4407
.pdf
-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.
6.2 Порядок выполнения работы
6.2.1 Подготовить 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
(BD)d = |
|
, |
|
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
(BD)r =(BD)d |
, |
|
|
|
|
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
массе 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.
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
взакрытом 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 записывают 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 нагревают 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 вещества 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 (например, 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.
7.2.9 Зольность на сухое состояние Аd,%масс, рассчитывают по
формуле |
|
|
Аd = |
100 |
, |
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.
8.2 Порядок 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.
8.2.4Тигли 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.
8.2.6 Выход летучих веществ Vd , % из пробы, выраженный в процентах по массе на сухое состояние, вычисляют по следующей формуле
Vd = |
|
|
|
, |
|
|
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 МЕХАНИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ.
1. Цель работы
Установить механическую прочность различных видов твердого биотоплива. Определить влияние условий хранения (температурновлажностный 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 отделялись мелкие частицы, а образование новых мелких частиц не происходило. Этого обычно достигают, если пробу массой 1-1,5кг встряхивают круговыми движениями 5-10 раз на сите диаметром 40 см. При использовании другого оборудования процедура и масса пробы для испытания могут быть уточнены.
Определяют количество гранул, оставшихся на сите, и количество частиц, проходящих через сито с отверстиями 3,15 мм, в испытуемой пробе в процентах по массе.
4.2На испытуемой пробе проводят не менее двух испытаний.
4.3Берут часть пробы массой (300±10)г. Для гранул диаметром более 12мм допускается масса пробы (300±50) г. Помещают испытуемую часть пробы просеянных гранул, взвешенных с точностью до 0,1 г, в устройство с вращающимся ящиком. Ящик с пробой вращают со скоростью (30±2) об/мин
иосуществляют 500 вращений. После указанного количества вращений пробу извлекают и просеивают вручную через сито.