4. Выводы по работе, где указать также влияние влажности на условия воспламенения и горение топлива.

Работа 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОЛЬНОСТИ ТОПЛИВА

I. Цель работы

Определение зольности аналитической пробы топлива, овладение методикой пересчета ее на сухую и рабочую массы, анализ влияния зольности на процесс горения и на работу топочного устройства.

II. Основные теоретические положения

Зола представляет собой твердый минеральный остаток после сжигания топлива и состоит из топочных шлаков и летучей золы, покидающей топочное устройство с дымовыми газами. Состав шлаков и золы, определяющий их свой-

ства: SiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, известь СаО, Na2O, K2O, V2O5, сульфаты CaSO4, MgSO4. Содержание минеральных примесей в топливе изменяется от 1 % у древесины до 75 % в горючих сланцах. В международной геологической статистике запасы углей подсчитываются только до значения зольности 50 %.

Содержание золы топлива не является достаточным показателем энергетической ценности топлива, так как топлива с одинаковым содержанием золы часто имеют различную теплоту сгорания. Для сравнительной оценки количества золы используется приведенная зольность топлива в процентах, отнесенная к 1 МДж теплоты сгорания топлива, кг·% /МДж

АПР=АР/Qнр,

где АР −рабочая зольность топлива, поступающего в топку, %.

Большая зольность снижает теплоту сгорания топлива. Так, при изменении зольности топлива от A1P до А2P теплота сгорания рабочей массы составит, кДж/кг

Снижение теплотворной способности приводит к увеличению расхода топлива и затрат на его перевозку. Кроме того, снижаются ta, J0 (см. работу 1) и уменьшается средняя температура факела Тф, так как часть теплоты расходуется на нагрев дополнительного количества шлака, удаляемого из топочного устройства (т. е. не участвующего в теплообмене).

Важное практическое значение имеет плавкость золы, характеризующаяся

температурами: t1 − начало деформации, t2 − начало размягчения и t3 − начало жидкоплавкого состояния. Зола разделяется на тугоплавкую (t3 > 1425 °С),

91

среднеплавкую (1200 < t3 < 1425 °С) и легкоплавкую (t3 < 1200 °С).

Характеристики золы необходимо знать при проектировании и эксплуатации топочных устройств. В топочной камере можно организовать сжигание топлив с твердым или жидким шлакоудалением.

Твердое шлакоудаленuе организуется при сжигании топлив с тугоплавкой золой или среднеплавкой, с небольшим содержанием золы (АПР < I %·кг/МДж) и высоким (Vг > 25 %) выходом летучих (см. работу 3).

Жидкое шлакоудаленuе целесообразно для топлив с легкоплавкой золой и топлив с малым выходом летучих.

При сжигании топлив в топках с твердым шлакоудалением значительная часть сухой золы уносится дымовыми газами, что приводит к загрязнению окружающей среды, эрозионному износу поверхностей нагрева, заносу и загрязнению их (шлакованию), удорожанию золоулавливающих устройств.

Сущность метода определения содержания золы в топливе заключается в медленном озолении пробы в муфельной печи и прокаливании зольного остатка в условиях свободного доступа воздуха при температуре (775...825) °С (1048...1098 К) до постоянной массы.

Зольность топлива в аналитической пробе рассчитывают по формуле, %

Aa = mm3 ,

где m3 − масса зольного остатка, г; m − масса навески топлива, г. Зольность топлива на сухую массу пересчитывают по формуле, %

а на рабочую массу, %

A p = Aa 100 −W p , 100 −W a

где W p и W a – влажность рабочей массы и аналитической пробы соответственно, %.

Погрешность δAa найденного значения зольности АЗопределяется так же,

как это сделано в работе 1 при оценке точности вычисления аналитической влажности.

III. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рис. 26) состоит из муфельной электропечи 2 с задатчиком температуры 1, термоэлектрического преобразователя 4, магнитоэлектрического милливольтметра 5, отградуированного в градусах Цельсия, фарфорового тигля 3 с навеской топлива, эксикатора 6 и аналитических весов с разновесами (на рис. не показаны).

92

V.Содержание отчета

1.Краткое описание лабораторной установки и основные теоретические положения.

2.Технические характеристики оборудования и метрологические характеристики средств измерений.

3.Результаты опытов и расчетов, таблица, рисунки, сравнение опытных данных с табличными (Приложение 1).

4.Выводы по работе с пояснением влияния зольности на характеристики топлива, процесс горения, условия работы поверхностей нагрева.

Работа 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДА ЛЕТУЧИХ ИЗ ТОПЛИВА

I. Цель работы

Изучение методики определения выхода летучих веществ из аналитической пробы топлива и содержания кокса в ней с последующим пересчетом этих веществ на горючую массу; анализ влияния выхода летучих на процесс горения.

П. Основные теоретические положения

Выход летучих V является одной из важнейших характеристик твердого топлива, от него зависят условия воспламенения и характер горения топлива. Летучие − это газообразные горючие и негорючие вещества, выделяющиеся при нагревании топлива без доступа воздуха, т. е. при сухой перегонке.

Наименьший выход летучих у антрацита (2...9 % от общей массы горючей части топлива), и выделяться они начинают при температуре около 400 °С, у бурых углей выход летучих составляет (40...50) %, температура начала выделения − (170...250) °С, у торфа − около 70 %, температура начала выделения −

(120...150) °С.

Летучие состоят из горючих соединений: углеводородов, окиси углерода, водорода и негорючих - углекислого газа, кислорода, азота и водяных паров.

94

Оставшийся после выхода летучих твердый коксовый остаток, состоит из углерода и минеральной части топлива. В зависимости от вида топлива коксовый остаток может быть спекшийся, слабоспекшийся и порошкообразный. Характер коксового остатка играет решающую роль при определении наиболее рационального пути использования топлива. Каменные жирные угли с большим содержанием битума дают спекшийся крупнопористый остаток, используемый в металлургических печах; в котлах и отопительных установках такие угли не сжигаются.

Рис. 27. Схема подготовки и сжигания твердого топлива

95

Энергетические топлива имеют порошкообразный коксовый остаток. Обязательным условием устойчивого воспламенения топлива является бы-

стрый разогрев до высокой температуры поступающей в топку смеси топлива с воздухом. Эта температура должна быть тем выше, чем меньше в топливе летучих веществ. Для обеспечения высокой температуры поступающей в топку смеси необходимо соблюдать три условия: топливо предварительно подсушивать; первичный и вторичный воздух подавать в топку раздельно; горячие топочные газы возвращать в зону воспламенения. Такое течение процесса показано на рис. 27, где 1 – мельница для размельчения топлива; 2 – сепаратор угольной пыли для отделения крупных части топлива; 3 − пылеугольная горелка; 4− нижняя часть топочной камеры.

При горении топлива прежде всего воспламеняются летучие. Период горения летучих составляет около 10 % общего времени горения частицы. Если летучих в топливе много, то горение их обеспечивает дальнейший разогрев топлива и воздуха, воспламенение и устойчивое горение коксового остатка. При малом выходе летучих требуются дополнительные мероприятия по обеспечению воспламенения и устойчивого горения топлива, например устройство зажигательного пояса в зоне горелочных устройств.

Сущность метода определения выхода летучих веществ заключается в прокаливании 1 г топлива в закрытом крышкой фарфоровом тигле при температуре (830...870) °С в течение 7 мин. Для получения сопоставимых результатов необходимо строго выдерживать указанные условия проведения опыта. Выход летучих веществ (за исключением содержания влаги) для аналитической пробы определяют по формуле, %

по формуле, %

Ка = 100 - Va – Wa .

Погрешность

96

трического милливольтметра 6, отградуированного в градусах Цельсия, охлаждаются тигли в эксикаторе 7. Взвешивание тигля производится на аналитических весах (на рис. не показаны).

IV. Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с лабораторной установкой, правилами проведения работы: включения муфельной печи, установки в ней заданной температуры, установки в печь и выемки тигля, работы с весами.

2.Записать технические характеристики основного оборудования и метрологические характеристики средств измерений.

3.Просушить тигель с крышкой и взвесить их на аналитических весах.

4.Насыпать в тигель анализируемое топливо (0,9...1,1 г) и взвесить тигель

скрышкой и навеской топлива. Вычислить массу навески топлива.

5.Поместить закрытый крышкой тигель на проволочной подставке в зону устойчивой температуры (830...870) °С предварительно разогретой муфельной печи; выдержать при этой температуре 6,9...7,1 мин.

6.Вынуть подставку с тиглем из печи, охладить на воздухе в течение 5 мин, не снимая крышки, затем поместить тигель в эксикатор, где охладить до комнатной температуры; взвесить тигель с крышкой и остатком навески топлива.

7.Вычислить выход летучих и содержание коксового остатка для аналитической пробы. Подсчитать погрешность этих вычислений. Окончательные результаты расчетов погрешностей округлить до десятых долей процента.

8.Результаты измерений и расчетов занести в таблицу по форме 3.

9. Пересчитать выход летучих и коксового остатка на горючую массу; определить погрешности расчетов.

98