Celem ćwiczenia jest określenie ciepła spalania paliwa stałego - węgla przy pomocy kalorymetru zwykłego z bombą kalorymetryczną oraz obliczenie wartości opałowej badanego paliwa.
2. PODSTAWY TEORETYCZNE ANALIZY TECHNICZNEJ PALIW STAŁYCH
W termodynamice zaś spalanie jest jedną z przemian cieplnych, dla których analizy stworzono szereg modeli pomocnych przy ocenie energetycznych skutków określonego procesu spalania. Podstawy teoretyczne spalania przedstawione są w pracach [2, 7, 10].
Spalaniem teoretycznym nazwano spalanie całkowite i zupełne, w którym stosunki składników wyjściowych i produktów reakcji są zgodne ze znanymi z chemii zależnościami stechiometrycznymi. Proces spalania może być niecałkowity i niezupełny.
Spalanie niecałkowite występuje w zasadzie tylko przy paliwach stałych i charakteryzuje się zawartością części palnych w odpadach paleniskowych - w żużlu, przesypie i lotnym popiele. Przyczyną spalania niecałkowitego są niepalne substancje mineralne tworzące popiół, którego zawartość utrudnia dopalanie się paliwa.
W przypadku spalania niezupełnego w produktach spalania pojawiają się gazy palne - CO, H2, CH4. Przyczyny spalania niezupełnego mogą być bardzo różne - za mała ilość doprowadzonego powietrza, niedostateczne wymieszanie paliwa z utleniaczem, przewlekle spalanie w wyniku zbyt niskich temperatur w palenisku i inne.
Najczęściej produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla CO, który jest gazem trudnym do dopalenia. Jego obecność w spalinach wynika z własności węgla, który jest nie tylko pierwiastkiem palnym, ale silnym środkiem redukującym. Dlatego spalanie węgla przebiega zawsze przez zgazowanie. W wyniku tego, w warstwie paliwa tworzy się CO2 wraz z CO. Tlenek węgla CO może nie znaleźć w przestrzeni paleniska warunków do spalenia. W rzeczywistym procesie spalania zachodzą bardzo złożone przemiany chemiczne.
Głównymi palnymi składnikami paliw są związki węgla i wodoru.
Paliwami nazywa się w technice materiały charakteryzujące się tym, że:
1) w procesie spalania wywiązują stosunkowo dużą ilość energii cieplnej z jednostki masy;
2) produkty ich spalania stanowią mieszaninę gazów, która może być wykorzystana jako czynnik termodynamiczny;
3) mają własności, przy których proces jest sprawny, ekonomiczny i łatwy w eksploatacji;
4) są łatwo dostępne ze względu na duże zapasy w naturze i możliwość ich łatwego wydobycia i przetwórstwa;
5) ich utleniaczem jest przede wszystkim powietrze atmosferyczne.
Z technicznego punktu widzenia paliwami nazywa się substancje celowo wykorzystywane do otrzymywania dużych ilości ciepła.
Paliwa stosowane w energetyce można podzielić na naturalne i sztuczne, a ze względu na stan skupienia - na paliwa stałe, ciekłe i gazowe.
2.1. Ciepło spalania i wartość opałowa paliw.
Najważniejszymi cechami paliwa z punktu widzenia jego praktycznego wykorzystania jest wartość opałowa i ciepło spalania
Ciepło spalania (Qs) jest to ilość ciepła, jaka się wydziela przy spalaniu całkowitym i zupełnym jednostki masy lub objętości paliwa, jeśli wszystkie produkty spalania wracają do temperatury początkowej składników, biorących udział w spaleniu, a para wodna powstała po spalaniu paliwa ulegnie skropleniu.
Dla uściślenia definicji podaje się jeszcze, że temperatura początkowa i końcowa procesu spalania ma być równa 0C z uwagi na zależność ciepła spalania od temperatury. Zależność ta w zakresie temperatur otoczenia jest bardzo słaba.
Wartością opałową paliwa (Qj) nazywa się ilość ciepła, jaka wydziela się przy spaleniu całkowitym i zupełnym jednostki masy lub objętości paliwa i ochłodzeniu produktów spalania do temperatury początkowej, którą jest 0C (lecz w tym przypadku para wodna powstała przy spalaniu nie ulegnie wykropleniu).
Przypadek ten jest niemożliwy do realizacji para wodna po ochłodzeniu spalin do 0C ulegnie zawsze wykropleniu, jednak w praktyce bardziej użyteczną wielkością jest wartość opałowa. Decyduje o tym fakt, że spaliny uchodząca ze wszystkich urządzeń cieplnych mają temperaturę wyższą od 100C, zawierają więc nieskroploną parę wodną.
Wartość opałowa Qj jest więc liczbowo równa różnicy między ciepłem spalania Qs, a ilością ciepła potrzebną do odparowania wody zawartej w paliwie oraz powstałej ze spalania wodoru z tego paliwa.
Można ją określić wzorem:
Qj = Qs r mw (1)
gdzie: Qs ciepło spalania paliwa [kJ/kg pal.]; Qj wartość opałowa paliwa [kJ/kg pal.]; r - ciepło parowania wody w temperaturze pomiaru (dla t = 0C, r = 2500 kJ/kg wody); mw - całkowita masa wody powstałej przy spaleniu jednostki masy paliwa [kg wody/kg paliwa].
Ciepła spalania i wartości opałowe poszczególnych składników paliwa podano w tablicy 2.1.
Tablica 2.1. Ciepło spalania i wartość opałowa poszczególnych składników paliwa
Równania stechiometryczne
Jednostka objętościowa1
Ciepło spalania
Qs
Wartość opałowa
Qj
Jednostka masowa
Ciepło spalania
Qs
Wartość opałowa
Qj
H2 + 102 = H2O
kJ/m3
12770
10760
kJ/kg
141974
119169
C + 1O2 = CO
kJ/m3
-
-
kJ/kg
10216
10216
C + O2 = CO2
kJ/m3
-
-
kJ/kg
33913
33913
CO + 1O2 = CO2
kJ/m3
12644
12644
kJ/kg
10132
10132
S + O2 = SO2
kJ/m3
-
-
kJ/kg
906412351
906412351
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
kJ/m3
39858
35672
kJ/kg
55601
49949
C2H4 + 3O2 = 2C02 + 2H2O
kJ/m3
64016
59955
kJ/kg
50786
47562
C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O
kJ/m3
70422
64351
kJ/kg
-
-
1) Objętość paliw gazowych wyraża się w m3mierzonych w warunkach normalnych, tzn. przy ciśnieniu 101,3 kPa, w temperaturze 0C (273,15 K).
2.2. Paliwa stałe
Do najważniejszych naturalnych paliw stałych według wzrastającego stopnia uwęglenia zalicza się: drewno, torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny, antracyt. Najstarszym geologicznie węglem o największej zawartości pierwiastka C jest antracyt (>94% C), najmłodszym torf (~30% C) [5]. Pośrednie miejsca zajmują węgiel kamienny (7088% C) oraz młodszy, mniej uwęglony węgiel brunatny (<70%C). Węgiel naturalny jest mieszaniną węgla bezpostaciowego oraz różnych organicznych związków chemicznych powstałych w wyniku uwęglania, czyli rozkładu materiału organicznego bez dostępu powietrza.
Orientacyjna charakterystykę podstawowych paliw stałych przedstawiono w tablicy 2.2.
Tablica 2.2. Orientacyjna charakterystyka podstawowych paliw stałych
Stan
paliwa
Paliwo
Drewno
Torf
Węgiel brunatny2)
Węgiel kamienny2)
Antracyt
Roboczy
Wartość opałowa Qjr
MJ/kg
7,915,5
8,412,5
6,321
1329,3
20,929,3
Zawartość wilgoci całkowitej Wtr
%
1550
30501)
1560
527
530
Zawartość popiołu Ar
%
0,51
210
720
540
535
Suchy i bezpopiołowy
Zawartość części lotnych Vdaf
%
85
6775
4060
1048
310
Zawartość pierwiastka węgla Cdaf
%
50
5362
6678
7690
9397
Zawartość wodoru Hdaf
%
6
56
47
46
13
Zawartość tlenu Odaf
%
43,9
2939
1427
315
13
Zawartość azotu Ndaf
%
0,1
2,33,3
0,73,5
1,31,8
0,51,5
Zawartość siarki palnej Scdaf
%
0
0,20,3
0,52
0,52
0,51
Wartość opałowa Qjdaf
MJ/kg
18,8
20,423,3
25,528,8
30,335,2
33,434,2
1) Świeżo wydobyty torf ma ok. 90% wilgoci. 2) Dotyczy węgli wydobywanych w kraju.
2.2.1. Węgiel kamienny.
Podstawowym paliwem energetycznym w naszym kraju jest węgiel kamienny [5]. Podstawą podziału węgla kamiennego na typy (wg PN-82/G-97002 - Węgiel kamienny. Typy) są naturalne cechy, charakteryzujące jego przydatność technologiczną, określane wg następujących wskaźników:
- zawartości części lotnych w węglu w przeliczeniu na stan suchy i bezpopiołowy Vdaf (wg PN-81/G-04516);
- zdolności spiekania, oznaczona metodą Rogi RI (wg PN-81/G-04518);;
- dylatacji - b (wg PN-81/G-04517);
- wskaźnika wolnego wydymania - SI (wg PN-81/G-04515);
- ciepła spalania w przeliczeniu na stan suchy i bezpopiołowy - Qdaf (wg PN- 81/G-04513).
Rozróżnia się następujące typy węgla kamiennego: węgiel płomienny, gazowo - płomienny, gazowy, gazowo-koksowy, ortokoksowy, metakoksowy, semikoksowy, chudy, antracyt, metaantracyt. Do węgli typowo energetycznych przeznaczonych do bezpośredniego spalania zalicza się trzy pierwsze typy. Podział na klasy węgli energetycznych w zależności od wartości opałowej w stanie roboczym Qjr i zawartości popiołu w węglu w stanie roboczym Ar jest przedstawiony w PN-82/G-97003 - Węgiel kamienny do celów energetycznych. Charakterystykę polskich energetycznych węgli kamiennych podano w tablicy 2.3 [18].
Tablica 2.3. Charakterystyka polskich energetycznych węgli kamiennych [1]
Wskaźniki
Rejon Południowo-wschodni
Rejon Wschodni
Rejon Centralny
Rejon Południowy
Części lotne, %
42,540,5
41,037,0
38,537,0
40,039,5
Koks, %
57,559,5
59,063,0
61,563,0
60,060,5
Ciepło spalania, kJ/kg
33 00031000
32 80032 600
32 60033 400
31 80032800
Zawartość C, %
80,5 76,5
78,079,5
80,581,5
77,579,5
Zawartość H2, %
5,95,2
5,25,0
5,65,3
5,85,3
Zawartość (02+ N2), %
12,416,7
16,014,2
13,212,4
16,014,1
Zawartość siarki całkowitej, %
1,32,0
0,91,3
0,8
1,3
Zawartość siarki palnej, %
1,22,0
0,81,3
0,70,8
1,21,1
Zawartość prasmoły, %
12,08,0
8,010,0
13,0
12,513,0
Wilgoć całkowita (po urobieniu), %
7,020,0
13,08,0
8,07,0
9,08,0
Wilgoć higroskopijna, %
10,04,0
8,04,5
6,02,0
6,03,0
Uwaga: Sortymenty płukane zawierają 26% wilgoci więcej. Części lotne, koks i inne składniki podano dla suchej masy palnej.
2.2.2. Inne paliwa stałe
Palne łupki charakteryzują się dużą zawartością popiołu (do 50%) i małą wilgotnością. Wartość opałowa łupków waha się w granicach 1400021000 kJ/kg. W kraju łupki spalane są po zmieszaniu z węglem o małej zawartości popiołu.
Koks i półkoks. Jednym z procesów przeróbki chemicznej węgla jest proces odgazowywania, który polega na rozkładzie termicznym paliwa ogrzewanego bez dostępu powietrza. Paliwa stałe jak drewno, torf oraz węgiel brunatny odgazowuje się prawie wyłącznie w niskich temperaturach i w tym wypadku proces ten nazywa się wytlewaniem. Ze względu na zastosowanie koksu i związane z tym wymagania techniczne rozróżnia się następujące gatunki koksu: wielkopiecowy, odlewniczy, generatorowy, opałowy, karbidowy, koksik.
Wymagania dotyczące koksu z węgla kamiennego (gatunków, sortymentów) przedstawione są w PN-86/C- 02050.0107, a półkoksu w normie PN-88/C-97957 - Półkoks z węgla kamiennego. Norma PN-86/C-02050.06 - Koks z węgla kamiennego. Koks przemysłowo-opałowy przedstawia wymagania dotyczące koksów dla celów opałowych.
Węgiel brunatny. Produkcja energii elektrycznej w krajowej energetyce zawodowej w dużym stopniu opiera się na węglu brunatnym. Podstawowe własności węgla brunatnego podano w tabl. 10.2. W węglach brunatnych spotyka się duże zawartości siarki. Zwykle wzrost ilości siarki towarzyszy wzrostowi zasolenia węgla brunatnego. Technika racjonalnego spalania węgli zasolonych w energetyce nie jest jeszcze opanowana.
Polska klasyfikacja węgli brunatnych wprowadza podział na typy w zależności od zawartości wilgoci całkowitej przeliczonej na stan bezpopiołowy oraz wydajności smoły wytlewnej przeliczonej na stan bezpopiołowy i suchy (PN-75/G- 97051.00. Węgiel brunatny. Typy).
Podział węgla brunatnego na klasy dla celów energetycznych przedstawia PN-91/G- 97051.01 - Węgiel brunatny. Klasy węgla dla celów energetycznych, podział zaś na sortymenty PN-75/G-97051.05 - Węgiel brunatny. Sortymenty.
Torf jest produktem rozkładu roślin, podobnie jak węgiel i jest geologicznie tworem najmłodszym wśród paliw kopalnych. Zależnie od sposobu wydobycia otrzymuje się torf w kawałkach (kształt cegieł), frezowany (drobne kawałki), hydrotorf (wypłukany woda - błoto wysuszone i pokruszone). Świeżo wydobyty torf ma do 90% wilgoci i jest suszony na powietrzu do 4050% zawartości wilgoci. Podstawowe własności torfu podano w tabl. 10.2.
Paliwa roślinne. Do najczęściej stosowanych paliw roślinnych zalicza się drewno i jego odpady z obróbki (trociny, wióry,...). Wyjątkowo stosowane są jako paliwa: słoma zbożowa (Qjr . 15.9 MJ/kg), paździerze z lnu (Qjr . 16.3 MJ/kg) i konopi. Podstawowe własności drewna jako paliwa podano w tabl. 10.2.
Paliwa odpadowe. Odpady palne otrzymuje się z różnych procesów technologicznych. Maja one różną wartość opałową (np. odpady starej gumy - Qjr ~13400 kJ/kg, ścinki skóry - Qjr ~18400 kJ/kg). W przemyśle papierniczym spala się ługi posulfitowe o zawartości wilgoci 1550%, zawartości popiołu 1025%, wartości opałowej 410014700 kJ/kg. Gospodarka komunalna, zwłaszcza w Europie Zachodniej, spala śmieci w specjalnych paleniskach. Wartość opałowa śmieci miejskich wynosi około Qjr = 340012500 kJ/kg.
3. ANALIZA TECHNICZNA PALIW STAŁYCH
Najważniejszymi wielkościami technicznymi charakteryzującymi paliwo stałe są: zawartość wilgoci i popiołu, zawartość części lotnych, ciepło spalania i wartość opałowa. Jednym ze składników paliwa decydującym o efektywności spalania jest wilgoć (rys. 3.1) [1].
Rys. 3.1. Schemat składu węgla i przebiegu procesu spalania [1]
Wilgoć zawartą w paliwie można podzielić na następujące rodzaje: wilgoć konstytucjonalną (chemicznie związaną z substancją), wilgoć higroskopijną (znajdującą się w powierzchniowych warstwach substancji i utrzymującą się w wyniku sił adsorpcji) oraz wilgoć zewnętrzną. Wilgoć zewnętrzna dzieli się na powierzchniową (utrzymującą się na powierzchni cząstek) i grawitacyjną (ściekającą pod działaniem siły ciążenia).
Wilgoć można podzielić wg energii wiązania z paliwem tj. na chemiczną, fizykochemiczną i fizykomechaniczną.
Wilgoć równoważną, którą ma paliwo przy względnej zawartości wilgoci powietrza 60% i temperaturze 20C nazywa się wilgocią higroskopijną lub wilgocią paliwa powietrzno-suchego. Charakteryzuje ona higroskopijne własności paliwa.
Popiół powstaje z niepalnej, mineralnej substancji paliwa. Zmniejsza on udział masy palnej, co obniża wartość opałowa paliwa, utrudnia proces spalania i zanieczyszcza powierzchnię wymiany ciepła. W zależności od ilości i postaci poszczególnych substancji, przemiany chemiczne podczas spalania wpływają na skład i właściwości powstającego popiołu. Dlatego zawartość popiołu w paliwie jest wielkością umowną i temperatura jego oznaczania nie może być dowolna (zgodnie z Polską Normą - 815ą15C). Popiół w stanie sypkim nazywamy popiołem lotnym, a w stanie stopionym i zlanym - żużlem.
Zawartość części lotnych jest jedną z najbardziej charakterystycznych cech węgla (rys. 10.3) [9]. Z każdego węgla pod wpływem ogrzewania wydziela się pewna ilość par, gazów i smół, a pozostaje pewna ilość substancji nielotnej, nazywana koksem lub pozostałością po odgazowaniu.
Wartość opałowa paliwa zależy głownie od zawartości części palnych oraz balastu, tj. głownie wilgoci i popiołu.
W celu jednoznacznego zdefiniowania stanu odniesienia paliwa wprowadzono sztucznie stworzone pochodne podstawowego składu roboczego: stan roboczy, analityczny, suchy, suchy - bezpopiołowy, organiczny.
Stan roboczy jest to stan węgla o takiej zawartości wilgoci i popiołu, jaką ma węgiel, z którego pobrano próbkę ogólną.
W stanie analitycznym zawartość wilgoci i popiołu jest taka sama, jaką posiada próbka analityczna doprowadzona do stanu równowagi z wilgocią atmosferyczną (stan powietrzno-suchy).
W stanie suchym węgiel nie zawiera wilgoci całkowitej. W stanie suchym i bezpopiołowym węgiel nie zawiera wilgoci całkowitej i popiołu a w stanie organicznym - wilgoci całkowitej i substancji mineralnej.
Przy przeliczaniu wartości parametrów paliw stałych z danego stanu na inny stosuje się współczynniki przeliczeniowe określone w PN-91/G-04510 - Paliwa stałe. Symbole i współczynniki przeliczeniowe. Nie maja one zastosowania przy przeliczaniu wartości opałowej, którą należy przeliczać zgodnie z PN-81/G- 04513 - Paliwa stałe. Oznaczanie ciepła spalania i obliczanie wartości opałowej.
3.1. Pobieranie próbek paliwa stałego do badań
Pobieranie próbek ma na celu uzyskanie niewielkiej ilości paliwa, które reprezentowałaby wszystkie cechy jakościowe badanej partii. Pobieranie, przygotowanie i sprawdzanie próbek paliw stałych omówione są w odpowiednich normach.
Wymienione normy stanowią zbiór praktycznych przepisów podających metody pobierania, pomniejszania i przygotowania próbek paliw. Od prawidłowości pobrania próbki i jej przygotowania do analizy zależy zgodność wyników oznaczeń z rzeczywistymi własnościami paliwa. Podział próbek produkcyjnych zestawiono w tablicy 3.1.
Tablica 3.1. Podział próbek produkcyjnych węgla do analizy chemicznej wg PN-90/G-04502
Próbki pierwotne
Próbki ogólne
zwykłe
specjalne
Średnie próbki laboratoryjne
zwykłe
specjalne
Próbki analityczne
zwykłe
specjalne
do oznaczania zawartości wilgoci przemijającej Wex
do oznaczania zawartości wilgoci w węglu powietrznosuchym (wilgoci higroskopijnej) Wh
do oznaczania zawartości wilgoci całkowitej Wt
11,4
0,2 S
0,2
do oznaczania zawartości wilgoci przzemijającej Wex
do oznaczania zawartości wilgoci w węglu powietrznosuchym (wilgoci higroskopijnej) Wh
do oznaczania zawartości wilgoci całkowitej Wt
3.2. Przygotowanie próbek laboratoryjnych i analitycznych.
Z próbki ogólnej, po jej odpowiednim rozdrobnieniu i wymieszaniu, wydziela się średnie próbki laboratoryjne. Wszystkie czynności związane z ich przygotowaniem powinno być prowadzone szybko w takich warunkach, aby paliwo nie zmieniło za wartości wilgoci. Przed oznaczeniem zawartości wilgoci przemijającej próbki powinny być transportowane i przechowywane w szczelnych naczyniach. Sposób pobierania i przygotowania próbek węgla do analizy przedstawiono przykładowo na rys. 3.2.
3.3. Oznaczanie zawartości wilgoci
Sposoby oznaczania zawartości wilgoci w paliwach stałych szczegółowo opisano w normie PN-80/G-04511 - Paliwa stałe. Oznaczanie zawartości wilgoci.
Wprowadza ona następujące określenia:
- wilgoć przemijająca (Wex) - jest to cześć wody zawartej w paliwie tracona podczas suszenia w powietrzu do osiągnięcia stanu przybliżonej równowagi z wilgocią powietrza otoczenia;
- wilgoć węgla powietrzno-suchego (wilgoć higroskopijna) (Wh) - jest to woda pozostała w węglu po osiągnięciu przybliżonej równowagi z wilgocią powietrza otoczenia;
- wilgoć całkowita (Wtr) - jest łączna zawartość wilgoci przemijającej i wilgoci higroskopijnej w paliwie roboczym;
- wilgoć analityczna (Wa) - jest to wilgoć zawarta w próbce analitycznej 0,2 przygotowanej do prowadzenia oznaczeń.
Rodzaje wilgoci w paliwie stałym i metody ich oznaczania wg PN-80/G-04511 przedstawiono na rys. 3.3.
Rys. 3.2. Uproszczony schemat pobierania i przygotowania próbek węgla wg PN-80/G 04502
Rys. 3.3. Rodzaje wilgoci w paliwie stałym i metody ich oznaczania wg PN-80/G - 04511
Zgodnie z PN-80/G- 04511 zawartość wilgoci przemijającej w paliwie można wyznaczyć dwoma sposobami:
- metodą suszenia na powietrzu - polegająca na suszeniu próbek paliwa o granulacji poniżej 10 mm w atmosferze powietrza w temperaturze pokojowej i na oznaczeniu wagowym ubytku masy próbki podczas suszenia;
- metodą suszarkową - jest to metoda przyspieszona, polega na wysuszeniu próbki paliwa w suszarce o temperaturze 50 ą 5C przy zapewnionej ciągłej wymianie powietrza.
Suszenie należy zakończyć, jeżeli w ciągu 2 godzin zmiana masy jest mniejsza niż 0,1% początkowej masy paliwa. Zawartość wilgoci przemijającej Wexr , w %, oblicza się wg wzoru:
m -mm -mWrex1003121=% (10.8)
gdzie: m1 - masa tacy z odważką paliwa przed suszeniem, g; m2 - masa tacy z odważką paliwa po suszeniu, g; m3 - masa tacy, g.
Dane pomiarowe podano w tablicy pomiarowej 3.2. Oznaczenie zawartości wilgoci przemijającej Wexr [%]
3.3.2. Oznaczanie zawartości wilgoci w próbce analitycznej paliwa powietrzno-suchego (higroskopijnego)
Celem oznaczenia zawartości wilgoci higroskopijnej w paliwie stosuje się dwie metody: suszarkową i destylacyjną.
Metoda suszarkowa polega na suszeniu, przez co najmniej 60 min, próbki paliwa powietrzno-suchego (o granulacji poniżej 3 mm) w suszarce w atmosferze powietrza lub azotu (paliwa utleniające się w powietrzu w temperaturze suszenia) w temperaturze 105110C i na oznaczeniu wagowym ubytku masy próbki podczas suszenia. Zawartość wilgoci w paliwie powietrzno-suchym (higroskopijnej) Wh w %, oblicza się wg wzoru:
mmmmWh1006454 - - =% (10.9)
gdzie: m4 - masa naczynia z odważką paliwa przed suszeniem, g; m5 - masa naczynia z odważką paliwa po suszeniu, g; m6 - masa naczynia, g.
Metoda destylacyjna polega na oddestylowaniu z toluenem wody zawartej w odważce paliwa (około 50 g), pomiarze objętości oddestylowanej wody po skropleniu par i obliczeniu zawartości wilgoci na podstawie masy odważki oraz objętości oddestylowanej wody wg normy PN-80/G-04511.
Dane pomiarowe podano w tablicy pomiarowej 3.3. Oznaczenie zawartości wilgoci higroskopijnej metodą suszarkową w próbce analitycznej paliwa Wh [%]
3.3.3. Oznaczenie zawartości wilgoci całkowitej.
Celem określenia zawartości wilgoci całkowitej oddzielnie oznacza się zawartość wilgoci przemijającej Wexr, po czym zawartość wilgoci w stanie powietrzno-suchym Wh a następnie zawartość wilgoci całkowitej Wtr, w %, oblicza się ze wzoru:
Popiół jest pojęciem umownym, określającym pozostałość składającą się z substancji mineralnych, otrzymaną po całkowitym spaleniu i wyprażeniu paliwa w określonych warunkach. Zawartość niepalnej substancji mineralnej w paliwie i jej skład, oznaczanej jako popiół (nazwa ogólna niepalnej substancji mineralnej w paliwie) wpływa na jego jakość i przydatność paliwa oraz własności eksploatacyjne palenisk.
Sposób oznaczania zawartości popiołu w paliwach stałych metoda spalania szczegółowo opisano w normie PN-80/G-04512 - Paliwa
ach umownych.
Wyróżnia się dwie metody spopielania paliwa:
powolnego spopielania, polegająca na stopniowym ogrzewaniu pieca do temperatury 815ą15C wraz z umieszczonym w nim tygielkami z odważkami badanego paliwa; szybkiego spo
rzanego pieca do temperatury 815ą15C i wyprażeniu ich w tej temperaturze (metody tej nie stosuje się do węgla brunatnego).
dzie szybkiego spopielania).
m -m12
z popiołem, g.
Dane pomiarowe podano w tablicy pomiarowej 3.4.
nie zawartości popiołu w próbce analitycznej paliwa stałego Aa[%]
w PN-91/G-04510 - Paliwa stałe. Symbole i współczynniki przeliczeniowe.
EKTÓW CIEPLNYCH.
Ogromna większość kalorymetrów daje się przedstawić uproszczonym mo
Zakłada się, że kalorymetr składa się z dwóch części (rys.1):
części wewnętrznej, którą stanowi napełnione naczy
Teoretyczny mo
temperaturze tz
ość miedzy jego wielkością a temperatura. Zakłada się jednorodność termiczną naczynia kalorymetru i osłony. Ciepło wydzielone w kalory
go energii cieplnej (niekoniecznie wewnętrznej) oraz części ciepła
Przyrost energii cieplnej dU naczynia kalorymetrycznego wraz z całą jego zawartością przy wzroście temperatury o dt wynosi:
dU = K dt (4.2)
gdzie: K [J/K] - współczynnik proporcjonalności nazywany pojemnością cieplną kalorymetru, będący stosunkiem ciepła zakumulowanego w kalorymetrze do przyrostu jego temperatury. Pojemność cieplna K określana jest podczas cechowania kalorymetru przy spalaniu próbki paliwa wzorcowego.
Ilość ciepła dQz przenikająca do osłony w czasie d. można wyznaczyć z zależności:
dQz = . A (t tz)d. (4.3)
gdzie: . - współczynnik proporcjonalności charakteryzujący ilość ciepła przenikająca do osłony; t, tz - temperatura wody w naczyniu kalorymetrycznym i osłonie.
Równanie bilansu cieplnego kalorymetru będzie miało postać:
dQ = K dt + . A (t tz)d. (4.4)
stad:
)( ddddzttAtKQ-+=... (4.5)
Efekt cieplny uzyskany w kalorymetrze można wyznaczyć poprzez scałkowanie równania (4.5), przy znajomości zmian temperatur t i tz w czasie pomiaru oraz stałych K i ..
5. KALORYMETRY DO OZNACZANIA CIEPŁA SPALANIA
5.1. Podział
Spośród kalorymetrów do oznaczania ciepła spalania można wyróżnić:
a) kalorymetry zwykłe, których temperatura osłony jest stała podczas pomiaru (tz = const) - przy ich pomocy pomiar przeprowadzony jest zgodnie z Polskimi Normami (PN-67/G-04513 "Paliwa stałe. Oznaczanie ciepła spalania i wartości opałowej").
b) kalorymetry adiabatyczne, których temperatura osłony jest w każdej chwili pomiaru równa zmieniającej się temperaturze naczynia kalorymetrycznego
c) mikrokalorymetry rożnych typów pozwalające określić ciepło spalania z bardzo dużą dokładnością.
5.2. Układ kalorymetryczny. Bomba kalorymetryczna
Zasadniczą częścią każdego kalorymetru do oznaczania ciepła spalania paliw stałych jest bomba kalorymetryczna, w której spala się odważkę badanego paliwa.
Bomba kalorymetryczna (rys. 5.1b) stanowi cylindryczne grubościenne naczynie ciśnieniowe wykonane z nierdzewnej stali. Odważkę paliwa w postaci sprasowanej pastylki lub pyłu w woreczku koloidalnym umieszcza się w tyglu. Zapłon paliwa jest inicjowany spaleniem drutu stalowego zawieszonego miedzy elektrodami bomby 2, do których doprowadza się w tym celu prąd elektryczny przewodami dołączonymi do bomby. W przekazywaniu płomienia uczestniczy nitka bawełniana łącząca drut stalowy z pastylką paliwa.
Spalenie paliwa następuje w atmosferze tlenu, którym napełnia się przed pomiarem bombę pod ciśnieniem 22,5 MPa (20 25 atn), przewodem 4 z zaworem zwrotnym.
Rys. 5.1. Układ kalorymetryczny do oznaczania ciepła spalania:
Kalorymetr zwykły (rys.5.1) składa się z dwóch zasadniczych części naczynia kalorymetrycznego (1) z umieszczoną wewnątrz bombą kalorymetryczną (3) i wypełnionego wodą w ilości około 2,5 kg oraz płaszcza wodnego (2) otaczającego naczynie kalorymetryczne.
Na skutek spalenia odważki paliwa w bombie następuje wzrost temperatury wody wypełniającej naczynie kalorymetryczne . Temperaturę tą mierzy się termometrem (5) z działką elementarną 0,01C zanurzonym w naczyniu.
Mieszadło (4) służy do zintensyfikowania wymiany ciepła z bombą oraz - do wyrównania temperatur wody w naczyniu kalorymetrycznym.
Płaszcz wodny stanowi naczynie o podwójnych ścianach dużej pojemności (co najmniej 15 dcm3), co zapewnić ma stałą jego temperaturę podczas pomiaru.
Szczegółowe warunki, jakie musi spełnić kalorymetr do pomiaru ciepła spalania określa norma PN-67/G-04513.
6. POMIAR ILOŚCI CIEPŁA WYDZIELONEGO W KALORYMETRZE
6.1. Pomiar temperatury płynu kalorymetrycznego.
Właściwy pomiar temperatury dzieli się na trzy okresy, w czasie których dokonuje się odczytów temperatury (rys.6.1):
a) okresu początkowego charakteryzującego się wymianą ciepła między naczyniem kalorymetrycznym a płaszczem wodnym na skutek różnicy temperatur pomiędzy nimi;
b) okresu głównego - rozpoczyna się on z chwilą zapłonu paliwa w bombie i kończy gdy temperatura kalorymetru przestanie rosnąć (zakończy się wydzielanie ciepła spalania);
c) okresu końcowego - następuje po okresie głównym i temperatura zmienia się w nim tylko na skutek wymiany ciepła osłony
Dla określenia ilości ciepła wydzielonego w kalorymetrze zwykłym stosuje się metodę poprawionego przyrostu temperatury.
Rys.6.1. Zależność temperatury wody w naczyniu kalorymetru od czasu podczas wyznaczania ciepła spalania
Temperaturę początkową naczynia kalorymetrycznego dobiera się tak aby temperatura osłony tz zawierała się między nią a przewidywaną temperaturą końcową kalorymetru w celu zmniejszenia do minimum wymiany ciepła z osłoną podczas okresu głównego.
6.2. Bilans cieplny kalorymetru zwykłego.
Dla wyznaczenia ciepła wydzielonego Q oblicza się całkowity (poprawiony) przyrost temperatury kalorymetru .tc . Przyrost ten miałby miejsce podczas wydzielania się tego efektu cieplnego, lecz wtedy, gdy naczynie kalorymetryczne byłoby izolowane adiabatycznie od otoczenia.
To ciepło wydzielone obliczamy:
Q = K .tc (6.1)
gdzie : K - pojemność cieplna kalorymetru; .tc - poprawiony przyrost temperatury:
.tc = .t + . (6.2)
gdzie: .t = tkk tk0- rzeczywisty przyrost temperatury w okresie głównym; . - poprawka na wymianę ciepła naczynia kalorymetrycznego z otoczeniem.
W dokładnych pomiarach:
.tc = (tkk +.k ) (tk0 + .0 )+ . + bt (6.3)
gdzie: .k, .0
poprawki na kalibrację termometru przy temperaturze tkk i tk0 podane w świadectwie termometru; bt - poprawka na wystający słupek rtęci obliczona z zależności:
bt = ߷[tgk (tgk - tot) tg0 (tg0 tot)] (6.4)
gdzie: = 0,00016 współczynnik rozszerzalności względnej rtęci w szkle, tot temperatura otoczenia w okresie pomiaru.
Równanie bilansu cieplnego naczynia kalorymetrycznego w dowolnym okresie w czasie d. przybiera postać:
dQ + Wd. = Kdt + .(t tz) d. (6.5)
gdzie: dQ - ciepło wydzielone w kalorymetrze; Wd. - praca mieszania (W - moc mieszania); . (t tz)d. - ciepło oddane do osłony; . - współczynnik proporcjonalności.
Całkując równanie (6.5) w czasie trwania okresu głównego otrzymujemy:
()( ... . ... . ---+.=. nnzKWdttKtQ......00 (6.6)
Przez porównanie (6.1), (6.2) i (6.6) otrzymujemy
()(00......---=..nzKWdttKn (6.7)
gdzie: (.n - .0) - czas trwania okresu głównego.
Oznaczając zztKKWtK'=+ .. , uzyskujemy
()....dttKnz.'-=.0 (6.8)
gdzie: tz' - jest poprawioną temperaturą osłony o wartość odpowiadającą zrównoważeniu pracy mieszania ciepłem wymienionym dodatkowo z osłoną, tak by bilans cieplny kalorymetru nie uległ zmianie.
W okresie początkowym i końcowym dQ = O i równanie bilansu cieplnego (8) przyjmuje postać:
WttddtKz=-+)(.. (6.9)
Okresy początkowy i końcowy są dużo krótsze od stałej czasowej kalorymetru K/., można więc przyjąć, że zmiany temperatury w tych okresach są liniowe.
Otrzymujemy więc równanie bilansu cieplnego dla tych okresów
() ()... ='-+ ='-+ WttKaWttKazz..21 (6.10)
gdzie: a1 - średni przyrost temperatury w jednostce czasu w okresie początkowym; a2 - średni przyrost temperatury w jednostce czasu w okresie końcowym; tp - średnia temperatura okresu początkowego; tk - średnia temperatura okresu końcowego.
Pomiar wyżej wymienionych wielkości a1, a2, tp, tk umożliwia wyznaczenie z równań (6.10) stałych ./K i tz', można bowiem równania te zapisać w postaci:
... ... . '=+ '=+ zkzptKtKatKtKa....21 (13)
stąd pkttaaK- - =21. i 2121aaatattpkz- - =' (6.11)
6.3 . Oznaczenie poprawki temperaturowej metodą wykreślną
Poprawkę temperaturową można wyznaczyć ze wzorów (6.8) i (6.11) jeśli mamy jest przebieg temperatury w czasie w okresach początkowym, głównym i końcowym.
Całkę we wzorze (6.6, 6.7, 6.8) znajdujemy wyznaczając pola powierzchni zawartej między linią przebiegu zmian temperatury w okresie głównym a prostą poziomą t = t'z i sumując je z odpowiednim znakiem (rys. 6.2).
Rys.6.2. Zależność temperatury wody w naczyniu kalorymetru od czasu podczas wyznaczania ciepła spalania
wyznaczanie poprawki temperatury metodą wykreślną
6.4. Oznaczenie poprawki temperaturowej metodą rachunkową
Poprawkę temperaturową można też obliczyć w sposób czysto rachunkowy podstawiając zależność (6.11) do (6.8) otrzymujemy
Należy jeszcze obliczyć całkę z przebiegu temperatury naczynia kalorymetrycznego w okresie głównym.
Dla jego wyznaczenia oraz dla określenia wielkości a1, a2, tp, tk. dokonuje się pomiarów temperatury kalorymetru, we wszystkich okresach pomiarowych co pewien z góry ustalony i jednakowy odstęp czasu. Odstęp ten jest uznany za jednostkę czasu (również do obliczenia a1 i a2).
Przyjęcie tej w zasadzie dowolnej jednostki czasu nie wpływa na wynik obliczeń, to jest na wartość Q. Jeśli kolejne temperatury pomierzone w okresie głównym są: to, t1, t2 ..... tn w odstępach czasu .. = 1 to korzystając z metody trapezów mamy:
.. -= = + + = 11020niiinttttdn... gdzie .0 - .1 = n (6.13)
podstawiając powyższe do równania (6.12) otrzymujemy:
gdzie: n liczba jednostek minutowych okresu głównego; a1 średni przyrost temperatury okresu początkowego przypadający na jedną minutę; a2 średni przyrost temperatury okresu końcowego przypadający na jedną minutę; tp i tk - średnie temperatury okresu początkowego i końcowego; t0 = tg0 temperatura początkowa okresu głównego (ostatni odczyt okresu początkowego); tn = tgk ostatni odczyt okresu głównego (początkowa temperatura okresu końcowego); tgi kolejne temperatury okresu głównego odczytywane w okresach jednominutowych.
Poprawka temperaturowa .RP obliczona z zależności (6.14) nosi nazwę poprawki Regnaulta - Pfaundlera.
()...dttnz.- 0'
Wielkość a1 i a2 oblicza się jako średnią arytmetyczną z przyrostów temperatury w jednostkach pomiarowych odstępach czasu .. okresu początkowego i końcowego, tp i tk jako średnie arytmetyczne temperatur pomierzonych w odpowiednich okresach.
Najczęściej .. = 0,5 min, czas okresu początkowego i końcowego to - tp = tk - tn = 10.. = 5 min.
Na podstawie przeprowadzonej analizy wymiany ciepła w kalorymetrze zalecane jest wyznaczanie poprawki temperaturowej dla bardzo dokładnych pomiarów ciepła spalania przy pomocy bomby kalorymetrycznej z zależności
gdzie: a1, a2 - oblicza się jako średnie z przyrostów temperatury w okresie początkowym i końcowym w jednakowych odstępach czasu .. = 30 s; m - liczba pół minut okresu głównego do momentu, kiedy temperatura wody w kalorymetrze zrówna się z temperaturą wody w osłonie, tj. tm = tz.
Całkę we wzorze (6.12) można obliczyć w sposób znacznie uproszczony przyjmując, że pierwsza temperatura okresu głównego to = tp, oraz, że do n - tego odczytu przebieg temperatury ma charakter liniowy a następnie temperatura naczynia kalorymetrycznego jest stała i równa temperaturze okresu końcowego.
Ten założony przebieg temperatury kalorymetru przedstawiony jest na rys. 8.
Rys. 6.3. Założony przebieg temperatury kalorymetru
Przy powyższych założeniach:
(mntmtttdkkpn-+ + =. ...02 (6.16)
Podstawiając powyższe do wzoru (15) otrzymujemy poprawkę temperaturową wyznaczoną wg Buntego .B
(mnamaaB-- + -=.2212 (6.17)
Zgodnie z Polskimi Normami dla oznaczania ciepła spalania węgla przyjmuje się m = 1 i otrzymuje się zależność dla wyznaczenia poprawki temperaturowej wg PN - .PN
(12221-- + -=.naaaPN (6.18)
Jedną z głównych trudności oznaczenia wydzielonego efektu cieplnego w kalorymetrze zwykłym wyżej przedstawioną metodą jest trudność w określeniu końca okresu głównego pomiaru. Przyjmuje się więc, że zakończenie okresu głównego pomiaru następuje po pięciu kolejnych odczytach jednakowych temperatur kalorymetru.
7. OKREŚLENIE CIEPŁA SPALANIA.
Efekt cieplny wydzielony w kalorymetrze jest sumą efektu cieplnego spalania odważki paliwa w ubocznych efektów cieplnych, które pojawiają się w bombie kalorymetrycznej. Ich źródłem jest synteza kwasów azotowego i siarkowego oraz spalenie drutu i nitki bawełnianej doprowadzającej płomień do paliwa
Aby dokładnie ustalić ciepło spalania paliwa należy określić ilość odpowiednich kwasów powstałych w bombie kalorymetrycznej. Można togo zaniechać stosując odpowiedni współczynnik korygujący oraz znając zawartość siarki w badanym paliwie.
Ciepło spalania można obliczyć ze wzoru:
SkmmQmQmfQQdsdbsbas- --.. . .. .- = 1 (7.1)
gdzie: Qsa - ciepło spalania paliwa w stanie analitycznym (stanie, w jakim znajduje się próbka, z której pobrano odważkę do spalenia); Q - wyznaczona wielkość efektu cieplnego w kalorymetrze; Qsb - ciepło spalania bawełny; Qsd - ciepło spalania drutu stalowego; m - masa odważki paliwa; mb -w masa nitki bawełnianej; md - masa spalonego drutu; f -współczynnik korygujący dla węgla f = 0,0015 g; dla koksu f = 0,001 g; S -procentowa zawartość siarki w paliwie; k - umowne ciepło syntezy i rozpuszczania kwasu siarkowego odniesiona do 1% zawartości siarki w paliwa; k = 95 J/g.
7.1. Oznaczenie pojemności cieplnej kalorymetru.
Oznaczanie efektu cieplnego wydzielonego w kalorymetrze wymaga znajomości jego pojemności cieplnej.
Dla jej wyznaczenia w kalorymetrach do oznaczania ciepła spalania spala się w bombie odważkę pewnego wzorca termochemicznego o znanym cieple spalania. Wzorcem tym jest najczęściej kwas benzoesowy o cieple spalania: Qswz = 26 456 kJ/kg.
Przyrost temperatury kalorymetru jest mierzony i obliczany tak samo jak podczas pomiaru ciepła spalania.
Dla określenia ilości kwasu azotowego powstałego w bombie kalorymetrycznej przemywa się ją wodą destylowaną którą po wlaniu do naczynia i ogrzaniu do wrzenia miareczkuje się 0,1 n KOH w obecności fenoloftaleiny do uzyskania trwałego różowego zabarwienia.
Pojemność cieplną kalorymetru wyznaczamy ze wzoru:
cdsdbsbwzswztVcmQmQmQK.+++ = (7.2)
gdzie: mwz- masa spalonego wzorca termochenicznego; mb - masa nitki bawełnianej; md - masa spalonego drutu; Qswz- ciepło spalania wzorca termochemicznego; Qsb - ciepło spalania bawełny; Qsd - ciepło spalania drutu stalowego; c - ciepło syntezy 0, 1 n kwasu azotowego; c = 6 J/ml; V [ml] - ilość zużytego do miareczkowania 0,1 n KOH; .tc- przyrost temperatury kalorymetru (dla kalorymetru zwykłego poprawiony przyrost temperatury).
Wyznaczona pojemność cieplna kalorymetru K jest sumą pojemności cieplnej wody Kw wypełniającej naczynie kalorymetryczne i tzw. wartości wodnej kalorymetru X, którą stanowi pojemność cieplna naczyń kalorymetrycznych
K = Kw + X (7.3)
gdzie: Kw = cpw . mw; - pojemność cieplna wody; cpw - średnie ciepło właściwe wody w okresie mierzonych temperatur; mw- masa wody w naczyniu kalorymetrycznym.
8. OBLICZANIE WARTOŚCI OPAŁOWEJ.
Wartość opałowa paliwa Qja , w kJ/kg, w stanie analitycznym oblicza się ze wzoru:
Qja = Qsa 2455(8,94 Ha Wa)0,01 (8.1)
gdzie: Qsa - ciepło spalania próbki analitycznej, w kJ/kg; Ha - zawartość wodoru w próbce analitycznej, w %; Wa- zawartość wilgoci w próbce analitycznej, %; 2455 kJ/kg - ciepło parowania wody, przyjęto zgodnie z PN- 81/G- 04513; 8.94 - współczynnik liczbowy, wynika z dokładnej wartości masy atomowej wodoru, równej 1,008.
Jeżeli zawartość wodoru Ha, w %, w paliwie nie jest znana, przybliżona jej wartość można obliczyć z zależności:
- dla węgla kamiennego:
5,18100aaaWAH-- = (8.2)
- dla węgla brunatnego:
18100aaaWAH-- = (8.3)
gdzie: Aa, Wa - zawartość popiołu i wilgoci w próbce analitycznej, %.
Przeliczanie wartości opałowej ze stanu analitycznego na inny stan przelicza się wg zależności podanych w PN- 81/G-04513 - Paliwa stałe. Oznaczanie ciepła spalania i obliczanie wartości opałowej - i tak:
Napełnić naczynie kalorymetryczne wodą o temperaturze około 1C niższą od temperatury płaszcza wodnego w ilości m = 2400 g.
Przygotować około 10 cm nitki bawełnianej i zważyć ją na wadze analitycznej.
Przygotować pastylkę z wzorca termochemicznego przez sprasowanie razem z jednym końcem nitki i zważyć na wadze analitycznej. (masa pastylki powinna być 1,3 1,5 g).
Zważyć około 5 cm drutu stalowego na wadze analitycznej.
Załadować bombę przez ułożenie pastylki w tyglu, złożenie drutu między elektrodami i przewieszenie na nim nitki bawełnianej oraz napełnienie bomby tlenem do ciśnienia 20 25 atn.
Unieść bombę z podłączonymi przewodami zapłonowymi w naczyniu kalorymetrycznym umieścić w nim mieszadło i termometr, zamknąć kalorymetr i włączyć mieszadło.
Po okresie wyrównania się temperatur (około 5 min.) rozpocząć okres pomiarowy Wszystkich odczytów temperatur kalorymetru dokonywać w odstępach 0,5 min.
Okres początkowy składa się z 11-tu pomiarów temperatury. Ostatnia temperatura okresu początkowego jest pierwszą temperaturą okresu głównego i w chwili jej odczytu należy włączyć zapłon paliwa.
Okres główny kończy się po odczycie pięciu jednakowych temperatur z dokładnością do 0,005C
Ostatnia temperatura okresu głównego jest pierwszą temperaturą okresu końcowego. Okres końcowy składa się z 11- tu pomiarów temperatury.
Po zakończeniu pomiaru rozładować kalorymetr i bombę oraz oczyścić bombę. Zważyć pozostały po spaleniu w bombie drut stalowy i wyznaczyć ilość drutu spalonego.
9.2. Oznaczenie ciepła spalania węgla.
Pomiar wykonać zgodnie z punktem 9.1. zastępując pastylkę wzorca termochemicznego pastylką wykonaną ze sproszkowanego paliwa. Wyniki pomiarów przedstawić w tablicy 9.1.
10. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARU.
Wykorzystując wyniki pomiarów (tablica 9.1)., wykonać wykresy przebiegu temperatury kalorymetru w czasie pomiarów pojemności cieplnej kalorymetru i ciepła spalania paliwa.
Wyznaczyć pojemność cieplną kalorymetru wg wzoru (7.2) metodą poprawionego przyrostu temperatury, obliczając poprawkę temperatury metodą obliczeniową.
Wyznaczyć poprawki temperaturowe i poprawione przyrosty temperatury dla pomiaru ciepła spalania paliwa metodami: wykreślną, Regnaulta-Pfaundlera, Buntego, ze wzoru (6.15) (przyjmując pewną aproksymację liniową ze wzrostu temperatury w okresie głównym) oraz poprawkę wg Polskiej Normy.
Wyznaczyć efekt cieplny wydzielony w kalorymetrze oraz ciepło spalania paliwa Qsa zgodnie z wzorem (7.1) z uwzględnieniem uprzednio określonych poprawek temperaturowych różnymi metodami. Porównać wyniki.
Obliczyć zawartość wilgoci i popiołu w badanym węglu.
Obliczyć wartość opałową badanego paliwa z zależności (8.1), (8.4) i (8.5).
1. Praca zbiorowa: Pomiary cieplne. Cz. I. Podstawowe pomiary cieplne. WNT, Warszawa 1995; 2001.
2. Wiśniewski S.: Termodynamika techniczna. WNT, Warszawa 1987.
3. Odpowiednie Polskie Normy.
4. Czapliński A. (red.).: Węgiel kamienny. Wydawnictwa AGH, Kraków 1994
5. Dokumentacja Techniczno-Ruchowa. Kalorymetr KL-10. Spółdzielnia Pracy "Precyzja" w Bydgoszczy.
6. Hnatkow R.: Doskonalenie techniki oznaczania ciepła spalania na przykładzie kwasu benzoesowego. PAK, 1983, nr 10, s. 331-333.
7. Karolczuk H.: Racjonalna gospodarka węglem energetycznym. WNT, Warszawa 1978.
8. Kordylewski W. (red.): Spalanie i paliwa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej; Wrocław 1999.
9. Mielecki T.: Wiadomości o badaniu i własnościach węgla. Śląsk. Katowice 1972.
10. Rudnicki R.: Określenie poprawki różnicy temperatur uwzględniającej przepływ ciepła miedzy układem a otoczeniem przy pomiarach kalorymetrycznych. PAK, 1976, nr 8, s.272-274.
TABLICE POMIAROWE
OZNACZANIA ZAWARTOŚCI WILGOCI I POPIOŁU W WĘGLU
Tablica pomiarowa 3.2.
Oznaczenie zawartości wilgoci przemijającej Wexr [%]
Próbka 1
Próbka 2
Próbka 3
masa tacy
m3 [g]
masa tacy z odważką paliwa przed suszeniem
m1 [g]
masa tacy z odważką paliwa po suszeniu
m2 [g]
zawartość wilgoci przemijającej w próbce
Wexr [%]
Średnia zawartość wilgoci przemijającej
Wexr [%]
Tablica pomiarowa 3.3.
Oznaczenie zawartości wilgoci higroskopijnej metodą suszarkową
w próbce analitycznej paliwa Wa [%]
Próbka 1
Próbka 2
Próbka 3
masa naczynia
m6 [g]
masa naczynia z odważką paliwa przed suszeniem
m4 [g]
masa naczynia z odważką paliwa po suszeniu
m5 [g]
zawartość wilgoci higroskopijnej w próbce
Wa [%]
Średnia zawartość wilgoci higroskopijnej
Wa [%]
Tablica pomiarowa 3.4.
Oznaczenie zawartości popiołu w próbce analitycznej paliwa stałego Aa [%]
Próbka 1
Próbka 2
Próbka 3
masa tygielka
m1 [g]
masa tygielka z odważką paliwa przed spopieleniem
m2 [g]
masa tygielka z popiołem
m3 [g]
zawartość popiołu w próbce analitycznej
Aa [%]
Średnia zawartość popiołu w próbce
Aa [%]
9.1. Tabela pomiarów dla oznaczenia ciepła spalania węgla
Masa wody w naczyniu kalorymetrycznym
mw[kg]
Masa drutu założonego do elektrod
md1 [g]
Masa nici bawełnianej
mb [g]
Masa drutu pozostałego po spaleniu
md2 [g]
Masa pastylki paliwa z nicią
m + mb [g]
Masa drutu spalonego
md [g]
Masa pastylki paliwa
m [g]
Wartość wodna kalorymetru
X
Ciepło właściwe wody dla temperatury tz (z tablic)
cw [kJ/kgK]
Stała kalorymetru K
K = X + cwmw
Ciepło spalania kwasu benzoesowego Qswz
26456 kJ/kg
Ciepło spalania bawełny Qsb
17460 kJ/kg
Ciepło spalania drutu chromonikielinowego Qsd
6700 kJ/kg
Pomiar temperatury wody w naczyniu kalorymetrycznym