Определение зольности топлива

Минеральная часть и зола топлива.

Зола удаляется из котла в виде топочных шла­ков и летучей золы, покидающей топку с продуктами сгорания. В практике проектирования и эксплуатации котельных установок и оборудования тепло­вых электростанций, работающих на твердом топливе, необходимы данные о количественном содержании золы, ее составе и свойствах. Именно эти харак­теристики определяют наиболее важные решения по организации топочного процесса, тепловую и конструктивную схемы котла, выбор оборудования сис­тем шлакозолоудаления и золоулавливания.

Природные органические топлива состоят из минеральной части, органической части и воды:

M + O + W = 100% (1)

Содержание минеральных примесей колеблется в широких пределах. Состав как химический, так и минералогический весьма разнообразен. В топливах диагностировано свыше 50 минералов. Наиболее часто встречаются кварц, алюмосиликаты, карбонаты, окислы железа, пирит, рутил, гипс, соли щелочных металлов. Непосредственное определение содержания минеральных примесей представляет значительные трудности, поэтому об их содержании судят по косвенному показателю – зольности топлива.

Зола топлива - твердый остаток, образовавшийся после сгорания горючей массы топлива. Зола топлива и по составу и по количеству отличается от минеральной части топлива, так как частично зола образуется из органического вещества топлива, а так же потому, что при высоких температурах протекает ряд реакций в минеральной части топлива:

1. Дегидратация, т.е. удаление гидратной влаги из алюмосиликатов (глин), оксидов и гидроксидов железа (гематитов) при температуре выше 500 °С с образованием Al₂O₃, SiO₂, FeO₃ и H₂O, а также из гипса:

500 °С

CaSO₄2H₂O  CaSO₄ + 2H₂O

2. Разложение карбонатов с выделением двуокиси углерода в интервале температур 500 – 900 °С:

Ca (Mg, Fe) СO₃  Сa (Mg, Fe) O + СО₂.

3. Окисление дисульфидов железа (пирит, марказит) начинается при температуре 400 – 500 °С:

4FeS₂ + 11O₂  2Fe₂O₃+8SO₂.

4. Разложение сульфата железа протекает при 850 – 950 °С:

2FeSO₄2 FeO+2SO₂+O₂.

Сульфат кальция начинает разлагаться при 1300 °С, однако уже при 1100°С он реагирует с кремнеземом и алюмосиликатами с выделением SO₂.

5. Соединения щелочных металлов начинают улетучиваться при температуре выше 800 °С.

6. Образование сульфата кальция происходит в интервале температур 700 – 1100 °С:

2CaO + 2SO₂ + O₂  2CaSO₄.

Эта реакция протекает по мере выделения SO₂ при сгорании органической серы и окислении дисульфида железа, а также разложения карбонатов, содержащихся в минеральной массе углей.

7. Окисление соединений Fe²⁺ до Fe³⁺:

4FeО + О₂  2FeO₃.

Этот процесс происходит обычно после полного сожжения органической массы углей и является основной причиной увеличения массы золы при контрольных прокаливаниях.

В теплотехнических расчетах принимают условно, что топливо состоит из горючего, золы и влаги:

Г + А + W = 100% (2)

Поскольку количество золы зависит от температуры сжигания топлива, состава окружающей среды и длительности процесса горения, для сопоставимости результатов принимают стандартные условия определения количества золы топлива.

Зольностью топлива называют относительное количество негорючего остатка, полученного сжиганием топлива при стандартных условиях. Зольность является условной характеристикой топлива, так как зависит от условий сжигания. При выполнении практических расчетов необходимо учитывать возможное изменение количества золы при сжигании топлива в топочной камере.

В расчетах количества горючих по выражению (2) необходимо учитывать потерю массы твердого остатка при разложении минералов. Для топлив с содержанием карбонатов свыше 2% условный состав принимают в виде:

Г + А_испр + (СО₂)_К + W = 100%

где А_испр – зольность без учета сульфатов, образовавшихся при разложении карбонатов, и с поправкой на сгорание серы колчедана.

где S_a – содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива, S_ст – содержание сульфатной серы в топливе, S_к – содержание колчеданной сера в топливе.

Для топлив, содержащих в большом количестве кристаллическую влагу (например, экибастузский уголь повышенной зольности), условный расчетный состав можно записать в виде:

Г + А + W_к + W = 100%

Где W_к – кристаллическая влага топлива.

Методы определения зольности бурых, каменных углей и антрацитов.

Зольность топлива определяется путем озоления в стандартных условиях навески аналитической пробы и определения массы зольного остатка. Для получения воспроизводимых результатов озоление топлива необходимо выполнять при достаточном доступе воздуха и при возможно низкой температуре для исключения глубоких превращений в минеральной части. С целью устранения влияния теплоты сгорания топлива на температуру озоления в муфельной печи (рисунок 10) используют небольшие массы пробы 10,1г. и взвешивание производят с точностью до 0,0002 г.

ГОСТом 11022-95 предусмотрено два варианта определения зольности: методом медленного и методом ускоренного озоления топлив. Если зольность, полученная в лаборатории для некоторых топлив по ускоренному и медленному методам, различается на величину, превышающую допустимые пределы, то эти топлива анализируются только по медленному варианту. Расхождение по параллельным пробам и по ускоренному и медленному методам не должно превышать следующих величин:

Зольность топлива, %	Допустимое расхождение, %
До 12	0,2
От 12 до 25	0,3
Более 25	0,5

Рисунок 10 – Печь муфельная

Метод медленного озоления топлива.

Аналитическую пробу топлива тщательно перемешивают, отбирают в предварительно, взвешенные, прокаленные и пронумерованные лодочки навески в количестве 10,1г и взвешивают с точностью до 0,0002 г. Тигли или лодочки с топливом помещают в холодную или разогретую до 300 °С муфельную печь, которую затем в течение 1 часа нагревают до 500 °С. Далее при этой температуре лодочки выдерживают в печи 30 мин. Затем нагревают печь до температуры 815 °С и прокаливают зольный остаток 1 час в закрытом муфеле. После прокаливания лодочки вынимают из муфеля, охлаждают 5 минут на воздухе, затем в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают. Контрольное прокаливание производится в течение 15 минут. Озоление заканчивают при изменении массы остатка менее чем на 0,001 г.

Метод ускоренного озоления топлива.

Ускоренное озоление в условиях лаборатории необходимо проводить, используя трубчатую печь (рисунок 11).

Рисунок 11 – Трубчатая печь

Трубчатую печь нагревают до температурв 815 °С. Навески аналитической пробы массой 10,1г. помещенные в лодочки, устанавливают в трубку в зоне пониженной температуры и выдерживают там 3 минуты при озозлении углей и 5 минут при озолении сланцев. Затем лодочки продвигают в печь в зону постоянной температуры со скоростью 2 см/мин.

Продолжительность озоления должна быть:

25 – 35 мин – для углей и антрацита;

20 – 25 мин – для бурых углей и горючих сланцев.

По окончании озоления лодочки вынимают из печи, охлаждают 5 минут на воздухе, затем в эксикаторе и взвешивают. Контрольное прокаливание производится в течение 15 минут. Озоление заканчивают при изменении массы остатка менее чем на 0,001 г.

Расчет зольности аналитической массы топлива при озолении медленным и ускоренным методами производят по выражению:

.

Зольность сухой массы и рабочей массы топлива рассчитывается, соответственно:

,

Порядок выполнения работы.

1. Составляют таблицу измерений:

№ лодочки	Масса лодочки, г.	Масса лодочки с топливом, г.	Масса лодочки с золой, г.
	m1	m2	m3

2. Взвешивают две лодочки на аналитических весах.

3. Аналитическую пробу тщательно перемешивают и отбирают в лодочки шпателем или ложечкой две навески массой по 10,1г. с помощью лабораторных технических весов. Затем взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002г.

4. Производят озоление топлива по медленному или ускоренному методу.

5. Рассчитывают зольность аналитической, сухой и рабочей масс топлива. Сравнивают результаты двух параллельных проб.

Указания по технике безопасности.

1. Тщательно ознакомиться с порядком проведения работы и инструкцией по технике безопасности.

2. Не включать самостоятельно печи, электрические приборы, не трогать их детали и не ремонтировать во время работы.

3. Устанавливать лодочки в печь и вынимать их из печи только с помощью специальных щипцов.

4. Не трогать лодочки руками при их остывании ранее 5 минут охлаждения на воздухе.

5. Не трогать оборудование, не имеющего отношения к данной работе.

Работа №4