книги из ГПНТБ / Авдеева А.А. Контроль топлива на электростанциях

Зольность испытуемого топлива Л а вычисляют по фор-

Расхождения между результатами двух параллельных определений не должны превышать следующих величин:

ний, не выходящих за допустимые пределы расхождений.

Глава восьмая

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДА ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ

И СПЕКАЕМОСТИ ТОПЛИВА

8-1. ЛЕТУЧИЕ ВЕЩЕСТВА И НЕЛЕТУЧИЙ ОСТАТОК ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

При нагревании сухого твердого топлива без доступа воздуха происходит частичное разложение его органиче­ ской и минеральной части с образованием парообразных и газообразных продуктов, называемых летучими вещест­ вами.

Парообразная часть летучих веществ состоит в ос­ новном из конденсирующихся углеводородов, представ­ ляющих собой группу маслянистых и смолистых веществ. В некотором количестве в них содержатся пары воды пирогенетического происхождения (вода разложения). Газообразная часть летучих веществ состоит из углево­ дородных газов предельного и непредельного ряда, водо­ рода, окиси и двуокиси углерода и в меньшей мере неко­ торых других соединений. Следует подчеркнуть, что ле­ тучие вещества не содержатся в топливе, а образуются

при его нагревании, поэтому при их определении говорят

Образующийся в ходе процесса термического разло­ жения нелетучий остаток называется в зависимости от

рый уголь, антрацит, полуантрацит и некоторые виды ка­ менного угля образуют порошкообразный нелетучий (коксовый) остаток, в связи с чем их относят к катего­ рии неспекающихся топлив. Каменные угли средней сте­ пени углефикации (марок П, К, ПС) образуют коксовый остаток более или менее плотной структуры и относятся к категории спекающихся углей. Более молодые камен­ ные угли (марок Д и Г) дают слабо слипшийся коксовый остаток, так же как и угли с высокой степенью углефи­ кации (марка Т) .

Таким образом, свойство топлив спекаться проявляется «а опре­ деленной стадии их углефикации. Оно обусловлено спецификой со­ става их органической массы, переходящей при нагревании без до­ ступа воздуха через пластическое состояние. Появление пластическо­ го состояния является результатом процесса пептизацяи, когда одна часть органической массы угля расплавляется и пропитывает осталь-

ную неплавкую ее часть, которая в свою очередь набухает и пере­ ходит в полужидкое состояние. Температура, при которой уголь становится пластическим, называется температурой размягчения угля.

При дальнейшем повышении температуры в результате образо­ вания и выделения летучих веществ пластическое его состояние сно­ ва сменяется твердым и уголь претерпевает усадку. Прочность обра­ зующегося коксового остатка зависит от соотношения плавких и неплавких компонентов в органической массе угля, свойств этих ком­ понентов, а также от условий, в которых производится нагревание угля.

Показатели выхода летучих веществ и спекаемости топлива являются одними из основных при определении рациональных путей его использования, они положены в основу промышленной классификации органических топлив. Эти показатели необходимы для выбора рацио­ нального способа подготовки и сжигания топлива. В ча­ стности, их учитывают при расчете и конструировании топочных устройств, при выборе тонкости размола то­ плива.

8-2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫХОДА ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ

Определение выхода летучих веществ связано с ря­ дом трудностей. Выход летучих веществ зависит прежде всего от температуры нагрева, увеличиваясь с ее повы­ шением за счет более глубокого разложения топлива; он зависит также от скорости нагрева: с ее увеличением выход летучих возрастает. На величину выхода летучих влияют также время выдержки, величина навески, тол­ щина слоя топлива, масса и теплопроводность тигля, в котором находится проба, степень измельченное™ про­ бы и др. Следовательно, чтобы получить воспроизводи­ мые результаты, необходимо стандартизовать эти усло­ вия, что, однако, довольно сложно.

В отдельных случаях анализ усложняется вследствие зыгорания топлива, так как полностью предохранить назеску от контакта с воздухом не всегда удается. При большом выходе летучих веществ выгоранием можно пренебречь, так как летучие вещества в момент их выде­ ления защищают нелетучий остаток от выгорания. При малом же выходе летучих выгорание становится замет­ ным. Вследствие этого уже для тощих углей обычный метод определения летучих дает искаженные результаты, а для антрацитов и коксов — совершенно неверные.

В этом случае анализ необходимо проводить в специ­ альных условиях, например, нагревать пробу в атмосфе­ ре азота, что сильно усложняет работу.

Искажение результатов может быть вызвано также присутствием в навеске минеральных примесей, разложе­ ние которых влияет на величину выхода летучих веществ. С увеличением зольности и уменьшением выхода летучих искажающее действие минеральных примесей становится все более существенным и в конечном итоге может со­ вершенно обесценить результаты определения. Введение поправок на разложение минеральных примесей затруд­ нительно и также усложняет анализ.

Присутствие в навеске влаги в большинстве случаев допустимо, так как поправка на нее определяется срав­ нительно просто. Однако при высоких температурах вода окисляет органическое вещество и связанная с этим ошибка анализа может быть заметной. Поэтому иногда для определения выхода летучих берут полностью высу­ шенные навески.

Основная масса летучих веществ образуется при на­ греве топлива до 800—850 °С. При дальнейшем повыше­ нии температуры выход летучих увеличивается незначи­

каменных углей и антрацитов эта разница достигает 5%. В связи с относительно небольшой разницей и с учетом трудности получения в лабораторных уел эвиях более вы­

должна быть зона с устойчивой температурой, контроли­ руемой с помощью термоэлектрического пирометра. Го­ рячий спай термопары должен находиться около 5 мм от дна тигля и около 15 мм от пода печи.

Выделение основной массы летучих веществ заканчи­ вается через 6—7 мин нагрева при температуре 850 °С. Дополнительная выдержка топлива при этой температуре увеличивает выход летучих лишь незначительно. Однако в этом случае увеличивается вероятность выгорания угле­ рода кокса, вследствие диффузии кислорода к топливу, усиливающейся при уменьшении выхода летучих ве-

ществ. Поэтому стандартный метод предусматривает про­ должительность нагрева топлива точно 7 мин.

Для определения выхода летучих веществ применяют фарфоровые или кварцевые тигли с притертыми крышка­ ми высокой формы № 3. Новые тигли и крышки должны быть предварительно пронумерованы, прокалены до по­ стоянной массы, взвешены и должны храниться в экси­ каторах с осушающими веществами. Притирка крышек, производимая на станке или вручную при помощи влаж­ ного корундового порошка, должна проводиться до обра-

Рис. 8-2. Подставка для тиглей.

D

зования желобка на внутренней их поверхности. Дл я установки тиглей в муфельную печь применяют подстав­ ки из нихромовой проволоки или из листовой жаростой­ кой стали (рис. 8-2). Размеры ячеек в подставках долж­ ны быть такими, чтобы расстояние между дном тигля и подом печи составляло около 20 мм.

8-3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДА ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ БУРЫХ И КАМЕННЫХ УГЛЕЙ И АНТРАЦИТОВ

Определение выхода летучих веществ проводится по ГОСТ 6382-65. Аналитическую пробу топлива, отобран­ ную с соблюдением всех правил, помещают в количестве 1±0,01 г в предварительно взвешенные тигли. Навески бурых углей перед испытанием брикетируют с помощью лабораторного калориметрического пресса. Полученный брикет взвешивают в тигле, уточняя взятую для анализа навеску угля. Тигли с навесками, закрытые крышками, устанавливают на подставке и помещают возможно бы­ стрее в зону устойчивой температуры муфельной печи (см. рис. 7-1), предварительно нагретой до температуры 860 °С. Термопару устанавливают в муфельной печи так, чтобы горячий ее спай находился на расстоянии 10— 20 мм от пода печи в середине зоны с устойчивой темпе­ ратурой 850±10°С. В закрытой печи тигли выдерживают точно 7 мин. Температура, понизившаяся при установке

ществ V а по одной аналитической пробе не должно пре вышать: для топлива с выходом летучих веществ менее 9%—0,3%; для топлива с выходом летучих веществ от 9 до 45%—0,5%; для топлива с выходом летучих ве­ ществ 45% и более—1,0%.

8-4. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕЛЕТУЧЕГО ОСТАТКА

Характер нелетучего остатка в лабораторных усло­ виях устанавливают по его внешнему виду и прочности. Нелетучий остаток, полученный в тигле после определе­ ния выхода летучих веществ, характеризуют в соответ­ ствии с ГОСТ 6382-65 по следующей классификации:

порошкообразный; слипшийся — при легком нажиме пальцем рассыпает­

8-5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДА ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

По ГОСТ 12270-66 навеску сланца 1±0,1 г, взвешен­ ную с погрешностью, не превышающей ±0,0002 г, по­ мещают в стакан, доливают в него 20—30 мл соляной кислоты (для освобождения навески сланца от двуокиси углерода карбонатов), нагревают до кипения (не допу­ ская кипячения), фильтруют и промывают горячей водой 3 раза под вакуумом в колбу Бунзена через тигель Гуча.

Открытый тигель с осадком и крышку тигля высуши­ вают в сушильном шкафу до постоянной массы при 105— 110°С. Закрытый тигель с осадком устанавливают на подставке и помещают возможно быстрее в зону устой­ чивой температуры муфельной печи.. В закрытой печи

тигель выдерживают 7 мин при температуре 850±10°С. Затем подставку с тиглем вынимают, тигель охлаждают сначала на воздухе около 5 мин, не снимая крышки, а затем в эксикаторе до комнатной температуры и взве­ шивают.

Выход летучих веществ в аналитической пробе Vа вычисляют по формуле

Расхождение между результатами двух параллель­ ных определений Vа не должно превышать 0,5%.

Глава девятая

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ

ТОПЛИВА

9-1. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ КАК О С Н О В Н А Я ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВА

Под удельной теплотой сгорания понимают количест­ во тепловой энергии, выделяющееся при полном сгорании единицы массы в случае твердого или жидкого топлива или единицы объема в случае газового топлива. Теплота сгорания выражается в джоулях на единицу массы (или единицу объема в нормальных условиях) в международ­ ной системе единиц СИ либо в калориях на единицу массы (или объема) топлива К При этом под калорией понимается количество тепла, потребное для нагревания одного грамма (малая калория) или 'килограмма (боль­ шая калория) воды от 19,5 до 20,5°С при атмосферном давлении. Одна калория равна 4,187 джоулей, соответст­ венно 1 ккал = 4,187 кдж. Применительно к твердому то­ пливу в зависимости от того, к какому состоянию или

1 Под объемом газа в нормальных условиях понимают объем, который занимает газ при температуре О °С и давлении 760 мм рт, ст.