Описание лабораторной установки

Цель работы

Цель работы: ознакомление с методом экспериментального определения влажности твердого топлива, расширение и закрепление теоретических знаний.

Теоретические основы

Топливо состоит из горючей массы и балласта. Основными балластирующими компонентами топлива являются влага, минеральная масса и азот.

Минеральная масса содержится в основном в твердом топливе. Азот - основной балласт газообразного топлива. Влага имеется во всех ископаемых твердых топливах, содержание которой в топливе определяется его геологическим возрастом, химической природой, условиями залегания, добычи, транспортировки и хранения. Содержание влаги в топливе колеблется от долей процента в некоторых видах жидкого топлива до 60 % в сырых дровах и свежедобытом торфе.

Влажность топлива - одна из важнейших его характеристик. Она снижает его теплоту сгорания, значительно снижается также температура горения вследствие расхода тепла на испарение воды и нагрев образующегося водяного пара. Кроме того, влага, превращаясь при горении в пар, отнимает часть теплоты сгоревшего топлива, поскольку температура уходящих газов из котла обычно выше 100°C, то теплота, затраченная на испарение, полезно не используется, а теряется в атмосфере.

Влага топлива, являясь его балластом, не только уменьшает теплоту сгорания, но и создает трудности при транспортировке и сжигании топлива, так как для испарения влаги приходится затрачивать теплоту, выделяющуюся при горении топлива.

Влагу топлива принято разделять на внешнюю и внутреннюю. Внешняя влага состоит из поверхностной и капиллярной. Поверхностная влага падает в топливо при его добыче, транспортировке и его хранении. Чем меньше топливо, тем больше на нем поверхностной влаги. Капиллярная влага – это влага, заполняющая поры топлива. Чем старше топливо, тем меньше в нем пор, значит, и капиллярной влаги. Внешняя влага может быть удалена из топлива тепловой сушкой и механическими средствами.

Внутренняя влага состоит из коллоидной и гидратной. Коллоидная влага физико-химически связана с органической массой топлива и распределяется в нем довольно равномерно. Количество коллоидной влаги падает с увеличением возраста топлива. Максимальное количество коллоидной влаги содержится в торфе, минимальное – в антраците. Содержание гидратной влаги, входящей в состав молекул некоторых минеральных примесей, невелико. При подсушки испаряется часть коллоидной влаги, а количество гидратной влаги остается практически неизменным. Удаление гидратной влаги происходит только при высоких температурах.

Твердое топливо с установившейся в естественных условиях влажностью вызывают воздушно-сухим. В процессе сушки топлива его важной характеристикой является гигроскопическая влажность. Гигроскопической влажностью называют влажность топлива, доведенного до равновесного состояния в воздухе, имеющем относительную влажность (65±5)% и температуру (20±1)°C.

Методика исследования

Для определения содержания влаги в твердом топливе измельченную навеску (1 - 2 г) высушивают при температуре 375 - 378°K в сушильном шкафу до постоянного веса. Навеска топлива подвергается сушке до полного испарения влаги. При этой температуре каменные угли выдерживают 1 ч, бурые угли - 1.5 ч, антрацит - 2 ч.

Затем бюксы с испытуемым топливом вынимают из сушильного шкафа, охлаждают в эксикаторах и взвешивают.

По убыли массы навески рассчитывается влажность топлива. Высушивание повторяют в течение 0,5 ч до тех пор, пока убыль веса между двумя определениями будет менее 0,01 г. Иногда при последнем взвешивании отмечается некоторое увеличение веса исследуемого топлива, что объясняется частичным его окислением. В этом случае для расчета влажности принимают предпоследний, т. е. минимальный вес.

Указанная выше температура сушки принимается равной 375-378°K из тех соображений, что при этом значении температуры парциальное давление водяных паров в топливе превышает парциальное давление водяных паров в окружающей среде (атмосферном воздухе), что способствует интенсивному испарению влаги топлива. Превышение температуры сушки выше указанной величины может повлечь за собой окисление и разложение органических веществ топлива с выделением летучих веществ и поэтому недопустимо.

Описание лабораторной установки

1 - Электрический сушильный шкаф; 2 - бюкса с навеской топлива; 3 - эксикатор; 4 - термометр.

Рисунок 1 – Лабораторная установка.

Лабораторная установка для определения влажности твердого топлива состоит из:

1. электрического сушильного шкафа 1 с терморегулятором и отверстиями для естественной вентиляции, предназначенного для прогрева навески топлива;

2. бюкса 2 с навеской;

3. эксикатора 3 с химическим реактивом, поглощающим воду;

4. термометра 4 для измерения температуры внутри сушильного шкафа;

5. аналитических весов с комплектом разновесов и комплекта бюкс.