燃料与燃烧综合实验

第二章燃料与燃烧综合实验实验一煤的工业分析煤是要紧的工业燃料之一，了解煤的质量和种类，关于合理利用和选择燃料，节约能源是十分重要的。煤的工业分析与元素分析不同，它不需要复杂的仪器设备，在一样的实验室中都可进行，因此把握煤的工业分析方式，在煤的工业应用中有着普遍意义。实验目的把握煤的工业分析方式，并由此了解判别煤的种类和质量。实验大体知识及原理煤的工业分析是测定煤的水分、灰分、挥发分产率和固定碳的质量百分含量。在测定挥发分产率的同时，利用坩埚中残留的焦渣的特点，能够初步鉴定煤的粘结性。煤的工业分析主若是采纳干燥和加热等方式。（关于液体燃料只作水分和灰分的测定。由于它的可燃成份与固体燃料不同，在受热时，极易完全转化为气态，因此不作挥发分和固定碳的测定。）三实验设备带盖的称量瓶2个，其直径为40毫米，高25毫米和20毫升挥发坩埚2个。精度为万分之一克的电子天平一台、精度为十分之一克的电子秤一台。玻璃干燥器一个，干燥剂为无水氯化钙。温度高于110°C并带有调温装置的电烘箱一台。

能加热到900°C以上并带有温度操纵装置的马弗电炉一台浅盘两个。四.实验内容及步骤煤的水分测定煤的水分包括外在水分和内在水分。吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔中的水称为内在水分；附着在煤颗粒表面上的水，称为外在水分。（1）外在水分（表面水分）的测定将盛有煤样的试样瓶取来，煤样粒度为小于13mm，量很多于500g；摇动数分钟使之混合均匀，然后把瓶盖打开，掏出约200g试样放入浅盘中测定质量（电子秤应精准到0.1g）。将煤样散置放在浅盘中，厚度约10mm，随即放入温度为45—50°C的干燥箱内，烘干至质量转变在每小时内不超过1%为止。掏出试样再在室温下自然干燥至空气干燥状态，再称质量。按下式计算表面水分W》（外在水分）：…G-GWb=1X100%G（1-1）式中：G1——干燥后煤样的质量,g;G——原始煤样的质量,g。（2）内在水分的测定（分析基水分）（指空气干燥煤样的水分含量）煤的试样需按规定的取样方式取得，然后在空气中风干粉碎，粉碎后粒度应通过60网目的筛孔（煤样粒度在0.2mm以下）。用瓶周密封好（该试样称为分析试样），以备下项实验用。1）选好称量瓶，并用精度为万分之一克的电子天平称其重量；2）将试样放入瓶中，摇动数次后再将试样掏出1克左右，放入称量过的称量瓶中，然后称其重量；3）轻轻摇动称量瓶中之试样，打开盖子放入温度为102--105C的电烘箱中干燥；4）试样在电烘箱中干燥1小时后掏出，并当即盖上盖子，置于干燥器中冷却至室温，然后称其重量；5）称重后，再放入到电烘箱中干燥半小时，掏出后称重。若是前后两次称得的重量差小于0.001克，那么以最后一次称量结果为依据，求出试样之减量。假设大于0.001克那么还需重复步骤4。由下式求出煤样的水分百分含量：试样减量试样原重量X试样减量试样原重量X100%(1-2)同一试样同时做两个，其许诺误差为％之内，取平均值。煤中全水分百分含量：阳（或W）=Wb+10：；W"xWf（1-3）煤的应用基，可通过所测得的表面水分及分析水分按下式计算，即空气干燥基（分析基）Xf换算成应用基Xy（W为全水）：tXy°Xy°100-Wy(或W)=Xfx1100-Wf（1-4）挥发分产率的测定1）将试样掏出1克左右，放入称量过的挥发坩蜗中，坩蜗盖好盖子，置于温度900±10°C的马弗电炉中加热7分钟；2）坩蜗掏出后，在空气中冷却，冷却时刻不超过5分钟，然后放入干燥器中冷却至室温；3）称其重量，求出试样减少的重量后按下式求得挥发分产率的百分含量：印=印=、试样减量x100%-Wf%试样原重量(1-5)记录坩蜗中残留焦碳的外部特点，确信煤的粘结性序数（1-8）。粉状全数是粉末，没有彼此粘着的颗粒；粘着以手指轻压即碎成粉状；弱粘结以手指轻压即碎成碎块；不熔融粘结以手指使劲压，才裂成小块。焦渣表面无光泽，下面稍有银白色光泽；不膨胀熔融粘结焦渣呈扁平的饼状，煤粒的界限不易分清，表面有银白色金属光泽；微膨胀熔融粘结用手指压不碎，焦渣表面有银白色金属光泽。但焦渣表面具有较小的膨胀泡（或小气泡）；膨胀熔融粘结焦渣的上下表面有银白色金属光泽明显膨胀，但高度不超过15毫米；强膨胀熔融粘结焦渣的上下表面有银白色金属光泽，焦渣的高度大于15毫米。灰分及固定碳的测定1）将做完挥发分产率的坩蜗打开盖子，放入温度为815±10C的马弗电炉内灼烧2小时；2）将坩蜗由炉中掏出，在空气中冷却5分钟后，再放入干燥器内冷却至室温，称出其重量，此重量即为灰分的重量，并按下式算出灰分的百分含量：Af灰分重量试样原重量x100%(1-6Af灰分重量试样原重量x100%(1-6)Ff=100%-(Wf+Vf+Af)%(1-7)式中Ff.Wf、Vf、Af均为空气干燥煤样（即分析基）的各成份的百分

含量。五.实验数据处置1）将所得数据列入表中；2）依照所得数据对煤的质量给予应有的评定;3）实验记录表。表1.煤的水分（Wf）测定记录表煤样编号外在水分测得平均值（％）称量瓶编号重量（克）煤样+称量瓶重（克）煤样重（克）煤样+称量瓶重（克）第一次干燥后第二次干燥后第三次干燥后内水分净重（克）内水分含量（％）表2.煤的挥发分产率（Vf）测定记录表煤样编号坩蜗编号坩蜗重（克）煤样+坩蜗重（克）煤样重（克）灼烧后坩蜗+残渣重（克）

灼烧后减轻量（克）挥发分产率V%坩蜗粘结性（1-8）表3.煤的灰分（Af）测定记录表煤样编号坩蜗编号坩蜗重（克）坩蜗+煤样重（克）煤样重（克）煤样+坩蜗重（克）烧后灰分净重（克）灰分%数据处置要求：计算出煤的水分、挥发分产率、灰分、煤的固定碳的质量百分含量;将水分、挥发分产率、灰分、固定碳的分析基换算成应用基；初步鉴定煤的粘结性。表4.实验结果总表Wf%Vf%Af%Ff%Wy%Vy%Ay%Fy%燃料发烧量的测定燃料的热值（或称发烧量）是表征动力燃料质量（含能量）的一个重要参数。不同的工艺要求和热工设备，需选用不同发烧量的燃料以达到经济省能的目的。因此，必需了解燃料发烧量的测定方式。固体燃料发烧量的测定（一）实验目的1）了解固体燃料（或沸点高于250°C的重质液体燃料）发烧量的测定方式;2）了解所用热量计的构造及利用方式。（二）实验大体知识及原理本实验采纳的装置为XRY—1B微机氧弹式热量计，属于变温热量计的一种。其原理是:将已知重量的燃料完全燃烧后所产生的热量，被必然量的水全数吸收，然后依照水温的升高算出燃料的发烧量（千焦耳/千克）。但在计算时应考虑到：（1）热量计本身所吸收的热量（2）电热丝发出的燃烧热（3）辐射损失的热量等等。因此所测得的固体燃料的发烧值需要进行校正热量计本身所吸收的热量，用水当量表示（即将热量计系统温度每升高一度所需要的热量换成水所需的热量来表示），求法是用已知发烧量的苯甲酸，在热量计中燃烧，算出热量计系统的水当量。本实验所用热量计的水当量已事前求出，并标在仪器上。热量计的辐射损失，可用校正温度的方式补正。本机械为一体化设计，有量热主机，氧弹配件、操纵微机和打印机四大部份。它是由以下各部份组成：量热主机由外桶、内桶、搅拌电机和氧弹组成；配件有：压饼机、充氧器、工业氧气瓶、放气阀和弹头支架等；微电脑：选用英特尔。（4）打印机（三）操作步骤实验预备1）称样：称取1g左右的煤样，压成煤饼，在电子天平上称取数据（标准到0.0002g），放到燃烧皿中；2）装入点火丝：将氧弹弹盖放在弹头支架上，取一根约9cm长的点火丝（本实验提供的是Ni_Cr丝），把点火丝与试样接触好，两头挂在两根开有斜缝的装点火丝杆上（其中一根杆也是燃烧皿托架），用锁紧小套管锁紧。注意不可让点火丝接触燃烧皿或氧弹体的其他金属部位，以避免旁路点火电流，使点火失败。为了避免样品燃烧时直冲氧弹头上的密封件，在燃烧皿上面设有圆形挡火板；3）充氧：在氧弹内加入10ml蒸馏水，拧紧氧弹盖，将充氧器接在工业氧气瓶上，把氧气导管接在氧弹上，打开气阀，限压在，往氧弹内缓缓充入氧气，压力平稳时刻不得少于30s。放入水中看不到气泡浮出，说明氧弹不漏气；4）给内桶加水：将氧弹放在内桶的氧弹座架上，向内桶加入已调好水温（约3200g），使内桶水温比外桶低，以便在测量终止时内桶水温高于外桶，温度曲线可显现明显下降。将内桶放在外桶的绝缘支座上；5）插好点火线：将氧弹戴好点火帽，插好点火电极；6）盖好外桶桶盖（将点火线卡在桶盖上留的缺口处）。微机操纵测量开启仪器右后上部的红色电源开关，这时面板上的电源指示灯被点亮。1）开机后即已启动操纵软件，选择瑞一芳测量；2）输入样品质量、仪器热容量值（本仪器热容量为15518J/K）和附加热（40J/K）（利用确信键和箭头键来输入各数值）；3）选择“开始测量”，按“确信”键，仪器即开始自动测量，必要时会有提示显现；测量终止，屏幕上显示出选择“高、低位发烧量”(测量、计算)，或“打印数据”(打印后自动退出，不计算高低位发烧量)。当把测出的硫、氢含量和应用基、分析基(空气干燥基)水分等数据输入显示屏幕后，移动光标“下一步”就可打印全数结果，即分析基的氧弹发烧量Qf、高位发烧量Q二、低位发烧量QL,或应用基高位发烧量Qww、低位发烧量Q力。发烧量的换算煤燃料的发烧量是在氧弹中测定的。在氧弹中燃烧的煤样，由于在氧弹的高温高压条件下，氮生成硝酸与硫生成硫酸都放出热量，水蒸气在高压下变成液态也会放出凝结热，因此，氧弹中测得的煤的发烧量是最大的，称为氧弹发烧量。发烧量中如不包括上述因生成硝酸与硫酸而形成的热量，那么这种发烧量称为高位发烧量。而高位发烧量与氧弹发烧量之间的关系为：(以分析基发烧量为例，可按下式计算)Qf=Qf-(94.1S+a•Qf)(2-2-1)gwdtd式中Qf——燃料的分析基氧弹发烧量，kJ/kg；Qf——燃料的分析基高位发烧量，kJ/kg；gwSt——燃料中全硫的百分含量；a当QfWkg,a=；当MJ/kg<QfWMJ/kg，a=；d当Qf>MJ/kg，a=。d发烧量中如不包括因生成硝酸与硫酸形成的热量也不包括水蒸气变成液态放出的热量，那么这种发烧量称为低位发烧量。当煤不在氧弹中燃烧而在空气中燃烧，那么氮变成游离氮逸出、硫生成二氧化硫逸出而水蒸气也可不能凝结放出凝结热。锅炉燃烧工况和排除锅炉的燃烧产物工况属于这一种情形。因此我国锅炉热效率计算中都采纳燃料的应用基低位发烧量进行计算。燃料的低位发烧量与高位发烧量之间存在必然换算关系，而以分析基发烧量为例，可按下式计算：Qf=Qf-25.12(9Hf+Wf)(2-2-2)dwgwHf=2.329+0.066Vf+0.168CRC(2-2-3)式中Qfw——燃料的分析基低位发烧量，kJ/kg；Qf——燃料的分析基高位发烧量，kJ/kg；gw

Hf,Wf,Vf,S,——燃料分析基的氢含量，水分含量,挥发分及硫的含量，代入公式中的数据为X%中去掉％只代入X值（那个地址的X值代表的是:Hf,Wf,Vf,S）；CRC焦渣特性。如需将已知的分析基低位Qf（高位Qf）发烧量换算成应用基低位Qy（高dwgwdw位Qy）发烧量,那么：gw100-WyQy=（Qf-206Hf）x-23Wy（2-2-4）dwgw100一WfQyg^w=Qyg^w=Qfgw100一Wyx100一Wf(2-2-5)本实验没做S含量，可按％计算实验要求：1.实验要重复两次，取平均值，但误差不要太大；2.请解答什么缘故高、低位发烧量要折算到应用基?实验三液体燃料性质的测定随着我国石油工业的进展，燃料油的应用日趋普遍，因此了解燃料油的性质关于燃料油的选用，燃烧设备的选用，组织燃烧都是十分重要的。液体动力燃料的要紧性质有：闪点、燃点、自燃点、粘度、比重、凝固点、发烧量等。发烧量的测定上一个实验已介绍，本实验介绍闪点、燃点、粘度的实验。一燃料油粘度的测定（一）实验目的了解液体粘度的工业测定方式及温度对粘度的阻碍。（二）实验大体知识及原理粘度是液体燃料的一个重要特性参数，对燃料的输送、雾化和燃烧有较大阻碍。对液体燃料来讲最经常使用的粘度单位有：即动粘度、运动粘度和条件粘度（或称相对粘度）。那个地址介绍条件粘度。我国采纳的条件粘度为国际上普遍采纳的恩氏粘度。在必然温度t下必然量的试样自恩格勒粘度计底部小孔流出200毫升时所需的时刻Tt和在20°C下流出同体积纯水所需的时刻K20的比值称为恩氏粘度。用符号Et表示：E———（度）（3-1-1）tK20水的流出时刻为一常数，称为水值（一样20C时200毫升的水流出时刻为50—52秒），实验时不进行这项测定，每台仪器都已测好水值，并标在仪器上。（三）实验设备实验装置如图2所示：（1）温控仪探头；（2）手动搅拌器；（3）恩式温度计;（4）加热器；（5）内锅盖；（6）内锅；（7）外锅；（8）油面高度标志；（9）木栓；（10）流出管；（11）支架；（12）粘度计瓶；（13）调整螺丝；（14）温控仪。

图2恩式粘度计结构图（四）实验步骤1）先在外锅中加入加热浴之水或油（水面最低应比油面高10mm,80°C以下用水，80C以上用油），然后把温控仪探头固定在支架上，探头头部要插入水中。2）用木栓堵住内锅低部之小孔，然后往内锅中加入试样油，油面应达到带有三个尖钉的尖端处，并在同一水平面上，盖好内锅盖，插入温度计。3）打开温控仪开关，把温控选择旋纽放在所选择的位置上，待油达到规定恰好温度时，再维持5分钟，然后迅速提起木塞，同时启动秒表，当粘度计瓶内的试液达到200毫升标线时（泡沫不计），停秒表，读取流出时刻，准确至秒，按上式计算试液的恩氏粘度。持续两个测定结果的差数不该超过以下数值：流出时刻（秒）：250以下250—500501—1000>1000许诺差值（秒）：13510取平行两次测定结果的算术平均值，作为试液的恩氏粘度。（五）实验报告1）实验记录实验名称：日期：年月日序号液体名称温度流出试验粘度粘度平均值说明测定粘度的意义及温度对粘度的阻碍，将其关系画在座标图上；对实验的准确性及造成误差的缘故加以说明；每种燃料油在一种温度下测定两次粘度，最后取平均值作为该温度下的粘度；每种燃料油必需至少测定出三个温度下的粘度值，不然无法正确画出温度与粘度的关系曲线图。二燃料油闪火点及燃烧点的测定液体燃料是易燃易爆危险品，了解它与着火、爆炸、燃烧等有关的一些性质，关于预防火灾、确保平安运行是很成心义的。（一）实验目的了解液体燃料闪火点与燃烧点的测定方式及不同，以便正确的利用燃料，达到燃料的储运平安、燃烧平安、稳固、设备高效节能。（二）实验原理当燃料油被加热时，在油的表面上将会产生油蒸汽。油温越高，油蒸汽产生的越多，在规定的条件下，将燃料油加热到它的蒸汽与空气的混合气接触火焰能发生闪火现象时的最低温度称为闪火点。这时的闪火只是瞬时的现象，当燃料油再继续加热，现在油蒸汽的产生速度也慢慢增大，在规定的条件下加热到它的蒸汽能被接触的火焰点着并持续燃烧时刻很多于5秒钟时的最低温度称为燃烧点。一样，燃烧点比闪火点高10—35°C。闪火点与燃烧点的测定方式有很多，但大体上能够分为开放式和封锁式两种，本实验采纳开放式闪火点与燃烧点测定法（也叫开口杯法）。本装置称为“布林克法”，它适用于测定润滑油与深色石油产品的测定。“开放式”实验法测得的闪点要比“封锁式”高5—10C。自燃点：测定闪点和燃点时，均须从外面引入火源。假设继续提高油温，那么油气在空气中不必外加火源即能因猛烈地氧化而自行燃烧，自行燃烧时的最低油温称为自燃点。本实验不做此项内容实验。（三）实验装置仪器装置如图3所示。以/顼丁*疗S3开口内点醐定嘉结杓（1）温度计；（2）温度计尖轴；（3）立柱；（4）内士甘土埚（5）外坩土埚（6）电炉部份；（7）电炉托；（8）电器装置；（9）点火器部份。（四）操作步骤把通过处置后的内坩蜗放入装有细砂（通过锻烧）的外坩蜗中，使细砂表面距离内坩蜗的口部边缘约12毫米，并使内坩蜗底部与外坩蜗底部之间维持厚度为5—8毫米的砂层。对闪点在300°C以上的试样进行测按时，内外坩蜗底部之间的砂层厚度许诺酌量减薄，但在实验时必需维持规定的升温速度。将试样注入坩蜗，关于闪点在210C和210C以下的试样，液面距离坩蜗口部边缘为12毫米（即内坩蜗内的上刻度线处）；关于闪点在210C以上的试样，液面距离坩蜗口部边缘为18毫米（即内坩蜗内的下刻度线处）；试样向内坩蜗注入时，应幸免溅出，而且液面以上的坩蜗壁不该沾有试样。将装好试样的坩蜗平稳地放置在支架上的铁环（即电炉）中，再将温度计垂直的固定在温度计夹上，并使温度计的水银球位于内坩蜗中央，与坩蜗底和液面的距离大致相等。加热坩蜗，使试样的温