Контрольные вопросы

1. Что понимается под термином «выход летучих веществ»?

2. Назовите основные факторы, влияющие на выход летучих веществ.

3. Назовите режимные параметры при определении выхода летучих веществ.

4. В каких случаях и почему навеску топлива следует брикетиро­вать?

Лабораторная работа № 4

Определение теплоты сгорания углей

1. Общие сведения

Теплота сгорания – важнейший показатель качества угля как энергетического топлива.

Теплотой сгорания называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы массы топлива. Теплота сгорания выражается в Дж/г, кДж/кг, МДж/кг.

Для определения теплоты сгорания топлив во всем мире при­меняют единый стандартный метод – метод сожжения в калори­метрической бомбе (ГОСТ 147-95, СТ СЭВ 1463-78, МС ИСО 1928-76) под давлением кислорода при постоянном объеме. В этих условиях углерод сгорает до СО₂, водород – до Н₂О; пар, образующийся из влаги топлива и за счет водорода органической массы, конденсируется к концу опыта в жидкость, сера и азот окисляются до SO₃ и NO₃ и растворяются в воде, образуя H₂SO₄ и HNO₃.

Если рассмотреть реальный процесс горения угля в топке, то окажется, что азот в основном выделяется в свободном виде, сера сгорает только до SO₂, вода не конденсируется, а в парообразном состоянии вместе с SO₂, N₂ и дымовыми газами уносится в атмо­сферу. Поскольку окисление SO₂ до SO₃, N до NO₃ и растворение этих оксидов в воде, а также конденсация пара протекают с вы­делением теплоты, фактическая теплота сгорания угля оказывается несколько ниже, чем величина, определяемая в калориметрической бомбе (теплота сгорания по бомбе Q_б).

Кроме теплоты сгорания по бомбе различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая теплота сгорания – это теплота сгорания, определен­ная по бомбе, уменьшенная на значение теплоты образования и растворения серной и азотной кислот. Она соответствует условию, когда все водяные пары продуктов сгорания доводятся до жидкого состояния при 0 ^оС.

Низшая теплота сгорания — это высшая теплота сгорания, уменьшенная на теплоту испарения воды, выделенной и образо­ванной во время сгорания.

Сущность метода определения теплоты сгорания топлива в калориметрической установке заключается в том, что навеску топлива помещают в калориметрическую бомбу, герметически закрываемую крышкой. Затем бомбу наполняют кислородом до давления: для хороших топлив – 2,5- 2,9 МПа; для плохих – 3,5 МПа; погружают ее в калориметрический сосуд с водой и зажигают навеску электрическим током. В атмосфере сжатого кислорода процесс горения навески протекает полностью в течение короткого промежутка времени с превращением навески топлива в СО₂ и Н₂О, и если есть азот и сера, то образуется также NO₃ и SO₃, которые с водой в бомбе дают азотную и серную кислоты.

Измеряя специальным термометром температуру воды в калориметрическом сосуде перед сжиганием навески и по окончании опыта, находят повышение температуры за время опыта и вычисляют количество теплоты, выделяемое при сгорании навески топлива. Это тепло передается не только воде, находящейся в калориметрическом сосуде, а расходуется также на повышение температуры калориметрического сосуда, бомбы, мешалки, термометра. Поэтому для определения теплоты сгорания топлива надо также знать количество теплоты, идущее на нагревание всей калориметрической системы или водный эквивалент калориметра.

Водным эквивалентом калориметра называется весовое (в граммах) количество воды, для нагрева которого на 1 ^оС нужно затратить столько же теплоты, что и для нагрева на 1 ^оС калориметрической системы, состоящей из калориметрического сосуда, находящейся в нем воды, калориметрической бомбы, мешалки, термометра (при данной глубине погружения).

Для уменьшения потери теплоты в окружающее пространство во время опыта калориметрический сосуд с бомбой помещают в защитную оболочку, которая отделяет калориметрический сосуд от внешней среды. Несмотря на это калориметрический сосуд отдает окружающей среде некоторое количество теплоты или получает ее от окружающей среды, что вызывает необходимость введения поправки на теплообмен калориметра , которую вычисляют из данных калориметрического опыта.