4276

Подготовленные пробы необходимо герметично упаковать для последующего использования.

6. Контрольные вопросы

1.В чем различие точечной пробы от общей пробы?

2.Учитывается ли однородность партии топлива при определении количества точечных проб?

3.В чем заключается основная задача при сокращении пробы? 4.В чем особенности обтора проб из штабеля?

5.Какие способы сокращения проб известны?

6.Какие факторы учитываются при определении массы лабораторной пробы?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДРЕВЕСНЫХ ФОРМ ТОПЛИВА

1. Цель работы

Изучить основные технические характеристики древесных форм топлива, а также получить практические навыки для их определения.

Примечание - Другие показатели, представляющие интерес, определяют по нормативным документам на методы их испытаний.

3. Содержание работы

3.1. Определение содержание общей влаги в разных видах биотоплива 3.2.Определение гранулометрического состава биотоплива 3.3.Определение насыпной плотности биотоплива.

3.4. Определение зольности твердого биотоплива. 3.5 Определение выхода летучих веществ.

4. Определение содержание общей влаги в разных видах биотоплива

Содержание влаги в древесном топливе сказывается на его свойствах: при увеличении ее содержания теплотворные способности биотоплива снижаются. Содержание влаги в древесном топливе различно, так в гранулированном топливе – 10…12%, в древесной щепе и опилках может сильно колебаться в зависимости от множества факторов, например, времени года, климатических условий, особенностей хранения и т.д., и варьиркет от 10 до 50% и более.

Метод определения содержания влаги в биотопливе прописан в

-ГОСТ Р 54186-2010 Биотопливо твердое. Определение содержания влаги высушиванием Часть1. Общая влага. Стандартный метод.

-ГОСТ Р 54192-2010 Биотопливо твердое. Определение содержания влаги высушиванием Часть2. Общая влага. Ускоренный метод.

-ГОСТ Р 54186-2010 Биотопливо твердое. Определение содержания влаги высушиванием Часть3. Влага аналитическая.

-ГОСТ Р 54187-2010 Биотопливо твердое. Отбор проб. Общие требования.

При выполнении лабораторной работы используются следующие термины и определения:

-общая влага Wt - общее содержание внешней влаги и влаги воздушносухого состояния топлива;

-влага внешняяWex - часть общей влаги топлива, которая удаляется при его высушивании до воздушно-сухого состояния;

-влага воздушно-скхого состояния топливаWh - часть общей влаги топлива, которая остается в нем после высушивания до воздушно-сухого состояния.

4.1 Оборудование и приборы

Совок, герметичный пакет, сушильный шкаф с терморегулятором, лабораторные весы с точностью до 0,1г, лоток для взвешивания пробы из термо- и коррозионно-стойкого материала или бюкс.

4.2Порядок выполнения работы

4.2.1Произвести заготовку лабораторной пробы: для этого совком насыпать исследуемое биотопливо в герметичный пакет, масса пробы должна быть не менее 300г., но желательно более 500г. Для образцов с номинальным верхгним размером свыше 100мм масса пробы должна быть 1-2кг.

4.2.2Взвешивают пустой чистый лоток или бюкс.

4.2.3На взвешенный пустой чистый лоток помещают образец из тары и распределяют ровным слоем примерно 1г топлива на 1 см2 площади поверхности лотка.

4.2.4Взвешивают лоток с образцом и помещают в сушильный шкаф, нагретый до 105±2 оС. Сушат лоток с образцом до постоянной массы. Постоянство массы означает, что изменения не превышают 0,2% общей потери массы придальнейшем нагревании в течении не менее 60 минут. Требуемое время высушивания зависит от размера частиц образца, скорости обмена воздуха в сушильном шкафу, толщины слоя образца и т.д.

4.2.5Твердые биотоплива гигроскопичны, поэтому лоток с высушенным материалом должен быть взвешен в течении 10-15 с после удаления из шкафа, пока он еще горячий, для предотвращения адсорбции влаги. Для защиты весов от прямого контакта с горячей посудой используют теплоизоляционный материал на весах. Для предотвращения потери летучих веществ время сушки обычно не должно превышать 24часа.

4.2.6Массовую доля общей влаги расчитывают на рабочее состояние топливаWrt. % по формуле

Где m1 – масса пустого лотка,г;

m2 – масса лотка с образцом до высушивания,г;

Результат вычисляют с точностью до 0,015 и округляют до 0,1%.

5 Определение гранулометрического состава биотоплива

Настоящая лабораторная работа выполняется на основании ГОСТ Р 54189-2010 Биотопливо твердое. Определение гранулометрического состава. Часть2. Метод с применением вибрационного сита с размером отверстий 3,15 мм и менее.

ГОСТ Р 54189-2010 Биотопливо твердое. Определение гранулометрического состава. Часть1. Метод ситового анализа на плоских ситах с размером отверстий 3,15 мм и более.

Вданной лабораторной работе применяется термин-номинальный верхний размер- это размер ячейки сита, через которое проходит по крайней мере 95% массы материала.

Сущность метода – метод основан на ручном или механическом просеивании материала через горизонтальные колеблющиеся сита и рассортировке его частиц по классам крупности в убывающей последовательности.

Взависимости от характеристики испытуемого материала выбираются сита с различными величинами ячеек (3,15; 16; 45; 63мм). Для материалов с номинальным предельным размером более 10 мм применяется набор сит с ячейками круглой или прямоугольной формы с минимальной эффективной площадью просеивания 1200см2 . Рама сита должна иметь высоту, позволяющую вместить образец и обеспечивающий свободное перемещение образца в процессе просеивания.

Если материал имеет номинальный предельный размер менее 10 мм, допускается применение сит с эффективной площадью менее1200см2. Метод основан на механическом рассеве материала. Для дальнейшей сортировки по размерам частиц фракции, прошедшей сито с размером ячейки 3,15мм рекомендуют сита с сетками размером:

-3,15мм – с круглыми отверстиями; -2,5 мм – из проволочной сетки; -2,0 мм – из проволочной сетки; -1,4 мм – из проволочной сетки;

-1,0 мм – из проволочной сетки ; -0,5 мм – из проволочной сетки -0,25 мм – из проволочной сетки.

В данном случае используется набор сит круглой или прямоугольной формы с минамальной эффективной площадью просеивания 250 см2.

1 - направление увеличения диаметра отверстий; 2 - загрузка испытуемого материала; 3 - направление движения материала

Рисунок 3 - Принцип операции просеивания

5.1 Оборудование и приборы

Набор сит с ячейками различных размеров; сборные лотки или поддоны для взвешивания материала каждого из класса крупности; плоская щетка для очистки ячеек; весы с точночтью взвешивания до 0,01г.

5.2 Порядок выполнения работы

5.2.1Подготовка проб. Для биотоплива мелких классов, где 100% частиц проходят через сито с отверстиями диаметром 45 мм, объем выборки может быть менее 4 литров, для более крупных классов не менее 8 литров. При испытании топлива через сита с ячейками 3,14 мм и менее минимальная масса испытуемого образца должна составлять 50г. В зависимости от размера сит испытуемый образец может быть разделен на несколько частей, которые просеиваются последовательно одна за другой.

Размер образца должен быть таким, чтобы высота наполнения верхнего сита никогда не превышала 5 см.

5.2.2Содержание влаги в пробе для просеивания должно быть менее 20% в целях предотвращения слипания частиц или потери влаги в процессе просеивания. Массовая доля влаги определяется и фиксируется одновременно с проведением ситового анализа.

5.2.3Сито с наибольшим диаметром отверстий помещают на сборный лоток. Взвешивают испытуемый образец с точностью до 0,1г, для сит с от-

верстиями 3,15 мм и менее с точностью до 0,01г.. Распределяют образец или его часть ровным слоем на сите и начинают просеивание. Просеивать надо до тех пор пока наблюдается прохождение частиц через сито, затем процедуру прекращают.

При использовании сит меньшей площади для удобства можно просеивать на двух или больше ситах.

5.2.4Частицы, прошедшие через сито, собирают в сборный лоток. Распределяют содержимое сборного лотка ровным слоем по ситу с меньшим диаметром отверстий и повторяют операцию.

5.2.5После просеивания материала через сито с наименьшим диаметром отверстий взвешивают содержимое каждого из сит и сборного лотка с точностью до 0,1г и записивают полученные данные по схеме в таблицу. В случае, когда частица застревает в орверстии сита, ее следует извлечь и добавить к фракции, которая остается на этом сите (как если бы она на прошла в отверстие).

5.2.6Все частицы размером более 100мм (максимальный размер) должны быть вручную отсортированы в одну фракцию или более, независимо от того, с какогосита или сборного лотка они были собраны.

5.2.7При просеивании некоторые из тонких частиц, которые по длине превышают диаметр отверстия, проидут сито и смешаются с частицами меньшей по размеру фракции. Большинство этих частиц должны оставаться в этой фракции. Только частицы, длина которых превышает 100 мм, должны быть отсортированы вручную независимо от того, с какого из сборных лотков они были собраны.

5.2.8Для уменьшения прилипания частиц к бортам сита из-за статического электричества необходимо обрабатывать поверхность щеткой из медной проволоки.

5.2.9Результаты анализа заносят в таблицу

Таблица 6 – Результаты анализа гранулоиетрического состава

лоток

Общая масса 100% всех фракций

Прочие данные

Общая масса испытуемого образца,г

Количество частиц, превышающих по длине, мм

Разница между общей массой пробы и общей массой всех фракций (гр.6) в процентах от общей массы испытуемого образца

Массовая доля влаги в испытанном образце,%

6. Определение насыпной плотности биотоплива твердого

Настоящая лабораторная работа выполняется на основании ГОСТ Р 54191-2010 Биотопливо твердое. Определение насыпной плотности.

Насыпная плотность является одним из основных качественных параметров при поставках биотоплива по объему и определяет энергетическую ценность топлива. Исходя их величины насыпной плотности, определяют условия хранения и транспортировки биотоплива.

Для определения насыпной плотности применяют контейнеры объемом 5 или 50л. Рассмотриваемый стандарт не распрастраняется на некоторые виды биотоплива из-за ограниченного объема этих контейнеров. К таким видам относятся древесные поленья, измельченная кора, большие брикеты и др. Насыпная плотность этих биотоплив может быть раачитана по их массе и объему контейнеров или кузовов автомобилей, в которых перевозится данное топливо.

Рекомендуется проводить определение насыпноц плотности с использованием ударного воздействия на материал. Это объясняется тем, что:

-Во-первых, происходит сокращение объема топлива из-за эфекта уплотнения материала, которое имеет место быть в процессе производственной цепочки. Это явление объясняется тем, что топливо обычно транспортируется и/или складируется в контейнерах или силосах, которые намного больше, чем измерительный контейнер. На практике, большая масса груза приводит к повышенному давлению груза и оседанию топлива, которое может быть дополнительно усилено вибрациями во время транспортировки.

-Во-вторых, на практике припогрузке или разгрузке обычно используют больщую высоту падения, чем при проведении анализа.

-В-третьих, материал уплотняется сильнее из-за увеличивающегося воздействия кинетической энергии частиц.

Метод с применением контролируемого удара позволит наиболее достоверно определить насыпную плотность. Это особенно актуально, когда масса доставляемого топлива должна быть оценена по объему загрузки автомобиля (в котором осуществляется транспортировка), что является единой процедурой во многих странах.

Высокой насыпной плотностью считается плотность более 180 кг/м3, низкой насыпной плотностью – менее 180 кг/м3.

6.1 Оборудование и приборы

Стандартные контейнеры, весы с точностью взвешивания до 1г, брусок из древесины твердых пород длиной около 600мм с поперечным сечением 50×50 мм, плоская деревянная отшлифованная доска толщиной около 15мм, Брусок с делениями, для определения высоты положения контейнера.

6.2Порядок выполнения работы

6.2.1Подготовить для испытания контейнер, внешний вид и размеры которого должны удовлетворять требованиям ГОСТа и предназначен для топлива с номинальным верхним размером кусков до 12мм и диаметром частиц, не превышающим 12мм. Внешний вид представлен на рисункеЪЪ. Это контейнер цилиндрической формы из ударопрочного материала с гладкой поверхностью, устойчивый к деформации для предотврацения изменений формы и объема, водонепроницаемый, с наружными захватами для облегчения работы и с соотношением высоты и диаметра в пределах от 1,25 до 1,50.

Рисунок 4 - Измерительный контейнер (малый)

Малый контейнер объемом (5±0,1) л (допускаемое отклонение ± 2% от номинального объема) с внутренним диаметром 167мм и внутренней высотой 228мм. Отклонение от этих параметров допустимо, если соотношение высоты и диаметра соответствует выше указанному.

Контейнер объемом(50±1)л с внутренним диаметром 360мм и внутренней высотой 491 мм (при соотношением высоты и диаметра в пределах от 1,25 до 1,50) применяется для топлива всех видов.

6.2.2Подготовить весы, брусок из древесины твердых пород длиной около 600мм с поперечным сечением 50×50 мм для удаления излишка материала с поверхности контейнера, прочный брус из твердого дерева с нанесенной отметкой в 150 мм для определения высоты, с которой сбрасывают контейнер; плоскую отщлифованную доску толщиной около 15мм и достаточных размеров, чтобы контейнер свободно поместился на ней при сбрасывании.

6.2.3Произвести отбор проб. Объем пробы должен превышать объем контейнера на 30%. Влага пробы должна быть равномерно распределена внутри пробы для предотвращения потери влаги.

6.2.4Пред использованием контейнера определяют его массу и объем. Взвешивают пустой, чистый и скхой контейнер на весах. Затем полностью заполняют контейнер водой и добавляют несколько капель смачивающего

вещества (например, жидкое мыло) и снова взвешивают его. Вода должна иметь температуру 10-20оС.

Затем расчитывают объем контнйнера (V) с учетом веса нетто воды и плотности воды 1000кг/м3 и записывают результаты с точночтью до

0,000001м3.

6.2.5В контейнер засыпают образец материала с высоты от 200мм до300мм над верхним краем контейнера, пока не образкется конус максимально возможной высоты.

6.2.6Заполненный контейнер встряхивают для равномерного распределения материала. Для этого его сбрасывают с высоты от 150мм на деревянную доску, которую размещают на ровном жестком полу. Убедиться, что доска плотно прилегает к полу. При столкновении с доской контейнер должен находиться в вертикальном положении. Повторяют данную процедуру 2 раза. Затем заполняют пустое пространство в контейнере в соответствии с п.

6.2.5.Для правильного определения расстояния между доской и заполненным контейнером необходимо его поместить на высоту бруса в 150мм.

6.2.7Затем заполняют пустое пространство в контейнере в соответствии с п. 6.2.5. Удаляют излишек материала с помощью небольшого бруска вращающими движениями по поверхности контейнера. Если образец из грубого материала и его частицы не дают бруску свободно двигаться, то их удаляют вручную. При удалении большого количества материала вновь заполняют пространство контейнера и вновь проводят процедуру удаления.

6.2.8Взвешивают контейнер.

6.2.9Смещивают использованный материал с неиспользованным материалом и повторяют измерения согласно п.6.2.5-6.2.8.

6.2.10 Насыпную плотность образца (BD)d, выраженную в кг/м3 на рабочее состояние топлива, расчитывают по формуле

Где m1 – масса пустого контейнера кг,

m2 – масса заполненного контейнера, кг; V – чистый объем контейнера, м3.

Результат каждого отдельного определения вычисляют и округляют до первого десятичного знака после запятой, а среднюю насыпную плотность –

как среднеарифметическое значение насыпной плотности и округляют до 10 кг/м3.

6.2.11 Насыпная плотность (BD)r, выраженную в кг/м3 на сухое состояние топлива, рассчитывают по формуле

Где Wrτ- массовая доля общей влаги, %масс. Контрольные вопросы

1.Как влияет влажность на насыпную плотность?

2.Как влияют размеры частиц древесного топлива на его насыпную плотность?

3.Какое практическое значение для древесного топлива имеет величина его насыпной плотности?

7 Определение зольности твердого биотоплива

Выполнение данной лабораторной работы производится в соответствии с ГОСТ Р 54185-2010 биотопливо твердое. Определение зольности.

Зольность, сухое состояние – это отношение массы твердого неорганического остатка, образующегося после полного сгорания топлива в определенных условиях, к массе сухого вещества, выраженное в процентах.

Сущность метода заключается в том, что зольность определяют по мас-

се остатка, образовавшегося после сгорания топлива при температеру

550±10оС.

Зола подразделяется на внутреннюю, содержащуюся в древесинном веществе, и внешнюю, попавшую в топливо при заготовке, хранении и транспортировании биомассы. В зависимости от вида зола имеет различную плавкость при нагревании до высокой температуры. Легкоплавкой называется зола, имеющая температуру начала жидкоплавкого состояния ниже 1350оС.,Среднеплавкая 1350-1450оС, тугоплавкая – выше 1450оС.