ПРОИЗВОДСТВО ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ

Методы испытаний брикетов

1.1. Отбор проб брикетов и приготовление их для лабораторных и ме­ханических испытаний производится по ГОСТ 5396-77 и ГОСТ 11130-75.

1.2. Определение плотности.

1.2.1. Аппаратура:

- линейка длиной 1 м по ГОСТ 427-75;

- штангенциркуль ШП-1 по ГОСТ 166-73;

- весы с погрешностью взвешивания не более 5 г по ГОСТ 29329-92;

- гири общего назначения по ГОСТ 7328-2001.

1.2.2. Проведение испытаний.

Для испытаний с выходного лотка пресса отбирают ленту брикета длиной 500 Мм с допуском ±100 Мм. Длину ленты брикета (X) измеряют с погрешностью не более 10 мм. Диаметр внутреннего отверстия измеряют с погрешностью 1-2 Мм. Массу отобранной пробы (М) определяют путем взвешивания с погрешностью не более 0,01 Кг.

1.2.3. Обработка результатов.

Объем пробы (0 вычисляют в кубических метрах по формуле:

(1)

Где, Ь - длина пробы, М;

^ - площадь поперечного сечения брикета, равная площади Пуансона пресса, М2

У7; - площадь внутреннего отверстия (^ = я с!2/4), М2 С! - диаметр внутреннего отверстия, М.

Плотность брикета (р) определяют в килограммах на Кубический Метр по формуле:

М

Р"~' <2>

Где, М - масса пробы, Кг;

V - объем пробы, М.

Проводят замеры нескольких образцов (не менее двух).

Результаты вычисляют и округляют до 0,01 Кг/м . За окончательный расчет принимают среднеарифметическое, округленное до 0,01 Кг/м3. До­пустимое расхождение результатов вычислений ±10 %.

1.3. Определение влажности.

Сущность метода заключается в высушивании навески брикетов в сушильном шкафу при температуре 103±2°С и вычислении потери массы взятой навески.

1.3.1. Аппаратура:

- сушильный шкаф с электрическим обогревом и терморегулятором, с отверстиями для естественной вентиляции, с устойчивой температурой нагрева 103 ± 2 °С;

^ стаканчики стеклянные (бюксы) по ГОСТ 9147-80 или алюми­ниевые (диаметр 30-65 лш, высота 30-60 Мм, толщина стенок

0, 5-1,0 Мм) с крышками соответствующих размеров. Стакан­чики с крышками взвешивают с точностью до 0,001 г и хранят в специальных лабораторных шкафах;

^ термометр технический стеклянный ртутный по ГОСТ 2888-68 с ценой деления шкалы не более 20°С, для замера температуры в сушильном шкафу;

^ весы лабораторные 1-го - 3-го классов точности по ГОСТ 8.520-84, с гирями по ГОСТ 7328-2001;

^ эксикатор по ГОСТ 6371-73 с гранулированным хлористым кальцием по ГОСТ 450-77;

^ ложка или челнок для отбора пробы.

1.3.2. Проведение испытаний.

Лабораторную пробу измельченного брикета (размер частиц не более 3 лш), массой 5-10 г, перемешивают ложкой и размещают в предваритель­но взвешенную бюксу.

Бюксу без крышки с навеской брикета помещают в предварительно нагретый до температуры 103±2 °С сушильный шкаф и сушат при этой температуре в течение 4-х часов. Затем бюксу вынимают из шкафа, закры­вают крышкой, охлаждают на воздухе до комнатной температуры и взве­шивают. После взвешивания навески производят контрольное подсушива­ние в течение 30 Мин и определяют потери массы, при этом, если потери не превышают 0,01 г, сушку заканчивают и для расчета принимают по­следнюю массу. При потере массы более 0,01 г производят последующие контрольные просушивания, каждое в течение 30 Мин, до тех пор, пока разность в массе при двух последовательных взвешиваниях не будет пре­вышать 0,01 г.

Все взвешивания производятся с погрешностью до 0,01 Г.

Содержание влаги определяют по формуле:

V/ = Т' ~ т-2- ■ 100% (3)

Т2- т ’

Где, Т - масса бюксы, г;

П% и Т2 - масса бюксы с пробой, соответственно, до и после высушивания, г.

Обработку данных производят методами математической стати­стики.

/3,4, Определение зольности.

Сущность метода заключается в озолении навески брикетов в му­фельной печи и прокаливании зольного остатка при температуре 800±25 °С.

3.4.1, Оборудование и аппаратура:

• печь муфельная с электрическим обогревом и терморегулятором;

• термопара хром-никель типа ТХА по ГОСТ 6616-94 с вторичным измерительным прибором ТРМ-1А по ТУ 4211-002-46526536-00;

• тигли фарфоровые низкой формы по ГОСТ 9147-80, № 5 или № 6;

• весы лабораторные 1-го или 2-го классов по ГОСТ 8.520-84 с гирями по ГОСТ 7328-2001;

• эксикатор по ГОСТ 6371-73 с гранулированным хлористым кальци­ем по ГОСТ 450-77;

• шпатель, щипцы тигельные, ложка или челнок для отбора навесок.

3.4.2, Проведение испытаний.

Лабораторную пробу измельченного брикета (размер частиц не более 3 Мм), массой 6-8 г, помещают в предварительно взвешенную тиглю, раз - мешивают штапелем или ложкой. Затем открытую тиглю ставят в муфель - щую печь, которую нагревают до температуры 800±25 °С. При этой тем­пературе образовавшийся зольный остаток прокаливают в течение двух часов в закрытой муфельной печи.

После этого тигли с зольным остатком вынимают, охлаждают, сна­чала на воздухе в течение 5 Мин., а затем в эксикаторе до комнатной тем­пературы и взвешивают.

Тигли с зольным остатком контрольно прокаливают в течение 40 Мин. при температуре 800±25 °С, и после охлаждения и взвешивания, оп­ределяют изменение массы.

Если изменения массы в сторону уменьшения или увеличения будет менее 0,005 г, то испытания заканчивают и для расчета принимают по­следнюю массу.

При изменении массы на 0,005 г и более тигли с зольным остатком дополнительно контрольно прокаливают (каждый раз в течение 40 минут) до тех пор, пока разность в массе при двух последовательных взвешивани­ях будет менее 0,005 г.

Все взвешивания производят с погрешностью не более 0,0002 Г. Зольность брикета определяют по формуле:

3 = ^- 100,% (4)

Т»

Где, /Я/ - масса зольного остатка, Г; тн - масса навески, г.

Обработку результатов производят Методами математической стати­Стики.

“ 5.5. Определение содержания коры.

5.5.7. Аппаратура:

• весы с погрешностью взвешивания не более 1 г.

5.5.2. Проведение испытаний.

Точечные пробы (не менее 3-х), массой не менее 500 г, отбирают из емкости накопления измельченной брикетировочной массы на глубине не менее 20 См от верхнего уровня, или через равные промежутки времени в процессе подачи измельченной древесины в емкость. Точечные пробы со­единяют вместе, тщательно перемешивают и методом двукратного кварто­вания сокращают до навески массой 1 ООО Г. Из навески выбирают частицы, полностью состоящие из коры. От частиц древесины с корой, кору отде­ляют, и присоединяют к отобранной массе.

Затем всю массу коры взвешивают с погрешностью не более 1 Г.

5.5.5. Обработка результатов.

Массовую долю коры в процентах вычисляют по формуле:

*

= ■^•100 %,

Т

Где, #И] - масса коры, г;

Т - масса навески с корой, г.

Результаты вычислений округляют до первого десятичного знака.

5.6. Определение теплоты сгорания брикетов.

При горении древесины образуется зола - неорганическая часть дре­весины. Зольность древесины составляет в среднем 0,1-1,0 %, у древесной коры зольность несколько выше (для отдельных пород достигает 7 %). На­пример, зольность древесины дуба - 0,35 %, а дубовой коры - 7,2 %. На зольность влияет влажность, так сухая кора ели имеет зольность 2,1 %, влажная - 5,6 %. Древесина сучьев и ветвей образует больше золы, чем древесина ствола. Например, ветви березы при сгорании дают 0,64 % золы, а стволовая древесина - 0,16 %.

Состоит зола из кальция, натрия, калия, магния, в меньшей мере фосфора и серы и других химических элементов. Зола используется как удобрение.

Теплота сгорания - это количество теплоты, выделяющейся при

Полном сгорании единицы массы топлива. Низшую удельную теплоту сго­рания (без учета теплоты, образующейся при конденсации водяных паров) можно определить по формуле Д. И.Менделеева:

Он = 339 С + 1031 Н - 109 0-25 КДж/кг

Где, С, Н,0 - содержание в древесине углерода, водорода и кислорода, %;

IV - относительная влажность древесины, %

Где, Т - начальная масса образца;

То - масса абсолютно сухой древесины.

Теплота сгорания с учетом потерь на испарение воды, содержащейся в древесине, называется высшей теплотой сгорания.

Теплота сгорания единицы массы древесины почти не зависит от по­роды, т. к. элементный химический состав различных пород примерно оди­наковый.

Теплота сгорания абсолютно сухой древесины - 19,6-23,0 МДж/кг. Теплота сгорания хвойных пород несколько выше, чем лиственных.

Теплота сгорания снижается с повышением влажности древесины и у свежесрубленной древесины она примерно в 2 раза ниже, чем у сухой. Такой характер изменения теплоты наблюдается и при сжигании древес­ной коры.

Так, по данным Веретенника Д. Г., теплота сгорания для коры из ели меняется следующим образом:

Теплота сгорания коры немного выше, чем у древесины. Например, древесина ели имеет теплоту сгорания 4798 Ккал/кг, а коры - 4853 Ккая/кг (данные Д. Г.Веретенника)', древесина березы -4688 Ккал/кг, а кора бере­зы - 5483 Ккал/кг (данные А. Н. Померанцева),

В основном теплота сгорания древесной коры и древесины разных по­род (кроме березы) примерно одинаковые.

Низшую теплоту сгорания коры можно определить по эмпирической формуле:

TOC o "1-5" h z 6« = 19000 - 230^, КДж/кг (8)

При определении теплоты сгорания прессованного древесного топ­лива более рационально пользоваться формулой, учитывающей плотность прессуемого материала:

0’н = (>нхр, кДж/м3, (9)

Где, е» - теплота сгорания материала, из которой изготовлен брикет, КДж/кг р - плотность материала, Кг/м

3 -

Выражение теплоты сгорания в КДж/м позволяет уяснить физиче­ский смысл величины теплоты для древесины и прессованных изделий из древесины. Как видно из формулы (9) при постоянной удельной теплоте сгорания древесины (£?«) величина теплоты зависит от плотности сгорае-

Мого материала (р = Т/У, кг/м ).

Так, например, плотность некоторых древесных пород и коры древе­сины при влажности 12% составляет (кг/м3):

► Лиственница - 660;

► Ель- 445;

► Кора из ели - 730;

► Сосна - 500;

► Кора из сосны - 680;

► Береза - 630;

► Дуб-690;

► Бук - 670;

► осина-495;

► Ольха ~ 520.

Плотность влажной древесины значительно больше, например, со­сна влажностью 80 % имеет плотность 740 Кг/м3.

Плотность брикетов из шнековых прессующих установок, как пока­зывает практика, достигает значений 1100^1400 Кг/м3.

Определим низшую теплоту сгорания для древесины влажностью 10% по формуле (6):

Qh = 339x50 +1031x6 - 109x43 - 25x10 = 18199 (кДж/кг) или 4346,7 Ккал/кг.

Выразим эту величину теплоты через объем :

Q'h = 4346,7 Ккал/кг х 500 Кг/м3 = 21733,5 * 102 Ккал/м3

Где, 500 - плотность сосны влажностью 12%, Кг/м3.

Брусковые брикеты из сосны имеет теплоту сгорания:

QfH ~ 4346,7 Ккал/кг х 1200 Кг/м3 = 52160,4 х Ю2 Ккал/м3

Где, 1200 - средняя плотность брикета влажностью 10-12 %, Кг/м3.

Сравнивая эти данные видно, что в объемном выражении у брикетов из сосны теплота сгорания в 2,4 раза выше, чем у древесины сосны.

Зная удельную теплоту сгорания материала можно определить коли­чество тепла, выделяемого при полном сгорании топлива любой массы (Т):

Q = Qn^rn, ккал (10)

Где, Qh - удельная теплота сгорания, Ккал/кг т - масса материала, Кг Наивысшая температура горения древесины может достигнуть зна­чения 1550°С, однако из-за потерь в топке реальная температура горения древесины составляет 1000-1100 °С.

Свежесрубленная древесина влажностью 80 % имеет теплоту сгора­ния 6449 КДж/кг (3928,7 Ккал/кг) влажностью 100 % - 15949 КДж/кг (3809 Ккал/кг), при влажности 150 % - 14699 КДж/кг (3510 Ккал/кг). Данные рас­считаны по формуле (6).

Для сравнения приведем данные по величине теплоты сгорания дру­гих видов топлива (данные из справочника по физике), табл. 5: