книги из ГПНТБ / Авдеева А.А. Контроль топлива на электростанциях
.pdfРис. 9-8. Схема прибора для определения объема калориметрической бомбы.
/ • • напорная |
склянка; 2 — калориметрическая |
бомба; |
3, 4 — ниппели; 5 — колба. |
Г7 |
Киаспяному і |
|
JSJ |
• і |
насосу |
три — четыре поворота впускной вентиль бомбы и зажим на соединительной трубке. При этом вода из напорной
склянки начинает поступать в |
бомбу, |
а затем вместе |
с пузырьками воздуха в колбу |
для |
фильтрования. Не |
прекращая отсоса воздуха, бомбу несколько раз накло няют в разных направлениях, чтобы избежать задержки отдельных пузырьков воздуха. После установления сплошной струи воды отсос воздуха продолжают еще 10 мин. После этого у бомбы закрывают сначала выпуск ной, затем впускной вентили и зажим на соединительной трубке, отключают вакуумный насос, записывают темпе ратуру воды и разъединяют систему. Бомбу с водой тща тельно вытирают и взвешивают с погрешностью, не пре вышающей ±0,01 г.
Из массы бомбы с водой вычитают массу пустой бом бы, получая массу воды в бомбе. Определение повторя ется несколько раз. Вместимость калориметрической бом бы вычисляют по формуле
V6 |
= -^kl |
л, |
|
ООО |
где g6 — масса воды в бомбе, г; kt — коэффициент для перевода массы в ее объем при температуре опыта.
Значения коэффициента kt приведены ниже:
Температура во |
Коэффициент kt |
Температура' во |
Коэффициент kt |
ды. *С |
|
ды, "С |
|
14 |
1,0018 |
20 |
1,0028 |
15 |
1,0019 |
21 |
1,0030 |
16 |
1,0021 |
22 |
1,0033 |
17 |
1,0023 |
23 |
1,0035 |
18 |
1,0024 |
24 |
1,0037 |
19 |
1,0026 |
25 |
1,0040 |
Калориметрическая бомба, предназначенная для ана лиза газа, в нерабочем состоянии должна находиться с полузавинченными вентилями и крышкой бомбы в вер тикальном положении. На дне стакана должен находить ся осушающий реактив.
Продувка и заполнение калориметрической бомбы испытуемым газом. Пробу газа для анализа отбирают из металлической газовой пипетки емкостью 10—12 л или из любого другого источника, не находящегося под высо ким давлением. Для предварительной продувки и запол нения бомбы газом собирается установка (рис 9-9), со-
|
і |
11 |
Ввод газа |
і |
п |
і |
п |
|
|
Ч ! |
|
Рис. 9-9. Схема установки для продувки |
и заполнения бомбы |
||||
|
газом. |
|
|
|
|
'—увлажнитель газа; 2 — калориметрическая |
бомба; |
3 — контрольная |
|||
склянка; 4 — склянка |
для счета |
пузырьков |
газа. |
||
стоящая из увлажнителя |
газа |
/, |
представляющего со |
||
бой колбу для фильтрования |
под |
вакуумом емкостью |
|||
1—2 л, наполненную 22%-ным раствором хлористого на трия или водой, насыщенной газом. Насыщение воды до стигается пропуском через нее 40—50 л газа. Колбу со единяют с калориметрической бомбой 2. Контрольная склянка 3 (100—150 мл) служит для уравновешивания давления газа в калориметрической бомбе при ее запол нении. Склянка 4 используется для счета пузырьков газа.
Кэлектродам калориметрической бомбы прикрепляют
снатяжением запальную проволоку, завинчивают крыш ку бомбы сначала от руки, а затем специальным ключом.
Перед наполнением бомбы газом производят проверку ее на герметичность, как было указано выше. После про224
верки кислород выпускают из бомбы; не открывая крыш ки, бомбу присоединяют к системе приборов. Затем про изводят продувку бомбы газом со скоростью 130— 150 мл/мин. При заборе газа из газопровода продувку ведут 1 ч. Подачу газа прекращают, сначала закрывая впускной вентиль бомбы, а затем — вентиль газопровода. Выпускной вентиль бомбы закрывают только после того, как прекратится выделение пузырьков газа. Замечают температуру газа tF по термометру в увлажнителе и ат мосферное давление Р по барометру, после чего отклю чают бомбу от системы. В случае заполнения бомбы га зом из пипетки последнюю устанавливают в вертикаль ном положении и соединяют с напорной склянкой. Верх ний кран пипетки соединяют с увлажнителем /; открыва ют верхний кран пипетки и производят продувку бомбы газом, как указано выше. Для полноты продувки пропу скают 4,0—4,5 л таза, что соответствует 14—15-кратному объему бомбы.
Бомбу, заполненную газом, подносят к кислородному баллону. На кислородном баллоне устанавливают редук ционный вентиль с манометром низкого давления на 10— 15 кгс/см2 (предельное давление 25—30 кгс/см2). При по мощи регулировочного винта устанавливают давление 6—8 кгс/см2, продувают трубку и присоединяют ее к бом бе; открывают вентиль у бомбы. Стрелка у манометра низкого давления сначала падает, а затем по мере запол нения бомбы кислородом поднимается. Когда стрелка по кажет требуемое давление: при анализе природных га зов метанового характера 6—7 кгс/см2, при анализе га зов, содержащих высшие гомологи метана 7—8 кгс/см2, закрывают вентиль сначала у бомбы, а затем — у кисло родного баллона и отключают бомбу от редуктора.
Подготовка калориметра к определению теплоты сго рания газа проводится, как при анализе твердого топли ва, со следующими изменениями:
температура воды в калориметрическом сбсуде долж на быть на 0,3—0,5 °С ниже температуры воды или воз духа в оболочке калориметра;
после окончания опыта делается смыв бомбы, после чего бомбу и крышку хорошо протирают сухим полотен цем, отверстия вентилей просушивают фильтровальной бумагой, продувают кислородом; до следующего испыта ния бомбу оставляют с осушающим реактивом, с нолузавинченными вентилями и крышкой.
15—1276 |
225 |
|
Теплоту сгорания сухого газа по бомбе |
вычисля |
||||||||
ют по |
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
||
р с |
_ |
кнм. |
+ и-ъ |
+ и |
+ щ-чь |
к д ж 1 м 3 |
[ к |
к а |
л 1 м ^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9-5) |
где |
Кб — объем газа |
в бомбе |
при |
температуре |
t |
и |
дав |
|||
лении |
р, л; |
F — коэффициент |
для |
пересчета объема |
газа |
|||||
на |
сухое |
состояние |
в |
нормальных условиях |
(20 °С и |
|||||
760 мм рт. ст.); Н — средняя цена деления шкалы |
термо |
|||||||||
метра, °С |
(при работе со |
специальными калориметриче |
||||||||
скими термометрами постоянного наполнения в диапазо
не 2 0 — 2 5 ° С # = 1 ) ; |
К—фактическая |
|
теплоемкость кало |
||||||||||
риметра, |
дж/°С |
(кал/°С); |
tK |
— конечная |
температура |
||||||||
главного |
периода |
в |
делениях |
шкалы |
термометра; hK — |
||||||||
поправка |
на калибр |
термометра |
при |
этой |
температуре; |
||||||||
/ н |
— начальная температура |
главного |
периода в |
делени |
|||||||||
ях |
шкалы термометра; |
/гн — поправка |
на калибр |
термо |
|||||||||
метра при этой температуре; At— |
поправка |
на теплооб |
|||||||||||
мен калориметра |
с окружающей |
средой в делениях шка |
|||||||||||
лы термометра; |
q — удельная |
теплота сгорания |
запаль |
||||||||||
ной проволоки, кдж/кг |
(кал/г). |
Значения q приведены на |
|||||||||||
стр. 205; |
b — масса |
запальной |
проволоки, кг |
(г). |
|
||||||||
|
Коэффициент |
F |
вычисляется |
по |
формуле |
|
|||||||
|
|
F |
_ |
|
(Р-Л) |
(273 |
+ |
20) |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
760 (273 + |
tt) |
|
|
|
|
||
где Р — барометрическое давление, мм |
рт. ст.; Pt — дав |
|||||
ление |
насыщенных |
паров |
воды |
при |
температуре |
|
t, мм |
рт. ст.; tT — температура |
газа в момент |
наполнения |
|||
бомбы, °С. |
|
|
|
|
|
|
Величина ДІ определяется |
по формуле (9-2). |
|||||
Определение высшей теплоты |
сгорания газа. Для рас |
|||||
чета |
высшей теплоты |
сгорания |
необходимо |
определить |
||
поправку на теплоту образования и растворения серной и азотной кислот. Для определения количества образо вавшихся азотной и серной кислот после окончания опы та из калориметрической бомбы выливают воду в чистый стакан, тщательно обмывают все внутренние части бом
бы, |
в том числе и чашечку, |
горячей дистиллированной |
||||
•одой, открывают впускной вентиль и промывают |
водой |
|||||
оба |
вентиля и трубку. Все |
промывные |
воды |
(150— |
||
200 |
мл) |
собирают в |
тот же |
стакан. Стакан со смывом |
||
бомбы, |
содержащим |
в растворе азотную |
кислоту, |
обра- |
||
226
зовавшуюся за время опыта, накрывают часовым стеклом и кипятят в течение 5 мин, затем прибавляют две капли раствора фенолфталеина и титруют 0,1 н. раствором ед кого натра до появления нексчезающего розового окра шивания. Затем приливают в стакан крепкую соляную кислоту до слабокислой реакции, две-три капли метило вого оранжевого индикатора, после чего смыв отфиль тровывают от механических примесей. Фильтр промыва
ют горячей водой |
и |
промывные |
воды |
присоединяют |
||||||
к фильтрату. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Содержание серы в полученном фильтре определяют |
||||||||||
по ГОСТ 8606-68 |
(см. § 10-2). Содержание |
серной ки |
||||||||
слоты в смыве бомбы, отнесенное |
к |
количеству |
взятого |
|||||||
газа, |
рычисляется |
по формуле |
|
|
|
|
|
|
||
|
r |
_ _ g - 0 , 4 2 - 1 000 |
, |
з |
|
|
|
|||
|
H2so4 |
, |
v6F |
' |
I |
' |
|
|
|
|
где g — масса полученного осадка |
сернокислого |
бария, г; |
||||||||
0,42 — коэффициент для |
пересчета |
массы |
сернокислого |
|||||||
бария |
на массу серной |
кислоты; |
Кб — объем |
газа в бом |
||||||
бе, л; |
F — коэффициент |
|
приведения газа |
к |
нормальным |
|||||
условиям; 1 000 — коэффициент для пересчета л в м3.
|
По количеству полученного осадка сернокислого ба |
|||||
рия |
можно вычислить |
также содержание |
сероводорода |
|||
в испытуемом газе по формуле |
|
|
|
|||
|
_ , g - 0 , 1 4 6 - 1 000 |
, |
|
|
||
где |
0,146 — коэффициент |
для пересчета |
массы получен |
|||
ного сернокислого бария |
на массу сероводорода. |
|||||
|
Остальные обозначения те же, что и в |
предыдущей |
||||
формуле. |
|
|
|
|
|
|
|
Расчет содержания сероводорода в объемных процен |
|||||
тах |
производится по формуле |
|
|
|
||
|
_ g - 2 4 , 0 5 - 1 0 0 |
„ . |
|
|
||
|
v H a S — |
|
233,421V7 ' |
/ 0 ' |
|
|
где |
24,05 — объем грамм-молекулы |
газа |
при 20 °С, л; |
|||
233,42 — молекулярная |
масса сернокислого |
бария. |
||||
|
Содержание азотной |
кислоты в |
смыве |
бомбы, отне |
||
сенное к количеству взятого газа, вычисляется по фор муле
г |
_ ' Д / |
8_ ^,0063016-1 000 |
|
|
нмоз — ^ |
0,011671 J |
VtF |
|
= ( V ' - 8 5 , 6 8 g ) ^ ^ , |
г\м\ |
|
15* |
227 |
где V — объем точно 0,1 н. раствора едкого натра, по шедший на титрование смыва бомбы, мл; g — масса по лученного осадка сернокислого бария, г; 0,011671 — коли
чество |
сернокислого |
бария, |
соответствующее |
1 мл точно |
|||||||||||||
0,1 н. раствора |
едкого натра, г; |
0,0063016 — количество |
|||||||||||||||
азотной |
кислоты, |
соответствующее |
1 |
мл |
точно |
0,1 н. |
|||||||||||
раствора едкого натра, г. Остальные обозначения |
те же, |
||||||||||||||||
что и в формуле |
расчета G H a S O < |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Поправка на теплоту образования и растворения сер |
||||||||||||||||
ной и азотной |
кислот ~Lq вычисляется |
по |
формуле |
|
|||||||||||||
|
|
|
2 9 |
= |
3,085GH a S O 4 + |
0,950GH N O 3 |
, |
|
кдж/м3, |
|
|
||||||
гд? |
3,085 — теплота |
образования серной |
кислоты |
из |
дву |
||||||||||||
окиси |
серы |
и |
растворения |
кислсты |
|
в |
воде, |
кдж/г; |
|||||||||
0,950 — теплота |
образования |
азотной кислоты и растворе |
|||||||||||||||
ния ее |
в воде, |
кдж/г; |
G H j S O , |
GHNQ^ — содержание |
серной |
||||||||||||
и азотной кислот, |
г/м3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Высшая |
теплота |
сгорания |
сухого газа |
Qc |
вычисляется |
|||||||||||
по |
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
QCB |
= |
QC6 — Х<7, |
кдж/м3, |
|
|
|
|
||||
где |
Q£ — теплота |
сгорания |
сухого |
газапобомбэ, |
кдж/м3; |
||||||||||||
2<7 — поправка |
на |
теплоту |
образования |
и |
растворения |
||||||||||||
серной |
и азотной кислот, |
кдж/м3. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Низшая |
теплота |
|
сгорания |
сухсго |
природного |
газа |
||||||||||
вычисляется по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Qc |
=QC |
— 0,1 Qc |
+ 0,005QC = |
0,905QC, |
|
кдж/м3, |
|
|||||||||
|
|
н |
|
в |
|
|
в |
|
|
в |
|
|
в |
|
' |
|
|
где QB C |
— высшая |
теплота |
сгорания сухого газа, |
кдж/м3; |
|||||||||||||
0,1 —эмпирический коэффициент для вычисления поправ ки на теплоту образования сконденсировавшегося в бом бе водяного пара; 0,005—эмпирический коэффициент для вычисления поправки на разность теплоты сгорания газа
при постоянном давлении и при постоянном |
объеме. |
Низшая теплота сгорания сухого попутного (нефте |
|
промыслового) газа QH C вычисляется по формуле |
|
Qc = (f — 0,0888QC + 0,004QC = 0,9152QC, |
кдж/м3, |
I£ |
В |
В |
В |
В |
где 0,0888 — эмпирический коэффициент для вычисления поправки на теплоту парообразования сконденсировав шегося в бомбе водяного пара; 0,004 — эмпирический ко эффициент для вычисления поправки на разность теплот сгорания газа при постоянном давлении и при постоян ном объеме.
Расхождения между двумя параллельными определе ниями теплоты сгорания по бомбе QQC не должны пре вышать 170 кдж/м3.
9-5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ Г А З А В КАЛОРИМЕТРЕ Ю Н К Е Р С А
Определение теплоты сгорания газа в лабораторных условиях производят в калориметрах различных систем. Наиболее широко применяется калориметрическая уста новка типа Юнкерса, которая состоит из собственно ка лориметра / (рис. 9-10), газовых часов 2, регулятора давления 3, приемника воды 4 и технических весов. Прин цип действия этой установки основан на сжигании опре деленного объема газа. Все выделившееся тепло погло щается водой, непрерывно проходящей через калориметр. Теплота сгорания газа подсчитывается на основании сле дующих измерений: количества сожженного газа, коли-
Рис. |
9-Ю. Схема калориметрической |
установки. |
|
/ — калориметр; |
2—газовые |
часы; 3— регулятор |
давления; 4 — сосуд для |
|
|
воды. |
|
чества протекшей воды и температуры воды на входе и на выходе из калориметра.
Определение теплоты сгорания сводится к следующе му. Исследуемый газ сжигается на выходе из горелки 2 (рис. 9-11), а образующиеся продукты сгорания из каме ры / проходят по тонким трубкам, расположенным во круг камеры. Эти трубки непрерывно омываются потоком воды, охлаждающей продукты сгорания до температуры
Рис. 9 - I I . Калориметр Юнкерса.
/ — камера |
сгорания; |
2— |
газо |
||||
вая |
горелка; |
3 — шибер; |
4— |
||||
выхлопная |
труба; |
5 — верхняя |
|||||
воронка; |
6 — штуцер; |
7— верх |
|||||
няя |
воронка |
в |
разрезе; |
8 — |
|||
слив; |
9 — нижняя |
воронка; |
10 — |
||||
распределительный |
кран; |
// — |
|||||
смеситель; |
12, |
13, 14 — термо |
|||||
метры; |
15 — мерный |
цилиндр. |
|||||
окружающего воздуха. Продукты сгорания, отдав свое тепло воде, удаляются через выхлопную трубу 4; для контроля за температурой отходящих газов служит тер мометр 14. Тяга регулируется шибером 3. Конденсат, образующийся при охлаждении продуктов сгорания, со
бирается |
в нижней |
части калориметра и стекает через |
|||||
штуцер |
в |
мерный |
цилиндр 15. |
Холодная |
вода |
подается |
|
в |
верхнюю воронку 5, откуда |
через штуцер 6 |
попадает |
||||
в |
калориметр. Избыток подаваемой воды сбрасывается |
||||||
через |
трубку 8. |
Вода из калориметра |
направляется |
||||
в нижнюю воронку 9, а затем через распределительный кран 10— в приемную емкость или на сброс. Воронки 5 и 9 устроены так, что обеспечивают постоянный уровень входящей и выходящей воды, а это в свою очередь обес печивает равномерную скорость протекания воды через калориметр. Вода, выходящая из калориметра, проходит специальное устройство для перемешивания // . Темпера тура поступающей и выходящей воды измеряется термо
метрами |
12 |
и 13, |
шкала которых имеет |
цену деления |
0,1 °С. Сотые доли |
показаний термометров |
определяются |
||
на глаз |
при |
помощи лупы. |
|
|
Перед началом опыта систему продувают исследуе мым газом для удаления из нее воздуха, зажигают го релку и, регулируя подачу воздуха, устанавливают несве тящееся пламя высотой А-—5 см. Зажженную горелку помещают в калориметр, заполненный водой, и наблюда ют за горением газа по отражению пламени в зеркальце. Скорость подачи воды и газа регулируют таким образом, чтобы разность температур поступающей и выходящей из калориметра воды была 10—12°С, а дымовые газы имели температуру, близкую к температуре окружающе го воздуха.
После того, как установится стационарный режим те плообмена, приступают к определению теплоты сгорания. Для этого фиксируют начальное положение газовых ча сов и, переключив кран 10, сливают вытекающую из ка лориметра теплую воду в тарированную емкость. С этого момента начинают точный учет количества воды, обра зующейся в процессе сгорания исследуемого газа, соби рая ее в мерный цилиндр 2.
В течение всего опыта производят запись температур поступающей и выходящей из калориметра воды, темпе ратуры газа, проходящего через газовые часы, показаний газовых часов, атмосферного давления и давления в га зовых часах. В момент окончания опыта отмечают ко нечное показание газовых часов, поворачивают кран 10, прекращая подачу охлаждающей воды в тарированную "емкость, и производят последнюю запись всех параме тров опыта.
Для определения высшей теплоты сгорания необхо димо сжечь в калориметре 5—10 л исследуемого газа; для определения низшей теплоты сгорания сжигают 40— 50 л с целью более точного учета количества собираемо го конденсата.
|
Из |
показаний |
термометров |
во |
время опыта |
находят |
|||||||
среднее арифметическое |
значение, |
которое |
принимают |
||||||||||
при |
дальнейших расчетах. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Подсчет |
QB производят по |
формуле |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Q B |
= |
4,187 |
|
, |
кдж/м3, |
|
|
(9-6) |
||
где |
G — масса |
воды, прошедшей |
через |
калориметр, |
кг; |
||||||||
ti — средняя температура |
поступающей |
в калориметр |
во |
||||||||||
ды, °С; / 2 — средняя температура воды, выходящей |
из ка |
||||||||||||
лориметра, °С; Ко —объем сгоревшего газа, |
приведенный |
||||||||||||
к нормальным |
условиям, |
м3. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Значение |
QH подсчитывают |
по |
формуле |
|
|
|
|
|||||
|
|
QH = |
QB — <7конд = |
QB |
?1°1^ £ _ , кдж/м3, |
|
(9-7) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
* о |
|
|
|
|
|
|
где |
^конд — теплота конденсации водяных паров, |
образо |
|||||||||||
вавшихся при горении исследуемого газа, кдж/м3; |
G2 |
— |
|||||||||||
масса |
собранного |
конденсата, |
кг; |
2 500— удельная |
те |
||||||||
плота |
конденсации водяного пара, |
кдж/кг. |
|
|
|
|
|||||||
На электростанциях применяют также автоматические приборы для определения теплоты сгорания газового то плива, принцип действия которых практически не отлича ется от принципа действия калориметра, описанного вы ше. Характерной особенностью автоматического калори метра является то, что отношение количества охлаждаю щей воды к количеству сжигаемого газа в единицу вре мени непрерывно и автоматически поддерживается по стоянным. Поэтому теплота сгорания газа прямо пропор циональна повышению температуры охлаждающей воды.
Глава десятая
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ . И ВАНАДИЯ В ТОПЛИВЕ
10-1. СЕРА В ТОПЛИВЕ
В твердом топливе содержатся три основные разно
видности |
серы: |
|
|
|
|
|
|
с е р а |
о р г а н и ч е с к а я |
S0 p—входит |
в |
состав |
орга |
||
нического вещества |
топлива; |
|
|
|
|
|
|
с е р а |
к о л ч е д а н н а я |
SK |
— входит |
в |
состав |
мине |
|
ральных |
примесей |
топлива |
в |
виде серного колчедана |
|||
FeS2;
232
