Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
52
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.2 Mб
Скачать

Рис. 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;

н — 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

_

 

-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

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; 0,005эмпирический 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,

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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ