низкую механическую прочность. Не спекается и при значительном количестве в угле резко снижает его коксуемость. Подобен древесному углю.

3.4. Методические указания к выполнению лабораторных работ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Методические указания составлены в соответствии с программой курса «Топливо и теория горения».

Перед выполнением работ необходимо изучить основные теоретические положения, ознакомиться со стендами, записать основные технические характеристики лабораторного оборудования (тип, диапазон использования, потребляемая мощность) и метрологические характеристики используемых средств измерений (тип, диапазон измерения, цена деления, класс точности или допускаемая погрешность), ознакомиться с порядком проведения лабораторных работ, подготовить таблицы по соответствующей форме для записи результатов экспериментов и расчетов.

Во время проведения лабораторных работ 1, 2, 5 анализируемое вещество длительное время выдерживается в нагревательном устройстве (от 0,5 до 2,0 ч). В это время преподаватель дает консультацию по теоретическим вопросам, возникшим у студентов во время проведения работ, например по влиянию характеристик топлива на процесс горения и теплообмена в реальных условиях эксплуатации теплоэнергетических установок.

После завершения лабораторных работ каждый студент должен составить отчет. В отчете следует привести основные теоретические положения; расчеты по результатам опытов должны сопровождаться необходимыми пояснениями. Рисунки следует выполнять с применением чертежных инструментов. В отчете следует привести оценку погрешности, измерения каждого параметра и сравнить ее с допустимым по технологии отклонением этого параметра. При этом нужно помнить, что погрешности измерения используемыми средствами измерений должны быть ниже допустимых по технологии отклонений измеряемого параметра в три и более раз. В таблице для записи результатов измерений указывать и погрешности измерений.

Методы оценки результатов измерений приведены в описании работ. Отчет предоставляется студентом при сдаче зачета по данной дисциплине. Выполнение представленных в настоящих указаниях работ и обработка ре-

зультатов экспериментов позволяют исследовать характеристики топлива и дымовых газов. Однако следует помнить, что знание этих характеристик необходимо прежде всего для правильной организации процесса сжигания топлива, экономичного и эффективного использования теплогенерирующего оборудования при высокой его надежности. Поэтому при анализе результатов эксперимента следует обратить особое внимание на влияние найденной характеристики на такие параметры, как теоретическая температура горения, максимальное тепловыделение в топке, средняя температура факела, соотношение между радиационной и конвективной составляющими теплообмена, КПД установки и

85

т. п. Результаты такого анализа необходимо привести в выводах по каждой работе; здесь же указать марку и месторождение исследуемого топлива, найдя его в [1], по результатам измерений с учетом вычисленной погрешности.

Лабораторные работы 4 и 6 являются учебно-исследовательскими работами студентов (УИРС). При проведении этих работ студенты исследуют характеристики различных топлив и продуктов их сжигания, сравнивая полученные результаты с нормативными характеристиками, приведенными в справочной литературе.

Полученные навыки исследовательской работы помогут студентам в их производственной деятельности при исследовании топлив вновь разрабатываемых месторождений, местных топлив, поступающих на предприятие, в том числе топливных отходов при утилизации последних. Очень важно исследование топлива с переменными характеристиками, экспресс-информация о которых необходима для более точного учета расхода условного топлива на выработанную единицу тепловой или электрической энергии, повышения надежности и экономичности теплогенерирующего оборудования. Главная задача современности − не наращивание топливно-энергетических ресурсов, а улучшение их использования!

Для совершенствования работы основного и вспомогательного оборудования предприятия, на котором работает студент, вместо работ, предлагаемых в данных указаниях, студенты могут провести работы исследовательского характера, связанные с сжиганием топлива в условиях своего производства. В число этих работ могут входить: определение скорости горения газовоздушных и забалластированных смесей; определение концентрационных пределов воспламенения; определение области устойчивой работы горелочных устройств; условия коксования топлива и др.

Результаты самостоятельной работы, защищаемой в качестве лабораторной, будут обсуждаться в присутствии всей группы для обмена опытом.

ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторные работы проводятся на стендах, монтаж схем и оборудование которых производится с учетом следующих государственных стандартов

СССР: 12.1.0119-79 «ССБТ. Электробезопасность»; 12.0,003-74 «ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы»; 12.1.010-76 «ССБТ. Взрывобезопасность».

Перед началом работы студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности и правилам внутреннего распорядка в лаборатории, расписаться в журнале инструктажа.

Перед проведением работы каждому студенту необходимо твердо запомнить место расположения ключа, подающего питание на стенд, и кнопки выключения распределительного щитка с тем, чтобы при возникновении аварийной ситуации немедленно отключить подачу электроэнергии на стенд.

86

Во время проведения лабораторных работ запрещается: подавать напряжение на установку без разрешения преподавателя; включать и выключать установку лицам, не назначенным для этой цели преподавателем; ходить по помещению лаборатории без разрешения преподавателя, курить в неположенных местах.

По окончании лабораторных работ необходимо:

-обесточить лабораторную установку;

-отсоединить от источника питания провода, временно подающие напряжение на стенд;

-привести рабочее место в порядок.

При выполнении работ 2, 3 устанавливать в печь и вынимать из нее тигли следует в рукавицах специальным захватом. При выполнении работы 4 включать зажигание в калориметрической бомбе следует, отойдя от калориметра на всю длину шнура зажигания. При выполнении работы 6 запрещается открывать крышку блока анализатора хроматографа.

Работа 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ТОПЛИВА

I. Цель работы

Определение содержания влаги в аналитической пробе твердого топлива; приобретение навыков анализа влияния влажности топлива на работу котла.

II. Основные теоретические положения

Влага в топливе W может содержаться в количестве от (3...5) до (60...70) %. Она является внешним балластом топлива, уменьшает его горючую часть, требует затраты теплоты на испарение. Испарившаяся влага отбирает у дымовых газов часть теплоты на свой подогрев, отчего снижается температура газов, а вместе с ней и количество теплоты, передаваемой поверхностям нагрева. Считается, что наличие в топливе влаги ухудшает его воспламенение, однако имеются данные, что изменение содержания влаги в топливе от 0 до 20 %, например для полубитуминозных углей, не оказывает влияния на начальную температуру воспламенения. При изменении влажности топлива от W1Р до W2Р теплота сгорания QнР рабочей массы топлива также изменится и составит, кДж/кг

коэффициент 25 характеризует скрытую теплоту парообразования, не учиты-

ваемую в QнР.

Изменение QнР приведет к изменению адиабатической температуры горе-

ния

tа = QнР + QфВ + QфТ − qд

∑υici

87

и энтальпии газов в зоне максимального тепловыделения

Jo = ∑υicita .

Кроме того, изменится средняя температура факела Тф вследствие изменения потерь теплоты на испарение и нагрев влаги.

Различают два вида влаги в топливе: внешнюю WВН и внутреннюю, или гигроскопическую, называемую также аналитической WГИ. Внешняя влага состоит из влаги поверхностной (осаждающейся на поверхности топлива) и капиллярной, содержащейся в порах (капиллярах) топлива. Гигроскопическая (аналитическая) влага находится частью в коллоидально-связанном состоянии и равномерно распределена в массе топлива, а частью в виде гидратной влаги, входящей в состав молекул минеральных примесей.

Большое содержание внешней влаги приводит к таким нежелательным явлениям, как смерзание твердого топлива при его транспортировке и хранении в зимнее время, ухудшение его размола, уменьшение сыпучести.

В зависимости от содержания влаги и ее вида твердые топлива подразделяются на три категории:

1)рабочее топливо (в том виде, как оно поступает в топку); влажность его WР=WВН+WГИ колеблется от 0,5 % до 40 %;

2)воздушно-сухое топливо, приведенное в равновесие с окружающим воздухом, влажность его Wа=WГИ находится в пределах (2,5...11) %;

3)абсолютно сухое топливо, которое совершенно не содержит влаги. Абсолютная влажность определяется отношением массы влаги к абсо-

лютно сухой массе топлива, относительная − отношением массы влаги к общей массе топлива.

Содержание влаги топлива не является достаточным показателем энергетической ценности топлива. Для сравнительной оценки топлив по содержанию влаги введено понятие приведенной влажности топлива, кг·%/МДж

W ПР =W Р / QнР.

Для определения относительной влажности в аналитической пробе Wa производится высушивание предварительно подготовленного до воздушносухого состояния топлива. Топливо высушивается при температуре (103...105) °С (каменный уголь − в течение часа, бурый уголь − в течение двух часов), вычисляется убыль массы в процессе сушки m и влажность, %:

W а = mm100,

где m − масса навески топлива.

Если необходимо вычислить рабочую влажность топлива, то ее определяют по формуле, %

W Р =W ВН +W а 100 −W ВН ,

100

88

поглощающим влагу, и аналитических весов с разновесами (на рис. не показаны).

IV. Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с лабораторной установкой, правилами включения сушильного шкафа, автоматического потенциометра, работой с весами.

2.Записать технические характеристики основного оборудования и метрологические характеристики средств измерений, используемых в работе.

3.Взвесить на аналитических весах пустой бюкс с притертой крышкой.

4.Взвесить бюкс с крышкой и навеской топлива (1...2) г.

5.Поместить бюкс с открытой крышкой (как это показано на рис. 25) и с

навеской топлива в нагретый предварительно до (103...105) °С (376...378 К) сушильный шкаф и выдержать при этой температуре в течение 0,5 ч.

6.Закрыть бюкс крышкой, вынуть из шкафа и охладить на воздухе (в течение 2 мин.), а затем в эксикаторе до комнатной температуры; взвесить бюкс с крышкой и навеской топлива.

7.Произвести контрольное подсушивание и взвешивание в порядке, указанном в п. п. 5, 6. Если масса бюкса после контрольной сушки убыла меньше чем на 0,001 г., опыт считается законченным, в противном случае повторить опыт, как это указано в п. п. 5, 6. До совпадения результатов двух последних опытов с погрешностью менее 0,001 г.

8.Вычислить погрешности взвешивания и расчета влажности. Результаты взвешиваний, расчетов и вычисленных погрешностей занести в таблицу по форме 1.

V.Содержание отчета

1.Краткое описание лабораторнй установки.

2.Технические характеристики оборудования и меторологические характеристики средств измерений.

3.Результаты опытов и расчетов, таблицы, рисунки.

90