1.8. Анализ продуктов горения топлива.

Целью анализа продуктов горения топлива является:

- оценка качества процесса горения топлива в цилиндре двигателя или топке колта;

- оценка степени загрязнения окружающей среды вредными составляющими выхлопных газов;

Для оценки качества процесса горения топлива, элементарный состав которого известен, необходимо знать содержание таких продуктов горения, как углекислый газ СО₂, кислород О₂, окись углерода СО.

Объемный анализ дымовых газов осуществляется с помощью газоанализаторов различных типов. Наибольшее распространение получили газоанализаторы, принцип действия которых основав на химическом поглощении составных частей дымовых газов соответствующими реактивами.

Целью лабораторной, работы является приобретение навыка в обращении с прибором Орса - Фишера (ГУ-1), определение состава отобранной пробы дымовых газов с оценкой качества сравнения по результатам анализа,

Устройство прибора

Принципиальная схема газоанализатора Орса - Фишера представлена на рис. 8. Прибор смонтирован в ящике со съемными стенками. Основными частями прибора являются измерительная бюретка 1, склянка 2, поглотительные сосуды 3 и 4, фильтр 6. Фильтр, поглотительные сосуды и бюретка соединены между собой капиллярными трубками (гребенкой) 5 с кранами а, б, 9 и 10. Фильтр б соединен о заборной трубкой 7.

Рис. 8 Газоанализатор Орса-Фишера.

Бюретка 1 - цилиндрический сосуд, нижний конец которого резиновой трубкой соединен со склянкой 2, а верхний имеет расширение и заканчивается капилляром с нулевой отметкой. Объем бюретки 100 ом³. Бюретка и склянка заполняются 10% водным раствором поваренной соли, который почти не поглощает газы.

При опускании склянки раствор перетекает из бюретки в склянку, а в бюретку засасывается газ. При поднятия склянки газ вытесняется из бюретки. Таким образом, склянка выполняет в приборе роль насоса.

Бюретка помешается в стеклянном цилиндре с водой, который предохраняет пробу газа от колебаний температуры. При точных исследованиях в воду ставят термометр и в расчеты вводят поправк на изменение объема газа при изменении его температуры. Груша 8 имеет невозвратный клапан и служит для забора газа через трубку 7.

Поглотительные сосуды 3 и 4 состоят из сообщающихся цилиндров, заполненных реактивами. Для .увеличения поверхности реактива с газом в передние сосуды заложены тонкие стеклянные трубки.

Верхняя часть передних сосудов заканчивается капилляром, Соединенным с гребенкой, на котором нанесена метка для установки уровня поглотительной жидкости H.

Поглотительный сосуд 3 заполнен 33%-ным раствором едкого калия и служит для поглощения CO₂ и SO₂ (т.е. газов типа RO₂) по реакции:

2 КОН + СО₂ = К₂СО₃ + Н₂О.

Поглотительный сосуд 4 заполнен раствором пирогалловой кислоты С₆ Н₃(ОН₃) в едком калии, который способен поглощать кислород О₂.

Иногда к крану 9 подсоединяют еще один поглотительный сосуд с аммиачным раствором полухлористой меди для поглощения окиси углерода СО. Но поскольку реактив этот в работе ненадежен, то чаще содержание СО находят расчетным путем.

До начала работы с прибором необходимо разобраться в работе двух- и трехходовых кранов.

Краны а и б служат для запора поглотительных сосудов перед началом анализа и сообщения с бюреткой при перекачивании газа из бюретки в поглотительный сосуд.

Кран 9 сообщает прибор с атмосферой. Может быть использован для выброса газа в атмосферу перед забором новой пробы.

Кран 10 соединяет заборную трубку через фильтр с бюреткой при заборе пробы газа.

Фильтр 6 представляет собой U -образную трубку, заполненную стекловатой и водой, и служит для очистки газа от сажи к пыли и поглощения воды из дымовых газов.

Заборная трубка 7 во время анализа соединяется или с металлической трубкой, установленной в месте отбора газа (если анализ проводится у действующей силовой установки), или с аспиратором - прибором, служащим для отбора, хранения и переноса газа к месту анализа.

Порядок работы

1. Подготовка прибора к проведению анализа.

Жидкости в бюретке и поглотительных сосудах необходимо установить по меткам 44. на капиллярах. Подъем жидкости до меток осуществляется последовательно в сосудах 3 и 4, а затем в бюретке 1 с помощью подъемов и опусканий склянки 2 и переключением соответствующих кранов. Заборную трубку подключить к аспиратору. Все краны закрыты.

2. Открыть кран 10 и, опуская склянку 2, засосать исследуемый газ в бюретку ниже нижней отметки, т.е. боле 100 см³. Закрыть кран 10.

3. Открыть кран 9 и лишний газ выпустить в атмосферу, осторожно поднимая склянку, пока уровни в бюретке и склянке не сравняются на отметке 100. Закрыть кран 9.

4. Открыть кран так, чтобы газ мог поступать из бюретки в сосуд 8. Перекачать газ в сосуд 8 и обратно, для чего осторожно поднимать и опускать склянку. Для анализа в каждом сосуде сделать 4-8 прокачиваний для полного поглощения газа.

5. После нескольких: прокачек установить уровень реактива в сосуде 8 на отметке, 11 .опуская склянку, и закрыть кран а. Замерить оставшийся объем газа, установив на одном уровне жидкость в бюретке и склянке. Записать содержание РО₂ в %, т.к. при объеме бюретки 100 см³ деление 1 см³ соответствует 1 %.

6. Вновь открыть кран а и сделать контрольное прокачивание. Если объем газа в бюретке уменьшился, нужно делать прокачивание до тех пор, пока объем газа не будет изменяться. Отсчет поглощенного RО₂, делать по последнему не изменившемуся уровню.

7. Открыть кран б так, чтобы газ мог поступать из бюретки только в сосуд 4. Прокачивать оставшийся газ из бюретки во второй поглотительный сосуд, пока после контрольного прокачивания объем газа в бюретке не уменьшится. Измерить объем газа в бюретке. Во втором сосуде поглотился кислород, поэтому снятый замер дает содержание в дымовых газах RO₂ + O₂.

8. Открыть кран 9 и выпустить оставшийся от анализа газ в атмосферу установив уровень жидкости в бюретке у метки не капилляре. Работа в прибором закончена.

Для повторения анализа с газом другого состава нужно промыть газом все капиллярные трубки. Для этого газ набирают через заборную трубку в грушу 8 и выпускают в атмосферу (повторить несколько раз).

Расчеты и выводы по анализу

Из анализа получены данные по содержанию RO₂ и RO₂ + O₂

Простым вычитанием найдем содержание кислорода O₂.

Содержание СО определяется по формуле:

где β - коэффициент характеристики топлива. Коэффициент β зависит от химического состава топлива:

где С_Р, Н_Р, О_Р, S_P процентное содержание углерода, водорода, кислорода и серы в топливе.

Таблица

Примерный элементарный состав рабочей массы топлива

Топливо	СР	НР	ОР	SP
Дизельное	86,3	13,35	0,05	0,3
Бензин	85,0	14,9	0,05	0,05
Мазут	86,0	13,0	0,5	0,5

Наличие СО в продукте» горения указывает на то, что часть углерода топлива сгорела не полностью, что приводит к потере теплоты от химического недожога. При недостаточной подаче воздуха образование СО свидетельствует о плохом перемешивании воздуха с топливом.

Коэффициент избытка воздуха α определяется по формуле:

Коэффициент избытка воздуха - это отношение практически подводимого количества воздуха к теоретически необходимому, для полного сгорания топлива.

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида топлива, конструкции топки и форсунки, режима работы и типа установи. Для судовых паровых котлов коэффициент избытка воздуха при сжигании мазута 1,2-1,4 для дизелей 1,7-2,2. Излишняя подача воздуха приводит к дополнительным потерям теплоты на его подогрев.