Модификация котельного топлива

3.3 Модификация котельного топлива

3.3.1 Приготовление и исследование композиций топлив

На основании проведенных исследований готовых композиций топлив, нами были созданы следующие модификации с сивушным маслом, на основе некондиционных топлив марок: флотский мазут Ф5 (лёгкое топливо) и топочный мазут марки 100 (тяжёлое топливо). В данных образцах топлив содержание серы превышает норму ГОСТ 10585-99.

Получение лабораторных образцов топлива осуществлялся прямым компаундированием вышеуказанных компонентов, кроме топлива печного марки 100, т.к. его вязкость и температура застывания (+25⁰С) при комнатной температуре не позволяют проводить данный процесс. Поэтому смешение производилось при температуре 80⁰С, обеспечивая хорошее перемешивание и предотвращая тем самым испарение значительного объёма легколетучих компонентов сивушного масла.

Для полученных композиций был проведён технический анализ, все полученные данные занесены в сводную таблицу 14.

Таблица 14 – Сводная техническая характеристика композиционных топлив

Техника эксперимента для первых трёх пунктов таблицы 14 описана ранее.

3.3.2 Определение низшей теплоты сгорания

Низшей теплотой сгорания Q_p^н топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы количества топлива, охлаждении продуктов сгорания до начальной температуры топлива, но в предположении, что влага остается в продуктах горения в парообразном состоянии.

Точные данные о теплоте сгорания получаются экспериментальным путем при помощи сжигания определенной навески топлива в специальных калориметрах, принцип действия которых заключается в измерении изменения темперы калориметрической системы с заранее известной эффективной теплоемкостью и сжигании строго определенного количества исследуемого топлива.

1 — ручка откидная; 2 — змеевик; 3 — крышка; 4 — мешалка оболочки; 5 — крышка; 6 — крышка сосуда; " — сосуд калориметрический; 8 — плита верхняя; 9 — гнездо сосуда: 10 — бомба калориметрическая; 11 — опора металлическая; 12 — подставка; 13 — ножки; 14 — поддон; 15 — плита; 16 — кожух; 17 — оболочка

Рисунок 7 - Калориметр В-08М (общий вид)

Внутреннее конструктивное устройство калориметра представлено на рисунке 7. Оболочка 17 калориметра представляет собой тонкостенный цилиндрический латунный бак, на внутренней поверхности которого расположен змеевик 2, предназначенный для прокачивания воды из водопроводной сети при необходимости охлаждения воды в оболочке. Для создания большей изотермичности дистиллированной воды, заполняющей внутренний объем, служит мешалка оболочки 4.

Сверху калориметр закрыт металлической декоративной крышкой 3 с отверстием для доступа в полость гнезда сосуда, закрывающимся легкосъемной крышкой 5, на которой имеются два отверстия для метастатического термометра или двух термометров сопротивления.

Калориметрический сосуд

Устройство калориметрического сосуда представлено на рисунке 8. Металлическая опора 11 предназначена для крепления калориметрической бомбы 10. Сверху горловина калориметрического сосуда закрывается крышкой 6 с токоподводами цепи зажигания.

На дне калориметрического сосуда имеется подпятник 1 для оси мешалки 2. На оси закреплены две крыльчатки 3. Между крыльчатками находится нагреватель электрический 4 сосуда, закрепленный специальными планками на верхней крышке. Электропитание нагревателя осуществляется через клемму штырьковую 7.

1— корпус; 2 — крышка; 3 — гайка накидная; 4 — прокладка; 5 — кольцо металлическое; 5 — гайка; 7— шайба; 8 — прокладка.

Рисунок 8 – Калориметрический сосуд I типа

Через фторопластовую втулку 5 ось мешалки выходит за пределы калориметрического сосуда. На верхней крышке сосуда расположены два ушка б для извлечения его из гнезда и переноски посредством ручки, а также два отверстия для установки термометров сопротивления.

Ход работы.

Испытуемое топливо выдерживают 30 мин при температуре 40-50°С в сушильном шкафу или на водяной бане. Затем пробу испытуемого нефтепродукта хорошо перемешивают встряхиванием в течение 5 мин в склянке, заполненной не более чем на 3/4 ее вместимости. После перемешивания пробы из нее берут в предварительно взвешенную чашечку для сжигания 0.6 - 0.8 г топлива с погрешностью не более 0.0002 г.

Отрезок запальной проволоки, длиной 65 - 70 мм взвешивают на аналитических весах с погрешностью не более 0.0002 г. Затем проволоку прикрепляют к внутренней арматуре бомбы, плотно присоединяя один конец ее к кислородоподводящей трубке, а другой — к токоведущему штифту (рисунок 8) и вытягивают среднюю часть отрезка проволоки, не свертывая ее в петлю.

Чашечку с навеской топлива помещают в кольцо токоведущего штифта. Вытянутая средняя часть укрепленного отрезка проволоки погружается в нефтепродукт, находящийся в чашечке.

Для испытаний корпус бомбы типа I (рисунок 8) наливают дистиллированную воду. Бомбу устанавливают в подставку и медленно наполняют кислородом, не вытесняя из нее воздух. Для этого следует закрыть выходной клапан «2», а входной клапан «1» открыть ключом на половину оборота и присоединить к нему кислородопроводную трубку с накидной гайкой от стойки с манометром. После этого открывают вентиль на баллоне с кислородом и устанавливают на выходе редуктора давление 2.9 МПа (30 кгс/см²).

Когда стрелка манометра остановится на требуемом делении, впускной вентиль закрывают, затем закрывают вентиль баллона и отключают кислородоподводящую трубку от бомбы. На клапаны бомбы надевают колпачки.

Бомбу проверяют на герметичность, погружая ее в прозрачный сосуд с водой. Выделение пузырьков кислорода из бомбы не допускается.

К токовым выводам подготовленной бомбы присоединяют контактные провода, другие концы которых подсоединяют к клеммам крышки калориметрического сосуда. При этом изолированный контакт на корпусе бомбы замыкается на изолированный контакт на крышке. Затем бомбу с помощью специального винта устанавливают в калориметрический сосуд таким образом, чтобы провода не препятствовали вращению мешалки сосуда.

Калориметрический сосуд заполняют дистиллированной водой с таким расчетом, чтобы верхние части бомбы были погружены в воду. Масса воды, заливаемой в сосуд должна находиться в пределах от 3000 до 3100 г. Для точного определения массы воды калориметрический сосуд следует взвесить до и после заполнения его водой с точностью 0.5 г.

Подготовленный калориметрический сосуд закрывают крышкой и ставят в оболочку калориметра на подставку (рисунок 7). К сосуду подключают электроразьем нагревателя и два штырьковых контакта цепи зажигания. Оболочку закрывают крышкой. Ось мешалки сосуда соединяют с ведущим валом двигателя, для чего рычажок привода переводят до упора вправо.

По достижении устойчивого температурного режима оболочки калориметра включают нагреватель калориметрического сосуда нажатием кнопки нагреватель сосуда. При достижении температуры воды в калориметрическом сосуде значения (24 ± 0.2) °С (отметка 0.4 по шкале метастатического термометра или 0.000 В по шкале цифрового вольтметра) нагреватель выключают. Через 30 мин нагреватель вновь включают. Окончательное отключение нагревателя сосуда производят при значении температуры 24.9 °С (отметка 0.720 В по шкале цифрового вольтметра). Выдержка производится с целью уменьшения ошибки измерения от опыта к опыту, возникающей из-за различия собственных температур бомбы в каждом опыте.

При стабилизации температуры в калориметрическом сосуде производят замер температуры (нулевой отсчет) с погрешностью не более ±0.001 деления по шкале метастатического термометра (±1 мВ по шкале цифрового вольтметра).

При сжигании топлива калориметрическое испытание условно подразделяется на три периода:

начальный— предшествующий сжиганию навески и служащий для учёта теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях на-1альной температуры испытания;

главный — в течение, которого происходит сгорание навески вещества, передача выделившейся теплоты калориметрической системе и выравнивание температуры всех ее частей;

конечный — служащий для учета теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях конечной температуры испытания.

Показания термометра снимают по сигналу зуммера или по секундомеру.

По окончании испытания выключают электродвигатель. Низшую удельную теплоту сгорания вычисляют по формуле:

Q_H^a = Q_B^a – γ*(9*H^a + W^a);

Где γ – коэффициент, учитывающий теплоту парообразования и охлаждения воды, выделившейся при сгорании топлива в калориметрической бомбе, численно равный 25 кДж/кг на 1% или на 1 кг выделившей воды;

9 – коэффициент пересчёта содержания водорода в воду;

H^a – содержание водорода в испытуемом топливе, масс %

W^a – содержание воды в пробе испытуемого топлива, масс %

Полученные значения теплоты сгорания для композиций Ф5 и Топочный 100 с сивушным маслом занесены в таблицу 14. Как и ожидалось, этот параметр снизился не на много, что благоприятно скажется на теплотворной способности.

Как видно из таблицы 14, температура вспышки в закрытом тигле очень низка, и не отвечает нормативам хранения и эксплуатации таких топлив, без специальных внедрений для обеспечения безопасности. Чтобы выяснить причину такого низкого показателя, был проведён анализ сивушного масла и его компонентов. Результаты сведены в таблицу 15 и 16.

Таблица 15 – Фракционный состав сивушного масла

Как видно из таблицы 15, в составе сивушного масла содержатся довольно таки лёгкие компоненты, а 50% этого модификатора выкипает в очень узком диапазоне. Судя по этим данным, можно предположить, что причина низкой температуры вспышки в лёгких компонентах сивушного масла

Определив наименьшую температуру вспышки компонентов сивушного масла (таблица 1), было выявлено, что причиной этого низкого показателя является влияние компонента с низкой температурой кипения сивушного масла – пропанола (н-пропиловый спирт). Измеренная температура вспышки внесена в таблицу 16.

Таблица 16 – Температура вспышки компонентов сивушного масла

Установив первопричину такого низкого показателя, можно предложить несколько способов решения данной проблемы. Одним из них является смешение сивушного масла и котельного топлива при температуре кипения пропанола (83⁰С), с перемешиванием этой композиции в течение примерно 2х часов, поддерживая заданную температуру. Способствуя, таким образом, испарению вредного компонента - пропанола. В этом случае, полученные композиции, можно, будет хранить в товарных парках или использовать по назначению без опасения. Другим способом является введение в полученное композиционное топливо специальной присадки, увеличивающей температуру вспышки. Её введение, по заявлению изготовителя, повышает температуру вспышки на 15⁰С. Кроме этого можно непосредственно вводить сивушное масло, перед сжиганием на форсунках, с помощью коллоидных мельниц, исключив, таким образом, этапы хранения полученных модифицированных топлив.