Термическое разложение топлива.

Выход летучих веществ V является важной технической характеристикой топлива, дающей представление о частичном его разложении при нагреве.

При нагревании топлива без доступа воздуха разрушаются сложные химические связи, органическая часть разлагается на более простые твердые, жидкие и газообразные вещества. Газообразные и жидкие продукты разложения, образующиеся в парообразной фазе, называют летучими веществами. После их выхода остается твердый остаток – кокс, состоящий практически из углерода и негорючих минеральных примесей. Твердый остаток деформируется продуктами разложения, меняются его физические свойства (плотность, пористость, электропроводность и пр.). При полном выходе летучих твердый остаток органической части представляет собой углерод с кристаллической решеткой графита. Чем глубже термическое разложение топлива, тем выше истинная плотность, электропроводность твердого остатка.

Количество летучих веществ зависит от глубины разложения органической массы, т.е. от температуры разложения, времени разложения, размеров частиц топлива и пр. Наиболее интенсивно летучие образуются при температуре 447-547 °С. 95¸98% летучих образуются при температуре 850 °С. Остальные 2-5% летучих выделяются при нагреве топлива до 1227 °С.

При определении количества летучих косвенным весовым методом по изменению массы топлива существует несколько источников погрешности.

Нагревание топлива до высокой температуры приводит к частичному выгоранию коксового остатка. Большой выход летучих препятствует проникновение кислорода к коксовому остатку. Поэтому погрешность от выгорания кокса возрастает с уменьшением выхода летучих, т.е. возрастает с увеличением температуры разложения, степени метаморфизма топлива, времени выдержки при высокой температуре.

Погрешность в определении выхода летучих зависит и от равномерности разогрева топлива во времени и в объеме навески, т.е. зависит от размера кусков, навески топлива, теплопроводности топлива и тигля, равномерности температурного поля в печи.

Сопоставимые результаты при определении выхода летучих можно получить, если применять стандартные условия проведения эксперимента. В этом случае выход летучих не является абсолютной величиной, а характеризует топливо только при термическом разложении в стандартных условиях.

Одновременно с разложением органического вещества при нагревании происходит разложение и минеральной части топлива. При этом выделяются пары воды, химически связанной в кристаллах, газы, образующиеся при разложении карбонатов (CaCO₃, MgCO₃, FeCO₃). Поскольку выход летучих характеризует разложение органической части топлива, необходимо исключить из парогазовой смеси продукты разложения минеральных веществ. Такие поправки необходимо делать для высокозольных топлив с большим содержанием карбонатов (прибалтийские горючие сланцы) и глинистых минералов (экибастузский уголь).

Целью настоящей работы является ознакомление студентов со стандарт­ными лабораторными методами определения выхода летучих веществ, применяемыми при техническом анализе твердых энергети­ческих топлив.

Стандартный метод определения выхода летучих.

Определение выхода летучих веществ бурых, каменных углей и антрацитов производится по ГОСТ 6382 – 2001 (ИСО 562 – 98, ИСО 5071-1 – 97).

По стандартной методике навеску аналитической пробы массой 1±0,01 г помещенную в тигель с притертой крышкой, устанавливают в муфельную печь (рисунок 10) в зону устойчивой температуры 900±5 °С и выдерживают ровно 7 минут. Причем, температура, понизившаяся при установке тиглей в печь снова должна достичь 900±5 °С не более чем за четыре минуты. В противном случае испытание повторяют. Выход летучих определяют по изменению массы топлива. Взвешивания производят с точностью до ±0,0002 г.

Результаты взвешивания следует записать в таблицу:

Выход летучих веществ аналитической пробы рассчитывают по выражению:

Выход летучих веществ сухой массы:

Выход летучих веществ горючей массы:

При содержании СО₂ карбонатов в аналитической пробе более 2%, расчет выхода летучих производится с поправкой на карбонатную двуокись углерода:

При наличии в минеральной части топлива кристаллогидратов, вводится поправка на химически связанную воду:

Количество химически связанной воды в топливе:

Здесь W^а – влажность аналитической пробы, А^а - зольность аналитической пробы, К₁ – массовая доля химически связанной воды минерала, K₂ – массовая доля минерала в минеральной части топлива.