Лабораторная работа № 3
Определение теплоты сгорания углей по данным их влажности,
зольности и выхода летучих веществ
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 Q, представляет собой количество тепловой энергии (далее теплота, или тепло), выделяемой при полном окислении горючих компонентов топлива газообразным кислородом Q г.
Количество тепла, которое пошло на нагрев продуктов полного сгорания 1 кг или 1 нор. м3 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 
. Величина связана с как 
.
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 
|
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.
Зная 
, определяют сначала высшую теплоту сгорания рабочей массы топлив 
:
, (2)
а далее низшую теплоту сгорания рабочей массы топлив :
, (3)
где 
= кДж/кг или кДж/нор.м3; 
=
= мас. %.
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.
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.
Газообразная часть летучих веществ состоит из углеводородных газов предельного и непредельного рядов (СН4, CmHn и так далее), оксида и диоксида углерода (СО, CО2), водорода (Н2) и так далее.
В состав нелетучего остатка входит в основном углерод и минеральные примеси в виде золы.
Сущность стандартного метода определения выхода летучих веществ заключается в нагревании навески аналитической пробы угля массой 1±0,1 г без доступа воздуха при t = 900±5 °С в течение 7 мин. Выход летучих веществ определяется по потере массы исходной навески с учётом содержания влаги в топливе.