•пресс для брикетирования;

•проволока медная для запала диаметром 0,1-0,2 мм;

•стакан стеклянный лабораторный химический вместимостью 200 см3;

41

•пипетки вместимостью 10 см3;

•сосуд толстостенный стеклянный лабораторный вместимостью 1-2 дм3;

•баллон кислородный с редуктором;

•стойка с манометром и игольчатым клапаном;

•миллиомметр;

•вода дистиллированная;

•спирт этиловый

Методика определения теплоты сгорания топлива на калориметре с регистратором

Вданной работе определяется теплота сгорания твердого топлива методом сжигания навески топлива в калориметрической бомбе при изотермическом режиме проведения испытания.

Для измерения изменения температуры в процессе калориметрического опыта используют регистратор.

Датчиками регистратора являются термометры сопротивления, устанавливаемые в калориметрический сосуд. С увеличением температуры сопротивление датчиков изменяется, появляется сигнал разбаланса, который поступает на измерительный блок, усиливается и регистрируется цифровым вольтметром. Датчики образуют одно из плеч моста постоянного тока измерительного блока. Остальные плечи моста состоят из резисторов, которые для исключения ошибок в измерении вследствие изменения температуры окружающей среды помещены в капсулу, погруженную в оболочку калориметра с водой, термостатируемой с высокой точностью.

Впредварительно взвешенный тигель из аналитической пробы отбирается навеска топлива массой 0,8... 1,5 г. Навески массой 1 г и более используются при испытании топлива с низкой теплотой сгорания (менее 10 МДж/кг). Твердое топливо с зольностью до 35 % сжигают в виде брикета, а с зольностью более 35 % — в виде порошка.

Затем, установив крышку бомбы на специальную подставку, укрепляют запальную проволоку к электродам и вытягивают среднюю часть отрезка проволоки, не свертывая ее в петлю. Тигель с навеской топлива помещают в кольцо токоведущего штифта. Вытянутая средняя часть укрепленного отрезка проволоки должна плотно прилегать к брикету топлива, находящемуся в тигле, а при испытании топлива в виде порошка проволока должна быть несколько углублена в порошок. В любом случае

проволока не должна касаться тигля.

42

В канавку крышки бомбы наливают пипеткой 1 см3 дистиллированной воды. На крышку с гайкой и контргайкой надевают корпус бомбы и ввинчивают в накидную гайку, затем затягивают контргайку.

Проверяют сопротивление цепи зажигания в бомбе, значение которого не должно превышать 1 Ом, после чего бомбу медленно наполняют кислородом до давления 2,5...2,9 МПа, не вытесняя из нее воздух, а при сжигании топлива с низкой теплотой сгорания — до 3,4 МПа. По достижении требуемого давления закрывают впускной клапан бомбы и вентиль баллона и отсоединяют кислородоподводящую трубку от бомбы. На клапаны бомбы навинчивают резьбовые колпачки с прокладками.

Для проверки отсутствия утечки кислорода из бомбы, последнюю опускают в сосуд с дистиллированной водой и выдерживают 2 мин. При отсутствии выделяющихся пузырьков кислорода протирают клапаны, к тоководам бомбы присоединяют проводники, вторые концы которых присоединяют к соответствующим контактам крышки сосуда калориметра.

Устанавливают бомбу в калориметрический сосуд и проверяют, чтобы ничто не препятствовало вращению мешалки сосуда. Заполняют сосуд дистиллированной водой так, чтобы верхние части бомбы были полностью погружены в воду. Взвешивают сосуд с водой и бомбой (без дужки) с погрешностью не более 1 г. Масса воды в калориметрическом сосуде должна быть такой же, как при определении энергетического эквивалента калориметра. Масса сосуда с водой должна быть постоянной при всех определениях с данной бомбой, и значение ее записывается в исходные данные для расчета.

Сосуд устанавливают в гнездо калориметра, подсоединяют контакты цепи зажигания, соединители нагревателя, двигателя, и закрывают гнездо крышкой.

Метастатический термометр устанавливают в сосуде таким образом (операцию производит лаборант), чтобы ртутный резервуар находился на уровне середины бомбы. Выбранное положение термометра должно быть постоянным при всех определениях теплоты сгорания топлива и определении энергетического эквивалента калориметра. Необходимо проверить положение ударника вибратора, который должен быть расположен с зазором 1...2 мм от термометра.

Включают последовательно переключатели: "Сеть 220 В", "Осветитель", "Двигатель мешалки оболочки", "Двигатель мешалки сосуда", "Вибратор", "Зуммер". Мешалки должны работать с постоянной скоростью в течение всего опыта.

Перед началом измерений нагревают воду в сосуде при помощи нагревателей до (25±0,2) °С (до отметки 1,2 по шкале термометра), а в оболочке до (28±0,2) °С. Температура оболочки в калориметре поддерживается автоматически с погрешностью до ±0,1 °С, а устанавливается по шкале электроконтактного термометра.

Измерения температуры разбиваются на три периода

43

1.начальный, предшествующий сжиганию навески и служащий для учета теплообмена калориметрической установки с окружающей средой в условиях начальной температуры опыта;

2.главный, в течении которого происходит сгорание навески, передача выделившейся теплоты калориметрической установке и выравнивание температуры всех ее частей;

3.конечный, служащий для учета теплообмена калориметрической установки с окружающей средой в условиях конечной температуры опыта.

Начальный период. Измеряют температуру помещения вблизи калориметра. При перемешивании воды мешалкой температура всех частей калориметра выравнивается и через некоторое время (минут через 10 после включения мешалки) будет изменяться равномерно. С этого момента начинают считывать показания температуры в течение 5 мин с интервалом 30 с. Все показания снимают по третьему звуковому сигналу.

Главный период. С последним отсчетом начального периода нажимают кнопку в цепи зажигания для запала навески. Первый отсчет температуры в главном периоде проводят непосредственно через 30 с после последнего отсчета в начальном периоде. Продолжают считывать показания температуры через каждые 30 с. Главный период считают законченным с наступлением равномерного изменения температуры. При затруднениях с определением конца главного периода полуминутные промежутки с результатами, вызывающими сомнение в равномерности изменения температуры, относятся к главному периоду, увеличивая, таким образом, его продолжительность.

Конечный период. Последний отсчет главного периода n2 считают начальным отсчетом конечного периода, в котором снимают 10 показаний с интервалом 30 с.

44

Z1 - число полуминутных промежутков главного периода с быстрым изменением показаний вольтметра. К числу z1 всегда относят первый промежуток главного периода независимо от величины изменения показаний.

Z2- число полуминутных промежутков главного периода, не отнесенных к числу z1.

Если общее число полуминутных промежутков главного периода составляет z, то z2= z- z1.

Значение z1 можно установить по таблице

3) Вычисление средних скоростей изменения показаний вольтметра V1 и

V2:

V1 = nH10− n1

где nн - показание вольтметра, соответствующее нулевому отсчету начального периода, В;

n1 - показание вольтметра, соответствующее первому отсчету главного периода в момент запала, В;

n2 - показание вольтметра, соответствующее последнему отсчету главного периода, В;

nк - показание вольтметра, соответствующее последнему отсчету конечного периода, В.

4) Вычисление поправки на теплообмен калориметра с окружающей

средой ∆n:

∆n = V1 +2 V2 Z1 +V2 Z2

5) Теплоту сгорания в бомбе испытуемой аналитической пробы

топливаQаб в Дж/г или кДж/кг вычисляется по формуле:

Qаб = С(n2 −n1 +m∆n)−m1q1

46

вычисляется по формуле:

QSa = Qаб −(β Sаб +α Qаб )

где β - коэффициент, учитывающий теплоту образования серной кислоты из двуокиси серы и теплоту растворения этой кислоты в воде, численно равный 94 кДж на 1% серы, перешедшей при сжигании топлива в калориметрической бомбе в серную кислоту;

Sба -содержание серы ,перешедшей при сжигании в серную кислоту, %; α - коэффициент, учитывающий теплоту образования и

растворения в воде азотной кислоты, равный:

0,001 - при испытании тощих углей и антрацитов; 0,0015 - при испытании других углей, горючих сланцев, торфа и

древесины.

Высшую теплоту сгорания аналитической пробы топлива вычисляют по двум параллельным испытаниям. Допустимое расхождение между этими результатами не должны превышать 85 кДж/кг.

7) Высшая теплота сгорания топлива в рабочем состоянии Qr

S в кДж/кг

вычисляется по формуле:

где Wtr - массовая доля влаги в топливе в рабочем состоянии, % Wа -массовая доля влаги в аналитической пробе, %

8) Низшая теплота сгорания рабочего топлива Qir в кДж/кг вычисляется по формуле:

Qir = Qsr −γ (Wtr +8,94 Hr )

где γ - коэффициент для расчета теплоты конденсации паров и охлаждения воды, выделившейся при сгорании топлива в калориметрической бомбе, численно равный 24,42 кДж на 1% выделившейся воды.

8,94 - коэффициент пересчета массовой доли водорода на воду; Hr - массовая доля водорода в рабочем топливе, %.

Указания по технике безопасности

47

При работе на данной установке необходимо соблюдать следующие правила безопасности:

1.Операцию зарядки бомбы кислородом выполняет лаборант; при зарядке давление в бомбе не должно превышать 3,9 МПа.

2.Во избежание взрыва при зарядке бомбы руки, одежда, гаечные ключи не должны иметь следов масла. Следует помнить, что кислород вступает в активную реакцию с маслом.

3.В момент нажатия кнопки "Зажигание" и в течение последующих 20 с находиться от установки на расстоянии вытянутого шнура.

4.При регулировании скорости мешалки нельзя касаться токоведущих частей реостата.

5.Перед снятием крышки бомбы плавно выпустить газы через выходной клапан.

6.Пользоваться ключом нужного размера, исправным, без заусениц.

Студенту запрещается производить любые действия, не предусмотренные методикой выполнения опыта.

48

Работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУШКИ, ВЫХОДА ЛЕТУЧИХ И ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА НА УСТАНОВКЕ «МЕХАНОТРОН»

Общие положения и цель работы

Для возможности оценки динамики процессов сушки, пиролиза и горения топлива, по предварительному описанию процессов происходящих в нём, создана установка «Механотрон», позволяющая получить динамические характеристики физических свойств исследуемого топлива.

Процесс горения практически любого вида топлива, можно по времени разделить на пять стадий:

τ= τC+ τВ.Л + τГ.Л + τП.К+ τГ.К ,

гдеτС — времясушкичастицы, с; τВ.Л — времяпрогревачастицдовоспламенения летучих, с; τГ.Л — время горениялетучих, с;

τП.К — времяразогревакоксового остатка, с; τГ.К — времявыгораниякоксового остатка, с.

Даннаяэкспериментальная установкапозволяетполучитьзависимость:

М = f ( τ );

где М — текущая масса частицы.

Полученные экспериментальные данные имеют вид графика зависимости массы частицы от времени (см. рисунок 16).

WГ – рабочая влажность топлива; VГ – выход летучих на рабочую массу; τС – время сушки; τВ.Л – время прогрева частиц до воспламенения летучих; τГ.Л – время горения летучих; τП.К – время разогрева коксового остатка; τГ.К – время выгорания коксового остатка; τВ.К – суммарноевремявоспламенениякоксовогоостатка.

49

1 – начало сушки; 2 – конец сушки; 3 – воспламенение летучих; 4 – завершение выхода летучих; 5 – воспламенение коксовогоостатка; 6 – завершениепроцессагорения.

Рисунок16 – Динамикавыгорания частицытоплива.

Целью данной лабораторной работы является получение графических зависимостей массы горящей частицы от времени пребывания её в зоне высоких температур.

Описание лабораторной установки.

На рисунке 17 представлена схема экспериментальной установки по исследованию динамики сушки и термического разложения частиц топлива. Сущность методики исследования динамики сушки одиночных угольных частиц заключается в следующем. Исследуемая частица помещается на одном из концов коромысла автоматических весов 5 в трубчатую печь 3, разогретую с помощью лабораторного трансформатора 1 до необходимой температуры. При этом другой конец коромысла введен в соприкосновение с концом измерительного штыря механотрона 6, напряжение на катоде и анодное напряжение которого создается с помощью высокостабилизированных источников питания. Измерительный сигнал механотрона регистрируется на самописце 7. Для контроля температуры, установленной в электропечи, служит термопара 10, сигнал которой измеряется с помощью вольтметра 2.

11

1 – Ваттер, 2 – Термометр, 3 – Трубчатая печь, 4 – Вентиляционный рукав, 5 – Коромысло, 6

– Механотрон, 7 – Графопостроитель, 8 – Передвижная платформа, 9 – Стопорная платформа, 10 – Термопара, 11 – Лабораторный стол

Рисунок 17 – Схемаэкспериментальнойустановки

50