4276

Внутренняя зола древесной биомассы является тугоплавкой, а внешняя

– легкоплавкой. Содержание внутренней золы стволовой древесины изменяется в пределах от0,2 до 1,17%.

Зольнлсть коры различных пород варьирует от 0,5 до 8% и выше при сильном загрязнении призаготовке или складировании.

Свойства золы играют большую роль в организации работы топочных устройств. Ее частички, уносимые продуктами сгорания, привысоких скоростях истирают поверхности нагрева, а при малых скоростях отлагаются на них, что ведет к ухудшению теплопередачи. Зола, уносимая в дымовую трубу способна нанести вред окружающей среде.

7.1 Приборы и оборудование

Тигли для сжигания из инертного материала глубиной от 10 до 20мм такого размера, чтобы на 1 см2 поверхности дна тигля масса пробы топлива не превышала 0,1г/см2. Муфельная печь, весы с точностью взвешивания до 0,1г, эксикатор без осушителя.

7.2Порядок выполнения работы

7.2.1Для определения зольности используют пробу, измельченную до размера частиц 1мм и менее.

7.2.2Определение зольности возможно на подготовленной аналитической пробе, включая одновременное определение содержания влаги в образце или на образце аналитической пробы, которая была предварительно высушена и хранилась абсолютно сухой перед взвешиванием в закрытом контейнере в эксикаторе.

7.2.3Подготавливают как минимум 2-е навески по 1г, взвешивают на весах с точностью до 0,1мг.

7.2.4Прокаливают путой тигель в муфельной печи при(550±10)оС не менее 60мин, дают остыть на жаростойких пластинах в течение 5-10мин и помещают в эксикатор. Когда тигль остынет до температуры окружающей среды, его взвешивают с точностью до 0,1мг и записывают массу.

7.2.5Перед началом определения аналитическую проду тщательно перемешивают и затем взвешивают. Пробу массой 1г помещают на дно тигля и разравнивают. Взвешивают тигель с пробой с точностью до 0,1мг и записы-

вают массу. Если аналитическая проба требует высушивания, то тигель с пробой высушивают в сушильном шкафу при температуре(105±10)оС, а затем взвешивают ( при нужной зольности для большей точности необходимо использовать больший размер выборки).

7.2.6Помещают наполненный тигель в холодную печь. Затем нагрева-

ют печь с тиглем следующим образом:

-печь нагревают равномерно до температуры (250±10)оС в течении 50 минут(т.е. увеличение температуры составляет +5оС/мин). Поддерживают температуру на этом уровне в течении 60мин, чтобы вышли летучие вещест-

ва до воспламенения); -продолжают равномерно нагревать печь до температуры (550±10)оС в

течении 60 мин (т.е. увеличение температуры составляет +5оС/мин) и поддерживают температуру на этом уровне не менее 120мин.

7.2.7Вынимают тигель с его содержимым из печи. Помещают тигель для охлаждения на толстую металлическую пластину на 5-10мин, затем переносят в эксикатор без осушителя для остывания до температуры окружающей среды. После взвешивают тигель с его содержимым с точночтью до 0,1 мг и записывают массу.

7.2.8Если возникает сомнение, что образец сгорел не полностью (на-

пример, при визуальном осмотре обнаружена сажа), то:

- либо тигель с его содержимым помещают в печь, нагретую до 550оС,

ипрокаливают 30мин, после чего взвешивают. Прокаливание повторяют до тех пор, пока изменение массы тигля с остатком не станет менее 0,2 мг;

- либо в тигель добавляют несколько капель воды, затем помещают в холодную печь, нагревают до температуры (550±10)оС и прокаливают в течение 30 мин, после чего взвешивают. Прокаливание повторяют до тех пор, пока изменение массы тигля не станет менее0,2 мг.

7.2.9Зольность на сухое состояние Аd,%масс, рассчитывают по форму-

ле

Где m1 - масса пустого тигля, г; m2 - масса тигля с пробой, г;

m3 - масса тигля с зольным остатком, г;

W3 - массовая доля влаги в аналитической пробе, %.

Результаты испытаний вычисляют до 0,01% и округляют до 0,1%. За окончательный результат испытаний принимают среднеарифметическое значение результатов двух паралельных определений.

Контрольные вопросы

1. Что понимается под зольностью твердого биотоплива?

2. Что такое внутренняя и внешняя зола?

3. Какое влияние оказывает зольность на работу топочных устройств?

4.В чем особенности зольности древесного топлива?

5.Какова зольность стволовой древесины? Влияет ли порода древесины на эту величину?

8 Определение выхода летучих веществ

При нагревании твердого топлива без доступа воздуха под воздействием высокой температуры (от 200 до 800оС) сначала выделяются водяные пары, а затем происходит термическое разложение молекул с выделением газообразных веществ, получивших название летучих веществ. Летучие вещества представляют собой продукты распада сложных органических веществ. В состав летучих входят: молекулярный азот N2 , кислород О2, водород Н2, окись углерода СО, углеводородные газы СН4, С2Н4 и т.д., а также водяные пары, образующиеся из влаги, содержащейся в топливе.

Химический состав летучих веществ зависит от условий процесса нагревания топлива. Сумма летучих относится только к горючей массе. Выход летучих из древесного топлива высок и составляет около 85 %. Летучие вещества оказывают блдьшое влияние на процесс горения топлива: чем больше выход летучих, тем ниже температура воспламенения и легче зажигание топлива и тем больше поверхность фронта пламени.

Твердая часть топлива, оставшаяся после выхода летучих, называется коксом. Он состоит в основном из углерода и минеральной части. Продукт коксования древесной биомассы – древесный уголь, который отличается высокой реакционной способностью.

Выход летучих веществ определяют как потерю массы навески за вычетом влаги при нагревании без доступа воздуха. Для уменьшения окисления топлива при нагревании доступ кислорода к пробе должен быть ограничен. Содержание влаги в аналитической пробе определяют одновременно с выходом летучих веществ.

8.1 Оборудование и проборы

Муфельная печь с электрообогревом, термопара, тигель, подставка для тиглей, весы с точностью взвешивания до 0,1г.

8.2Порядок выполнения работы

8.2.1Цилиндрический тигель с плотно прилегающей крышкой, изготовленный из кварцевого стекла (масса тигля с крышкой должна быть 10-

14г.) устанавливают на подставку для одного или нескольких тиглей и помещают в муфельную печь, предварительно нагретую до 900±10оС, и выдерживают при этой температуре 7 мин.

8.2.2Вынимают тигли из печи, остужают до комнатной температуры н

апластине из термостойкого материала и оставляют храниться в эксикаторе.

8.2.3В холодный пустой тигель помещают навеску массой 1,0±0,1 г, закрывают крышкой и взвешивают с точностью до 0,1 мг. Навеску распределяют по дну тигля ровным слоем.

8.2.4 Тигли с навесками, закрытые крышками, помещают на холодную подставку, затем переносят в муфельную печь, закрывают древцу печи и оставляют на 420±5 с.

8.2.5.Вынимают подставку с тиглями из печи и охлаждают до комнатной температуры на термостойкой пластине. После того как тигли остынут, взвешивают их с точностью до 0,1мг.

8.2.6Выход летучих веществ Vd , % из пробы, выраженный в процентах по массе на сухое состояние, вычисляют по следующей формуле

Где m1 - масса пустого тигля с крышкой, г;

M2 – масса тигля с крышкой и пробой до нагревания,г;

M3 – масса тигля с крышкой с пробкой и нелетучим остатком после нагревания,г;

Wа – массовая доля влаги в аналитической пробе,%, определяемая по ГОСТ Р 54211.

8.2.7 Содержание влаги в аналитической пробе определяется одновременно с выходом летучих веществ по ГОСТ Р 54192-2010.

Контрольные вопросы

1.Что представляют собой летучие вещества?

2.При каких условиях происходит образование летучих веществ?

3.Каков объем летучих веществ в древесном топливе?

4.Как влияют летучие вещества на возгорание топлива?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ГРАНУЛ. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ХРАНЕНИЯ БИОТОПЛИВА НА МЕХА-

НИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ.

1. Цель работы

Установить механическую прочность различных видов твердого биотоплива. Определить влияние условий хранения (температурно-влажностный режим) на механическую прочность древесных пеллет.

2. Общие положения

При транспортировке, хранении твердое биотопливо подвергается различного рода механическому воздействию, вследствие чего возможно его разрушение. В лабораторной работе проводятся испытания гранул и брикетов на механическую прочность. В данном случае прочность – это показатель стойкости прессованного топлива к ударному воздействию и/или истиранию в процессах обращения и транспортирования. В основе испытаний лежит метод предложенный в европейском стандарте EN 152101:2009

Сущность метода:

-испытуемую пробу подвергают контролируемому ударному воздействию путем столкновения гранул друг с другом и со стенками специального вращающегося испытательного яшика4

- прочность гранул рассчитывают, исходя из массы оставшейся после отделения стертых и мелких отсоединившихся частиц пробы.

3. Оборудование и приборы

Прибор для испытания гранул, сито с круглыми отверстиями диаметром 3,15 мм, пригодное для ручного просеивания, весы с наибольшим пределом взвешивания 2 кг, позволяющие взвешивать пробу с точностью отсчета до 0,1 г.

4.Порядок выполнения работы

4.1Отбирают пробу материала. Масса пробы не должна быть менее 2,5 кг. Разделяют пробу на 4-е равные части. Берут одну часть пробы для определения содержания общей влаги.

Взвешивают две из оставшихся частей пробы и затем посредством ручного просеивания отделяют частицы, проходящие через отверстия сита, равные 3,15 мм. Просеивание должно осуществляться таким образом, чтобы от-

Рисунок ЗЗЗЗ - Конструкция и размеры прибора для испытания гранул

4.4После указанного количества вращений пробу извлекают и просеивают вручную через сито.

Просеивание существляют таким образом, чтобы мелкие частицы отделялись, но образования новых мелких частиц не происходило. Этого обычно достигают, если пробу встряхивают круговыми движениями 5-10 раз на сите. При использовании другого оборудования процедура и масса пробы могут быть уточнены.

Просеивание должно быть проведено полностью. Пробу, оставшуюся на сите, взвешивают. Рассчитывают процентное содержание целых частиц (частиц, оставшихся на сите).

4.5Механическую прочность гранул рассчитывают по следующей фо-

муле

Du = ×100.

где Du - механическая прочность,%;

mE – масса предварительно просеянных гранул перед обработкой переворачиванием,г;

mA – масса просеянных гранул после обработки переворачивани-

ем, г.

Результат рассчитывают до второго десятичного знака и средне арифметическое значение округляют до 0,1%.

Выводы

Сделать вывод о показателе прочности прессованного твердого биотоплива, указать, в чем практическое значение показателя, а также как влияют условия хранения на механическую прочность.

Контрольные вопросы

1.Что понимают под механической прочностью древесных пеллет?

2.Как определяется показатель прочности древесных пеллет?

3.Для каких целей определяются показатели прочности древесных

пеллет?

ДЕЛОВАЯ ИГРА

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДРЕВЕСИНЫ

1. Цель работы

Научиться определять теплотехнические характеристики древесного топлива различных состояний.

2. Общие положения

Древесная биомасса, как твердое органическое топливо характкризуется элементарным составом, который условно можно представить как сумму всех химических элементов и соединений, входящих в топливо. При этом их содержание дается в процентах к массе 1 кг топлива. Для твердрго топлива элементарный состав можно записать следующим образом:

C + H + O + N + A + W = 100%.

Где С, Н, O, N – содержание в древесной массе соответственно углерода, водорода, кислорода и азота, %;

A.W – содержание в топливе золы и влаги, %.

При изучении технических характеристик твердого древесного топлива различают его рабочую, сухую, горючую массу. Составу каждой массы присваивается соответствующий индекс: рабочей – р; сухой – с; горючей –г.

Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю и подвергается сжиганию, называется рабочим, а масса и ее элементарный состав – соответственоо рабочей массой и рабочим составом.

Элементарный состав рвбочей массы записывается следующим обра-

зом:

Cр + Hр + Oр + Nр + Aр + Wр = 100%.

Сухая масса топлива представляет собой биомассу, высушенную до абсолютно сухого состояния. Ее составвыражается уравнением:

Cс + Hс + Oс + Nс + Aс = 100%.

Горючая масса топлива – это биомасса, из которой удалены влага и зо-

ла. Ее состав определяет уравнение:

Cг + Hг + Oг + Nг = 100%.

В горючую часть древесного топлива входит углерод и водород. При сжигании1 кг углерода выделяется 33,65 МДж (8031 ккал/кг), водорода -

141,5 Мдж (33770 ккал/кг).

Негорючие элементы в технических характеристиках топлива составляют его балласт, при этом кислород и азот принято называть внутренним балластом, а золу и влагу – внешним.

Элементарный состав горючей массы стволовой древесины практически одинаков для всех пород. Как правило, варьирование содержания отдельных компонентов горючей массы стволовой древесины находится в пределах погрешности технических измерений. На основании этого при теплотехнических расчетах, наладке топочных устройств, сжигающих стволовкю древесину можно без большой погрешности принимать следующий состав стволовой древесины на горючую массу:

Сг = 51%, Нг = 6,1%, Ог = 42,3%, N = 0,6%.

Формула пересчета с рабочей массы на сухую имеет вид:

Наиболее важной характеристикой топлива является теплота сгорания, которой называют количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива в кДж/кг (ккал/кг), 1ккал = 4,19 кДж. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая теплота сгорания – это количество тепла, выделившееся при сгорании 1 кг биомассы при полной конденсации паров, образовавшихся при горении, с отдачей ими тепла, израсходованого на их испарение ( так называемой скрытоц теплоты парообразования.) Высщшая теплота сгорании

определяется по формуле Д.И. Менделеева (кДж/кг):

= 339 C + 1256 H – 109 O.

При сжигании топлива в топках котлов уходящие газы имеют температуру, при которой влага находится в парообразном состоянии. Поэтому в этом случае применяют низшую теплоту сгорания, которая не учитывает теплоту конденсации водяных паров.

Низшая теплота сгорания – количество тепла, выделившееся при сгорании 1 кг биомассы, без учета тепла, израсходованного на испарение влаги, образовавшейся при сгорании этого топлива

= 339 Ср + 1256 Нр -109 Ор – 25,14 (9 Нр + Wр).

Теплота сгорания стволовой древесины зависит только от двух величин: зольности и влажности. Низшая теплота сгорания горючей массы стволовой древесины практически постоянна и равна 18,9 МДж/кг (4510 ккал/кг).

Выполнение работы

Каждый студент получает задание и производит индивидуальный расчет. Примеры заданий:

1.Определить состав рабочей массы топлива, содержание горючей массы ко-

торого равно:

Сг = 75.5%, Нг = 5,5%, Ог = 17,04%, Nг = 1.6% Aг = 10%. Wг = 15%.

2.Определить состав сухой массы топлива, если оно имеет следующую ра-

бочую массу:

Ср = 51.5%, Нр = 5,5%, Ор = 16.7%, Nр = 1.3% Aр = 10%. Wр = 15%.

3.Определить, как изменится состав топлива при его увлажнении до20 %, если состав его сухой массы равен:

Сс = 50%, Нс = 6,1%, Ос = 33,3%, Nс = 0.6% Aс = 10%.

4.Расчитать высшую теплоту сгораниятоплива, если его сухая масса имеет с Сс = 50%, Нс = 6,1%, Ос = 33,3%, Nс = 0.6% Aс = 10%.

5.Рассчитать низшую теплоту сгорания топлива, если его рабочая масса име-

ет следующий состав:

Ср = 51.5%, Нр = 5,5%, Ор = 16.7%, Nр = 1.3% Aр = 10%. Wр = 15%.

Выводы

По результатам работы делаются выводы о влиянии влажности и зольности топлива на его теплотехнические характеристики.