Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

Определение технических характеристик твердого топлива

Методические указания к лабораторным работам по курсу

«Основы теории горения топлив»

для студентов дневной формы обучения специальностей:

140104 – Промышленная теплоэнергетика; 140106 – Энергообеспечение предприятий; 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция

Екатеринбург

2007

УДК 621.18:662.6 (075.8)

Составители В.А. Мунц, В.В. Тюльпа

Научный редактор проф., д-р техн. наук Н.Ф. Филипповский

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО ТОПЛИВА: методические указания к лабораторным работам / сост. В.А. Мунц, В.В. Тюльпа. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. 23 с.

Методические указания полезны студентам при отработке лабораторного практикума по определению влажности, зольности, выхода летучих веществ и теплоты сгорания твер­дого топлива. В тексте даются основные сведения о технических характеристиках топлива, методике и порядке проведения испытаний.

Библиогр.: 7 назв. Табл. 3. Рис.4.

Подготовлено кафедрой «Промышленная теплоэнергетика».

©ГОУ ВПО «Уральский государственный

технический университет-УПИ», 2007

Лабораторная работа № 1 определение влажности твердого топлива

Важнейшими техническими характеристиками твердого топлива, определяющими направления его использования и конструкции топливосжигающих устройств, являются: влажность, зольность, выход ле­тучих и удельная теплота сгорания. В настоящей работе проводит­ся определение вышеуказанных характеристик твердого топлива.

1. Общие сведения о влаге, содержащейся в твердом топливе

В разных видах и марках твердого ископаемого топлива содержание влаги различно и зависит в основном от геологического возраста. Чем выше геологический возраст топлива, тем меньше влаги оно содержит. Так, самое молодое топливо – торф в залежи может содержать влаги до 40-80 %; молодые бурые угли – 50-60 %, а остальные бурые угли – 20-40 %, молодые каменные угли (марок Г и Д) содержат 8-12 % влаги, а старые каменные угли (марки Т) и антрацит – 4-8 %.

Кусок угля, добытый из пласта, теряет на воздухе влагу, находящуюся на внешней поверхности куска, так называемую влагу смачивания или свободную. После удаления этой влаги в куске свежедобытого угля, который полностью насыщен водой, остается влага, свойственная данному углю, его химической при­роде, петрографическому составу и степени углефикации. Содержание этой влаги в угле (влагосодержание) определяется максимальной влагоемкостью.

Понятие «влагосодержание» угля объединяет влагу различных видов. Кусок угля пронизан трещинами, закрытыми и от­крытыми порами (капиллярами) различных размеров. Из-за высо­кой пористости внутренняя поверхность 1 г угля достигает не­скольких десятков квадратных метров. На внешней и внутренней поверхности угля сорбируются молекулы воды. Эта адсорбционно-связанная вода образует пленку на внешней и внутренней поверхностях угля, на стенках трещин и пор. Кроме того, в недрах, где пласты угля обводнены, трещины и поры заполняются водой (капиллярная влага). Уголь в залежи насыщается водой в течение всего процесса углефикации, поэтому в куске свежедобытого угля не только открытые, но и закрытые поры (не сообщающиеся с внешней средой) запол­нены водой. Влага закрытых пор удаляется только после измель­чения угля.

Гидратная вода входит в состав минеральной части углей в виде кристаллогидратов, например глин (алюмосиликаты состава ) и гипса ( ).

Таким образом, вода в угле находится в различных состоя­ниях: в виде капель, пленок молекул, адсорбционных на поверхности, в виде капиллярной влаги, а также может входить в состав минеральной части угля. Отсутствие четких границ между отдельными видами влаги затрудняет их количественное определение.

Для удобства определения влаги в угле и в соответствии с при­нятыми на практике методами анализа (ГОСТ 27314-87) влагосодержание угля подразделяют на влагу внешнюю (механическую) и влагу воз­душно-сухого топлива. Топливо с влажностью, установившейся в естественных условиях хранения, принято называть воздушно-сухим.

Влага внешняя – это часть общей влаги топлива, которая удаля­ется при его высушивании до воздушно-сухого состояния; это влага, которая удерживается наружной поверхностью кусков топлива благодаря ее смачиванию. Величина внешней влаги зависит от крупности топлива, поскольку с умень­шением размера кусков возрастает их удельная поверхность.

Влага воздушно-сухого топлива – часть общей влаги топлива, которая остается в нем после высушивания до воздушно-сухого состояния.

Для характеристики влажности угля в целом (влагосодержание угля) применяют термин «влага общая» – общее содержание внешней влаги и влаги воздушно-сухого топлива.

Для того чтобы правильно оценить результаты анализа угля, необходимо знать влажность той пробы, из которой непосредственно производится определение показателей. С этой целью было введено понятие «влага аналитической пробы». Эта влажность примерно соответ­ствует адсорбционной влаге топлива.

Влага аналитической пробы – это содержание влаги в пробе с зернами крупностью менее 0,2 мм.

К внутренней влаге обычно относят капиллярную, гидратную и коллоидную. Коллоидная влага находится в топливе в коллоидно-связанном состоянии, равномерно распределена в топливной массе.

Капиллярная влага – это влага, заполняющая капилляры и поры, ко­торые всегда имеются в кусках топлива и особенно в его молодых видах: торфе и буром угле.

Гидратная влага – это кристаллизационная влага минеральных примесей топлива ( – сернокислый кальций и др.). Содержа­ние гидратной влаги в топливе обычно невелико. Заметное количест­во ее бывает лишь в многозольных топливах. Эта влага удерживает­ся более прочно, чем адсорбционная влага. Адсорбционная удаляет­ся из топлива полностью при нагревании его до температуры кипе­ния воды, гидратная же влага только начинает удаляться при этой температуре, а полностью удаляется при 700 - 800 °С.