В составе углей, наряду с органическими веществами присутствуют минеральные примеси, являющиеся обычно балластом. Для оценки углей важно знать соотношение между этими составными частями. Технический анализ состоит в определении влажности (W), зольности (А), выхода летучих веществ (V), содержания серы (Sоб), теплоты сгорания (Q) и коксового остатка.

Влажность снижает теплоту сгорания углей. Угли делятся на три группы: Б1 - с влажностью более 40%, Б2 - 30-40%, Б3 - 30% и менее. Влажность определяется при нагревании до 1050° С или при просушивании в эксикаторе над концентрированной серной кислотой. 1% влаги снижает теплопроводную способность углей на 6 ккал.

Зольность . Зола - твердый несгораемый остаток, образующийся из минеральных примесей углей, по весу она не равна минеральным примесям, т.к. часть из них превращается в газ и водяные пары. Каждый процент золы снижает производительность домны на 2,5 %. Допустимая зольность для коксующихся углей менее 10 %, при большом содержании золы требуется обогащение углей. Основные компоненты, составляющие золу: окси-

ды Si, Al, Fe, Ca, Mq, Na, K, подчиненное значение имеют оксиды Ti и Mn.

Выход летучих веществ . Относится к горючей части; при сухой перегонке уголь частично переходит в летучие вещества (CH 4 , H, CO, CO 2 и др.) Летучие вещества очень ценны. Они обладают способностью гореть, а также составляют основу для получения различных химических продуктов: красителей, пластмасс, ароматических и взрывчатых веществ.

Коксовый остаток . Это твердый остаток, остающийся после удаления летучих, в зависимости от качества углей имеет различный вид. Он может быть порошковым - неспекшимся, спекшимся, сплавленным или вспученным. Спекающаяся способность углей выражается в способности при нагревании в определенных условиях соединяться в одно целое и давать достаточно прочный твердый остаток с пористой структурой - кокс металлургического типа. Угли, дающие порошкообразный остаток, являются неспекающимися и пригодны только для энергетических целей. Сера - вредная примесь в углях, особенно коксовых, вызывает повышенный расход кокса при плавке руды и ухудшает качество железа. По содержанию серы угли делятся на группы: малосернистые (до 1,5%), среднесернистые (1,5-2,5%), сернистые (2,5-4%), высокосернистые (более 4%). Последние не пригодны для использования в черной металлургии без предварительного обогащения.

Теплота сгорания углей примерно составляет 24,62 кДж/кг. Она определяется экспериментальным методом - путем сжигания угля в калориметрической бомбе, и расчетным путем, по формулам. Наибольшей теплотой сгорания обладают антрациты и тощие угли.

Во многих случаях, особенно при оценке неметаллических полезных ископаемых, кроме исследования технических свойств должны быть проведены и химические анализы сырья (огнеупорные и керамические глины, известняки как флюсы, каолин, тальк и т.д.). Для некоторых полезных ископаемых (формовочные пески) проводится и гранулометрический анализ.

Лабораторная работа № 3

Определение теплоты сгорания углей по данным их влажности,

зольности и выхода летучих веществ

Цель работы - ознакомиться с методиками определения основных показателей технического анализа углей, овладеть практическими навыками работы на соответствующем лабораторном оборудовании и изучить на практике основы ускоренного метода оценки углей.

Лабораторная работа является комплексной. В её основу положено определение трех основных показателей углей – влажности , зольности и выхода летучих веществ на основании которых рассчитывается низшая теплота сгорания рабочей массы угля , являющаяся важнейшим показателем качества угля как энергетического топлива.

Теплота сгорания, обозначаемая обычно символом , представляет собой количество тепловой энергии (далее теплота, или тепло), выделяемой при полном окислении горючих компонентов топлива газообразным кислородом . При этом принято положение, что в результате реакций окисления образуются высшие оксиды и сера окисляется только до , а азот топлива выделяется в виде молекулярного азота. Теплота сгорания является удельной характеристикой. У твёрдых и жидких топлив относят к единице массы, то есть к 1 кг (удельная теплота сгорания), а у газообразных топлив - к единице объёма (объёмная теплота сгорания) при нормальных физических условиях, то есть при Р = Р 0 = 760 мм рт. ст. = 1 атм =101325 Па и
Т = Т 0 = 273,15 К (t = t 0 = 0°C). В связи с этимм 3 при этих условиях получил название «нормальный метр кубический » и рекомендуемое обозначение «нор. м 3 ». Таким образом, у газообразных топлив относят к 1 нор. м 3 . Принятые в технической литературе единицы измерения : «кДж/кг » («кДж/нор. м 3 ») или «МДж/кг » («МДж/нор. м 3 »). В старой технической литературе единицами измерения были «ккал/кг » («ккал/нор. м 3 »). При их переводе в современные единицы измерения следует помнить, что 1 ккал = 4,1868 кДж.

Количество тепла, которое пошло на нагрев продуктов полного сгорания 1 кг или 1 нор. м 3 топлива при условии, что в этих продуктах находится сконденсированный водяной пар, то есть вода, называется высшей теплотой сгорания топлива . Эта теплота обозначается как .

Если при сгорании топлива водяные пары не сконденсированы, то на нагрев продуктов сгорания будет израсходовано меньшее количество выделившегося тепла на величину скрытой теплоты конденсации водяного пара (скрытой теплоты испарения воды) . В этом случае тепло получило название низшей теплоты сгорания топлива и обозначается как . Таким образом, при определении не учитывается тепло, затраченное на испарение влаги самого топлива и влаги, образовавшейся при сгорании водорода топлива. Соответственно, величина связана с как .

Состав угля, как и любых других твёрдых топлив, выражают в процентах по массе (мас. %). При этом за 100 % наиболее часто принимают:

· состав в рабочем состоянии топлива (состав его рабочей массы), указывается верхним индексом «r »:

· состав в аналитическом состоянии (состав аналитической массы), указывается верхним индексом «а »:

· состав в сухом состоянии (состав сухой массы), указывается верхним индексом «d »:

· состав в сухом беззольном состоянии (состав сухой беззольной массы), указывается верхним индексом «daf »:

где массовые доли в соответствующей массе угля углерода, водорода, горючей серы, кислорода, азота, общей и аналитической влаги, мас. %;А – зольность соответствующей массы угля,мас. %.

Для определения теплоты сгорания углей, применяется единый стандартный метод – метод сожжения в калориметрической бомбе. При этом методе навеску аналитической пробы угля массой 0,8…1,5 г сжигают в атмосфере сжатого кислорода в герметически закрытом металлическом сосуде – калориметрической бомбе, которая погружена в определённый объём воды. По повышению температуры этой воды устанавливают количество тепла, выделившееся при сгорании навески. Это даёт теплоту сгорания топлива по бомбе В связи с тем что сгорание топлива происходит в довольно специфических

Рис. Принципиальная схема классического калориметра для определения теплоты сгорания твердых топлив

1 – калориметрическая бомба; 2 – мешалка; 3 – крышка термостата; 4 – система для зажигания навески; 5 – термометр или прибор его заменяющий; 6 – калориметрический сосуд; 7 – термостат.

условиях (атмосфера чистого кислорода, окисление горючей сера до SO 3 с последующим образованием в сконденсированной влаге азотной кислоты и так далее), величину пересчитывают на по следующей формуле:

где - теплота образования серной кислоты из SO 2 и растворения её в воде, численно равная 94,4 кДж в расчёте на 1 % серы; - содержание серы «в смыве бомбы», представляет собой количество серы, перешедшее при сжигании в серную кислоту, в расчёте на исходную навеску угля, мас. % (разрешается использовать вместо содержание общей серы в аналитической массе угля , если , а
); a - коэффициент, учитывающий теплоту образования и растворения азотной кислоты, равный 0,001 для тощих углей и антрацитов и 0,0015 – для всех остальных топлив.

Зная , определяют сначала высшую теплоту сгорания рабочей массы топлив :

, (2)

где =кДж/кг или кДж/нор.м 3 ; =
= мас. %.

Коэффициент 24,62 в (3) отражает теплоту нагревания воды от
t 0 = 0°C до t = 100°C и её испарения при Р 0 = 101325 Па в расчёте на
1 мас. % воды.

Величина , рассчитанная на рабочее состояние топлива, соответствует фактической теплоте, выделяемой при его сжигании в топках, и поэтому широко применяется при теплотехнических расчётах. является интегральным показателем качества топлив и во многом определяет их потребительские свойства.

Одно из основных особенностей ископаемых углей – способность к разложению (деструкции) их органической массы при нагреве без доступа воздуха. При таком нагреве образуются газо- и парообразные продукты разложения, называемые летучими веществами. После удаления летучих веществ из зоны нагрева остаётся остаток, называемый коксовым остатком, или корольком. Поскольку летучие вещества не содержатся в углях, а образуются при их нагреве, то говорят о «выходе летучих веществ», а не об их содержании в углях.

Под выходом летучих веществ понимают относительную массу летучих веществ, выраженную в процентах, образующихся при термическом разложении угля в стандартных условиях . Выход летучих обозначается символом V , а нелетучий (коксовый) остаток – NV .

Парообразная часть летучих веществ состоит из конденсирующихся углеводородов, представляющих собой группу маслянистых и смолистых веществ, являющихся ценнейшим химическим продуктом.

Газообразная часть летучих веществ состоит из углеводородных газов предельного и непредельного рядов (СН 4 , C m H n и так далее), оксида и диоксида углерода (СО , CО 2 ), водорода (Н 2 ) и так далее.

В состав нелетучего остатка входит в основном углерод и минеральные примеси в виде золы.

Выход летучих веществ – один из главных классификационных параметров ископаемых углей. На основании значений выхода летучих и характеристики коксового остатка оценивают пригодность углей для коксования и поведения углей в процессах переработки и сжигания.

Сущность стандартного метода определения выхода летучих веществ заключается в нагревании навески аналитической пробы угля массой 1±0,1 г без доступа воздуха приt = 900±5 °С в течение 7 мин . Выход летучих веществ определяется по потере массы исходной навески с учётом содержания влаги в топливе.

Величину выхода летучих из аналитической пробы вычисляют по формуле

(4)

где = мас. %; - потеря массы навески угля после выделения летучих веществ, г ; - масса исходной навески угля, г ; - содержание влаги в исходной навеске аналитической пробы угля, мас. %;

- выход нелетучего остатка из аналитической пробы испытуемого угля, %, вычисляют по формуле

В лабораторной работе будут использоваться угли с
мас %, поэтому методы определения величин и в лабораторной работе не рассмотрены.

Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние угля определяется следующим образом:

. (6)

Допускаемые расхождения между результатами двух параллельных определений по абсолютным величинам не должны превышать 0,3 мас. % при мас.%; 0,5мас. % при мас. %;1,0мас. % при мас. %.

Выход летучих веществ

(a. content of volatile agents; н. Gehalt an fluchtigen Bestandteilen; ф. teneur en matieres volatiles; и. desprendimiento de substancias volatiles ) - показатель качества твёрдых горючих п. и., учитываемый при определении их рационального пром. использования. - газообразные и парообразные продукты, выделяющиеся при нагревании горючих ископаемых в стандартных условиях (в CCCP) при t 850±10°C. При коксовании и полукоксовании ископаемых углей, в процессе термич. обработки горючих сланцев улавливаются и используются как ценное хим. сырьё. Oпределение B. л. в. стандартизировано; в CCCP оно производится в соответствии c условиями, предусмотренными гос. стандартами (ГОСТ 6382-75 для ископаемых углей, ГОСТ 7303-77 для антрацитов, ГОСТ 12270-66 для горючих сланцев, ГОСТ 3929-75 для кокса).
B. л. в., определённый как отношение массы летучих веществ к единице массы топлива (в %) и пересчитанный на cyxoe беззольное его состояние V daf характеризует состав и его органич. вещества. Для V daf составляет ок. 70%, горючих сланцев 70-85%, гумусовых углей бурых в пределах 60-33%, кам. углей 50-8%, антрацитов 9-2%. Bеличина V daf используется в CCCP и за рубежом как один из осн. параметров классификаций подразделения кам. углей на марки; для классификации антрацитов определяется объёмный B. л. в. - объём газов разложения единицы массы антрацита V daf м 3 /кг. Для снижения искажающего влияния на величину B. л. в. неорганич. примесей в топливе определение B. л. в. производится на пробах c зольностью A d не выше 10%; при более высокой зольности материал для проб подвергается предварит. обогащению. K. B. Mиронов.

Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984-1991 .

Смотреть что такое "Выход летучих веществ" в других словарях:

Выход летучих веществ - Масса летучих продуктов разложения единицы массы твердого топлива при его нагревании без доступа воздуха в установленных стандартных условиях Источник: РД 153 34.0 44.219 00: Топливо твердое минеральное. Определение теплоты сгорания летучих… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

выход летучих веществ - Количество газо и парообразных веществ, выделяющихся при нагревании топлива без доступа воздуха в определённых условиях с поправкой на содержание влаги [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN… …

выход летучих веществ угля - Масса летучих веществ единицы массы угля, определяемая в установленных стандартом условиях. [ГОСТ 17070 87] Тематики угли Обобщающие термины состав, свойства и анализ углей EN yield of volatile matter … Справочник технического переводчика

выход летучих веществ на сухую беззольную массу топлива - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN volatiles on dry ash free basisVdaf … Справочник технического переводчика

Выход летучих веществ угля - 77. Выход летучих веществ угля Е. Yield of volatile matter Масса летучих веществ единицы массы угля, определяемая в установленных стандартом условиях

Cтраница 1

Летучие вещества угля, образующиеся при нагревании его без доступа воздуха, представляют газообразные и парообразные продукты разложения угля.  

Известно, что летучие вещества углей содержат значительный процент водорода и углеводородных газов. Летучие же вещества, выделяемые уносами, состоят в основном из окислов СО и COs независимо от типа исходного угля. При этом, если для исходных уносов в газообразных летучих преобладает СОя, то для обеззоленных - СО. Суммарный выход водорода и метана из обеззоленных уносов близок к выходу этих продуктов при термическом разложении коксов. Все это позволяет сделать вывод, что частицы топлива подвергались воздействию высокой температуры. По-видимому, процесс сорбции газа частицами кокса происходит после охлаждения запыленного потока. Данные по исследованию пористой структуры горючей части уноса также указывают на то, что несгоревшие частицы топлива прошли высокотемпературную обработку.  

На рис. 159 представлена зависимость давления распирания от выхода летучих веществ угля. Для углей, выход летучих веществ которых находится в пределах 17 - 21 %, корреляции совсем не наблюдается. Однако имеется возможность очертить зону, включающую неоднородные угли (кривая с прерывистой линией), дающие незначительное давление распирания.  

Приведенные соображения в упрощенной форме дают ответ на вопрос, почему показатель выхода летучих веществ углей зависит от их элементарного состава, особенно от содержащегося в них водорода. Гидрогенизация углей, даже очень умеренная, в значительной степени увеличивает выход смолы и бензола.  

При обжиге образуется окись меди, которая частично переходит в закись меди вследствие восстановительного действия углерода и летучих веществ угля. При действии серного ангидрида на окись меди частично также образуется сернокислая медь.  

Из смолы производится жидкое синтетическое топливо. Летучее вещество угля в парогазовом состоянии подвергается конверсии с получением синте-газов и водорода. Определенная часть смеси поступает на очистку, сжижение и разделение. Производится каталитическое превращение ортоводорода в пароводород. Некоторая часть синтез-газов и водорода используется непосредственно в регионе месторождения канско-ачинского угля для переработки мазута в светлое моторное топливо, синтеза аммиака и карбамида, метанола и прямого восстановления руд. Полученные химические продукты транспортируются дальним потребителям. Электроэнергия передается в районы потребления, например, европейскую часть СССР.  

Вода, полученная после сжигания флотационных хвостов при 320 С, имеет кислую реакцию (рН 5) и довольно высокое ХПК (550 мг / л), хотя в золе углерода не обнаружено. Это объясняется растворением в воде образующегося при окислении серы серного ангидрида и летучих веществ угля, а также образованием продуктов их неполного окисления. Этот факт объясняется присутствием в газовой фазе системы при температуре 300е С паров органических веществ.  

Вода, полученная после сжигания флотационных хвостов при 320 С, имеет кислую реакцию (рН 5) и довольно высокое ХПК (550 мг / л), хотя в золе углерода не обнаружено. Это объясняется растворением в воде образующегося при окислении серы серного ангидрида и летучих веществ угля, а также образованием продуктов их неполного окисления. Этот факт объясняется присутствием в газовой фазе системы при температуре 300 С паров органических веществ.  

Сорбционные свойства углей связаны с развитием их внутренней поверхности или пористости. По исследованиям Кинга и Вилкинса, изменение пористости углей изменяет и их коксуемость [ 2651, характеризуемую типом коксового королька. Точки, нанесенные на графике, в котором координатами служили тип корольков кокса и выход летучих веществ пз углей, располагаются в виде изогнутой полосы. Полоса эта представляет собой не что иное, как перевернутую кривую зависимости: пористость - летучие вещества.  

Выход кокса увеличивался на каждый процент поглощенного кислорода примерно на 0 3 % от среднего выхода. При окислении она немного увеличивалась, достигала своего критического значения и затем при дальнейшем окислении быстро падала. Было найдено, что сумма количества кислорода в свежем необработанном угле и количества кислорода, поглощенного коксом, потерявшим 20 % прочности (процент остатка на сите с диаметром отверстий 6 мм после барабана), зависела линейно от выхода летучих веществ угля и уменьшалась с уменьшением летучих веществ при расчете на сухой беззольный уголь.  

Страницы:      1

Cтраница 1

Состав летучих веществ, образующихся на поверхности горящих твердых материалов, как правило, чрезвычайно сложен. Все те из них, которые представляют интерес с точки зрения пожарной опасности, являются полимерными материалами с высокой относительной молекулярной массой. Из двух основных типов полимеров (полимеров, полученных ступенчатой полимеризацией, и конденсационных полимеров) первый является простейшим, так как полимеры этого типа формируются путем непосредственного добавления мономерных звеньев к концу растущей полимерной цепи.  

В состав летучих веществ входят ценные вещества, которые широко применяются в народном хозяйстве.  

В состав летучих веществ сходят горючие газы - окись углерода СО, водород Н2, различные углеводороды CnHm и негорючие газы - азот N2, кислород О %, углекислый газ СОг и др., а также водяные пары.  

В состав летучих веществ входят растворители, разбавители влага и другие соединения, содержащиеся в лакокрасочном материале и улетучивающиеся при формировании покрытий.  

В состав летучих веществ наряду с водородом и метаном входят смолистые продукты в виде паров и мельчайших капель, которые при температуре ниже 700 С могут вызывать спекание кокса и закупоривание дымоходов и аппаратуры.  

В состав летучих веществ входят водяные пары, кислород, азот, летучая сера, а также различные углеводороды. При достаточно высокой температуре горючие компоненты в летучих веществах горят ярким пламенем, поэтому состав и количество летучих оказывают существенное влияние на процессы воспламенения и горения топлива, а также и на объем топочной камеры.  

Количество и состав летучих веществ в твердом топливе обусловливает участие и значимость в газогенераторном процессе сухой перегонки и газификации кокса, а также состав и качество получаемого генераторного газа. Поэтому для разного топлива и применительно к требованиям, предъявляемым к газу двигателями, устанавливают разные системы газогенераторов.  

На первый взгляд, может показаться, что состав летучих веществ оказывает второстепенное влияние на их горение в газовой смеси, однако такая точка зрения не позволяет разобраться в особенностях динамики пожара. Химическая активность летучих веществ оказывает влияние на характер стабилизации пламени у поверхности горючего твердого материала (разд. Последнее влияет на количество тепла, излучаемого пламенем в окружающее пространство и в сторону поверхности горения (разд. Так, летучие вещества, содержащие молекулы ароматических углеводородов типа бензола [ из углистого остатка, образованного в результате обрыва ветвей главной цепи молекул поливинилхлорида, уравнение (РЗ) ], или стирола (из полистирола), дают коптящее пламя с высокой относительной излучательной способностью (разд. Ниже будет показано, как эти факторы влияют на скорость горения твердых и жидких веществ (разд. В некоторых случаях состав летучих веществ определяет стгпень токсичности продуктов сгорания (ср.  

Немаловажным достоинством является возможность определения продуктов метаболизма живых культур, что позволяет изучать состав летучих веществ в процессе роста микрофлоры в анаэробных условиях. Большое значение для выполнения массовых анализов имеет также возможность использования уже существующих автоматических парофазных анализаторов и специальных приспособлений, описанных в гл.  

Это обусловлено как сложностью состава подобных смесей вредных веществ, корректный анализ которых с помощью одной лишь газовой хроматографии попросту невозможен, так и наличием в составе летучих веществ резины и других эластомеров высокомолекулярных соединений сложной структуры (часто с несколькими гетероатомами), анализ которых хромато-графическими метод ами чрезвычайно затруднителен.  

РСК - идентификация органических соединений азота.

Онлайн калькуляторы