Akademia Techniczno Rolnicza
Temat:
Skład grupy:
1. Gugała Robert
2. Olszak Ireneusz
1.Podstawy teoretyczne.
Głównym źródłem energii dostępnym dla człowieka jest energia chemiczna paliw. Paliwem w ujęciu technicznym jest substancja, która występuje w dostatecznie dużych ilościach tak, aby mogła być używana przez długi okres czasu oraz której koszt wydobycia i transportu w porównaniu z wartością opałową jest taki, że jej użycie jako paliwa jest opłacalne.
Paliwa dzieli się na naturalne i sztuczne, a z punktu widzenia stanu skupienia na: stałe (węgiel kamienny, węgiel brunatny·, koks, torf, drewno). ciekłe (oleje, nafta, benzyna, mazut) i gazowe (gaz ziemny, gaz świetlny, biogazy).
Podstawowymi składnikami palnymi paliw są związki chemiczne węgla C wodoru H, siarki S. Poza substancją palną paliwo zawiera także części niepalne zwane balastem, jak: popiół wilgoć i inne pozostałości po spalaniu. Siarka występująca w paliwach jest pierwiastkiem niepożądanym, obniżający ich własności użytkowe. Spalając się wydziela ciepło. lecz powstające produkty spalania są szkodliwe dla środowiska, zatruwają bowiem atmosferę i powodują korozję konstrukcji stalowych. Najistotniejszą cechą paliw stałych przy ocenie ich podatności energetycznej jest wartość opalowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu.
Ciepło spalania Qs, jest to ilość ciepła wydzielająca się przy zupełnym spaleniu jednostki masy paliwa, mierzona po skropleniu się pary wodnej wydzielonej podczas spalania i po ochłodzeniu produktów spalania do temperatury początkowej składników biorących udział w spalaniu oraz pomniejszona o ilość ciepła wydzielonego przy· syntezie i rozpuszczaniu H2SO3 i HNO3 .
Wartością opałową Qj nazywane jest ciepło spalania paliwa pomniejszone o ilość ciepła niezbędną do odparowania wody znajdującej się w paliwie oraz powstały ze spalenia wodoru zawartego w paliwie. Woda pozostaje w produktach spalania w postaci pary. Zależność między ciepłem spalania a wartością opalową ujmuje zależność:
Q= Qj-r Mw [kJ/kg]
gdzie:r - ciepło parowania wody w kJ/kg ,
r w temperaturze 0°C ma wartość 2500 kJ/kg,r w temperaturze 20°C ma wartość 2453 kJ/kgMw - masa wody powstałej ze spalenia wodoru i odparowania wilgoci z paliwa w kg.
Dokładne obliczenia wartości opałowej dokonuje się z zależności:
Qj = Qs - r (9h + w) [kJ/kg]
w - udział wagowy wody w paliwie,h - udział wagowy wodoru w paliwie,Wartości Qs i Qj wyznacza się jednym ze sposobów:
- pośrednio, ze składu chemicznego paliwa,- bezpośrednio, spalając paliwo w bombie kalorymetrycznej
A) Analiza techniczna paliw.
Analizę techniczną przeprowadza się w celu wyznaczenia :.zawartości wilgoci w paliwie, części lotnych i popiołu. Próbki do badań należy tak pobierać, aby były reprezentatywne i odpowiadały średnim cechom badanej partii paliwa.
B) Oznaczanie zawartości wilgoci.
Zasada pomiaru polega na suszeniu próbki paliwa i wyznaczaniu wagowego ubytku masy. Suszenie próbki (około 300 g) przeprowadza się w temperaturze otoczenia stałej wagi lub w suszarce laboratoryjnej w temperaturze do 50°C przez 8 godzin a następnie w temperaturze otoczenia.
Wartość Wrex. w próbce w stanie roboczym obliczono z zależności:
gdzie:
Wrex - wilgoć przemijająca paliwa w stanie roboczym (część wilgoci całkowi paliwa tracona podczas suszenia do osiągnięcia przybliżonej równowagi z wilgotnością powietrza otoczenia),
m2 - masa tacki z paliwem przed suszeniem w g,
m3 - masa tacki z próbka węgla po suszeniu w g,
m1 - masa tacki w g.
C) Oznaczanie zawartości popiołu.
Popiół jest pojęciem określającym pozostałość składającą się z substancji mineralnych, otrzymanych po całkowitym spaleniu paliwa. Zawartość popiołu w paliwie ma wpływ na jego jakość i przydatność. Oznaczenie zawartości popiołu polega na całkowitym spaleniu odważki paliwa stałego i wyprażeniu pozostałego popiołu. Przygotowaną odważkę paliwa w ilości 1-2 g umieszcza się w piecu muflowym nagrzanym do temperatury 815±15°C w tyglu uprzednio wyprażonym. Powierzchnia tygla winna by tak dobrana, aby na 1 g paliwa przypadało ~ 1,5 cm2 powierzchni dna cylindra. Czas prażenia wynosi 60 minut. Po wyprażeniu wystudzimy tygiel w temperaturze otoczenia wraz z popiołem waży się na wadze analitycznej z dokładnością do 0,001 g. Zawartość popiołu w próbce analitycznej paliwa stałego A obliczyć można zgodnie z normą z zależności:
m1 - masa wyprażonego tygielka w g,
m2 - masa tygielka z odważką palivva przed spopieleniem w g,
m3 - masa tygielka z popiołem w g.
Za końcowy wynik oznaczenia przyjmuje się średnią arytmetyczną wyników z dwóch równoległych oznaczeń spełniających warunki określone normą.
D) Oznaczenie części lotnych w paliwie.
Zawartość części lotnych określona jest metodą wagową zgodnie z normy. Są to lotne produkty rozkładu paliwa stałego wydzielające się z niego przy ogrzaniu go bez dostępu powietrza. Oznaczenie przeprowadza się w elektrycznym piecu muflowym z termoregulatorem. Odważka o masie 1± 0,01 g (ważona na wadze z dokładnością do 0,0002 g) umieszczona jest w wyprażonym tyglu z szczelną pokrywą i umieszczona na 420 s w piecu w temperaturze 850±15°C. Piec po umieszczeniu w nim tygli winien w czasie 3+4 minut osiągnąć temperaturę prażenia. Po upływie określonego normą czasu prażenia tygiel wyjmuje się z pieca. ochładza do temperatury pokojowej, a następnie ponownie waży. W trakcie prażenia próbki z paliwa wydzielają się części lotne, wilgoć, dwutlenek węgla. Procentową zawartość części lotnych w próbce analitycznej obliczaną w przypadku uwzględniania zawartości CO2: w paliwie określa się z zależności:
Δm - ubytek masy odważki w g,
m - masa odważki w g,
m - masa nielotnej pozostałości paliwa w g,
W - zawartość wilgoci w próbce w %
(CO2)aM - zawartość C02 w węglanach w próbce analitycznej w%, (CO2)Mk -zawartość CO2 w węglanach w nielotnej pozostałości w %.
E) Oznaczenie ciepła spalania
Oznaczenie ciepła spalania próbek paliwa dokonuje się w bombie kalorymetrycznej w atmosferze tlenu o temperaturze 25°C. Ciepło spalania paliwa stałego w stanie analitycznym kiedy, oznaczono zawartość kwasu siarkowego i azotowego w paliwie, obliczyć można z zależności:
C - pojemność cieplna kalorymetru w kJ/kg K,
dt - ogólny przyrost temperatury, okresu głównego
k - poprawka na wymianę ciepła kalorymetru z otoczeniem, obliczona ze wzoru
k = 0,5(dh+dK)+(n-1)dK [°C]
gdzie
n - czas trwania głównego okresu pomiarowego w minutach,
dh - średni przyrost temperatury na 1 minutę w okresie początkowym pomiaru w °C/minutę,
dK - średni przyrost temperatury na 1minutę w okresie końcowym pomiaru w °C/minutę,
c - suma poprawek na dodatkowe efekty cieplne w J,
m - masa odważki paliwa stałego w g.
Sumę poprawek na dodatkowe efekty cieplne c obliczono w J wg wzoru:
c=C1+C2+C3+C4
C1 - poprawka na ciepło wydzielone podczas spalania drutu oporowego:
C2 - poprawka na ciepło wydzielone podczas spalania bibułki lub kolodium w przypadku ich utycia,
C3 - poprawka na ciepło powstające przy tworzeniu się kwasu azotowego,
C4 - poprawka na ciepło powstające przy tworzeniu się kwasu siarkowego:
F) Ciepło spalania paliwa stałego w przypadku znanej zawartość siarki w paliwie
Jeżeli znana jest zawartość siarki w badanej próbce paliwa stałego, do obliczenia ciepła spalania korzystać można z wzoru:
gdzie: f - współczynnik dla węgla f= 0,0015,
cj - suma poprawek na dodatkowe efekty cieplne
G) Obliczanie wartości opałowej
Qaj = Qas - 24,42 (Wa + 8,94Ha) [J/kg]
Qas - ciepło spalania paliwa w stanie analitycznym,
24,42 - ciepło parowania wody w temperaturze 25°C odpowiadające zawartości 1 %
wody paliwie w J/g.
Wa - zawartość w...
mechanikk