BASIC PRINCIPLES AND TECHNIQUES OF THERMAL

Get Complete Project Material File(s) Now! »

OPSOMMING

Steenkool het ‘n ingewikkelde samestelling gevolglik voorsien die bestaande kort- en molekulere-ontledings sowel as die fisiese en meganiese toetse nie altyd die inligting wat deur die industrie verlang word nie. Inligting omtrent die verbrandingseienskappe van steenkool word deur die ontwerpers van oonde en stoomketels verlang. Termiese ontledings kan gebruik word om die verbrandingseienskappe van klein monsters steenkool te ondersoek. Differensiele termiese ontledings (DTA), waar temperatuur- verskille gemeet word veroorsaak deur chemiese reaksies in steenkool wat verhit word, en termogravimetriese ontledings (TGA), waar massaverlies deur verhitting veroorsaak gemeet word, is belangrike metodes wat gebruik kan word.
Aangesien resultate van bv. TGA normaalweg ontleed word sonder enige formele voorskrifte is dit wenslik om vas te stel hoe ter- miese ontleedmetodes soos DTA en TGA die beste benut kan word en om ‘n prosedure waarvolgens gegewens geYnterpreteer kan word te ontwikkel. Die probleem word benader deur DTA en TGA resultate wat van ‘n spesiaal uitgesoekte bekende groep steenkoolmonsters verkry is te bestudeer. Die monsters is voorberei volgens standaard voorskrifte vir steenkoolontledings. Aanvanklik is verwante gepubliseerde gegewens saamgestel en parameters wat gebruik word geYdentifiseer en beoordeel in die lig van toepaslike wetenskaplike beginsels. Spesiale toetse is uitgevoer om vas te stel bv. hoe betroubaar die kinetiese gegewens is wat van TG bepalings verkry word. Daar is gevind dat waardes vir aktiveringsenergie wat deur middel van TG vir steen- kool bepaal word onbetroubaar is. Deur gebruik te maak van ernpiriese rnetodes kan rnoontlik die beste grondslag vir gebruik van TG resultate gevind word. ‘n Sisteern is ontwikkel waarrnee bepaalde eksperirnente wat deur ‘n enkelsisteern van apparaat uit- gevoer kan word in rnatrysforrnaat C(g,t,r) geidentifiseer kan word. As indekse word gebruik, die aard van verhitting, soort reaksierniddel en reaksie-orngewing.
5(1,1,2) bv. dui aan dat ‘n linier stygende oondtemperatuur gebruik word om steenkool in lug te verhit. Vir beter ontleding van die TG eienskappe van soortgelyke steenkole is dit wenslik om ‘n vorm van klassifikasie toe te pas. ‘n Matrys met indekse wat bepaal word deur kwaliteit dws., as in- houd, tipe dws. vitrinietinhoud en rang. Die indekse word bereken van TG gegewens deur gebruik van forrnules wat deur die ontwerpers van die stelsel voorsien word. Gegewens wat slegs van ‘n TG toets verkry kan word, bv. S(l,l,2), word spesifikasieparameters genoern. Die inligting kan bv. betekenisvolle temperature wees wat bepaalde reaksies aandui. Verskeie ander inligting kan verkry word. Die spesifikasie parameters word gebruik om steenkole te vergelyk. Van die reeks S(i,j,k) tegnieke word slegs twee in besonderhede beskryf nl. TG dispersie 5(1,1,2) en die valoond S(3,1,2) teg- nieke.
Vir TG dispersie word die steenkoolmonster verhit teen ‘n linier stygende temperatuur terwyl die temperatuur naby die monster ook gerneet word. Hierdie tegniek dui aan hoe die steenkool opbreek in verskillende chemiese komponente vanaf kamertemperatuur tot volledige ontbranding. Die valoond behels nabootsing van werklike volledige verbranding. Die steenkool word skielik blootgestel aan ‘n hoe temperatuur in ‘n oond met vrye lug toegang. Alhoewel die model nie ideaal is nie dien dit die doel om die brandbaarheid van verskillende steenkole te toets. Ten einde ‘n aanduiding te gee van die aard van resultate wat met enkele ander S(i,j.k) tegnieke verkry is word ‘n voorbeeld van ‘n ontvlugtingstoets verstrek. Die belangrike rol wat korrelgrootte in verbranding speel word vermeld asook die samestelling en rol van vlugstowwe waarvoor toeligting uit gepubliseerde bronne verstrek word. Die cherniese strukturele samestelling van steenkool is van groot belang. Alhoewel, vanwee instrurnentele problerne kon oorspronklike inligting egter nie verstrek word nie. Baie bruikbare gegewens kon egter uit gepubliseerde bronne verkry word wat tot groot waarde was om die TG onledingsprosedure te ontplooi. Na bestudering van die groepeienskappe van die TG resultate van die toetsrnonsters is alle betekenisvolle gegewens benut om die resultate van TG tegnieke te interpreteer.

INTRODUCTION

Several methods exist for determining the properties of coal. The methods include chemical analysis, petrography and various mechanical test procedures. Results of these analytical tech- niques are used in a general sense to ensure conformity of coals to a given standard, or to select the best type for a given in- dustrial use. One of the objectives of this study is to consider the use of an additional method of coal analysis which involves weighing the coal sample while heat is applied to it. This system, referred to as Thermogravimetric Analysis (TGA), holds the promise to reveal further useful information eg about the heat yielding properties of the coal, which cannot be deduced from the standard calorific value determination.
A very elementary illustration of how the mass of a coal sample varies when it is heated at a linear rate is shown by Figure 1.1 The background against which the TG system for coal analysis is to be assessed requires explanation before the system and its at- tributes are described. All standard methods of coal analysis have been developed to a high degree of sophistication and are in common use. However, as a result of continuous industrial development specific detailed information which is required is not adequately furnished by the standard techniques. Definition of these requirements, as well as the provision of equipment for their measurement, and a descrip- tion of procedures for their application and interpretation are necessary.

CONTENTS :

• ACKNOWLEDGEMENTS
• SUMMARY
• OPSOMMING
  • INTRODUCTION
  • BASIC PRINCIPLES AND TECHNIQUES OF THERMAL
  • ANALYSIS
  • Differential thermal analysis (DTA)
  • Thermogravimetric analysis (TGA)
  • SPECIALIZED TGA OF COAL
  • Previous work
  • The TG system for coal analysis at the NICR
  • The TG dispersion technique
  • Physical characteristics of the mass loss (ML)
  • curve and its interpretation
  • TG analysis by identification of stable states
  • Combining stable states and DTA data for TG
  • analysis
  • The first differential of the ML curve (DTG)
  • The second differential of the ML curve (D2TG)
  • Discussion of the significance of the reaction
  • stages in a dispersion analysis
  • Direct information derived from the stages
  • of a dispersion analysis
  • A decomposition model for coal
  • TG Dispersion parameters
  • The ML curve for sugar char
  • The drop furnace technique
  • Physical characteristics of the burnout (BO) curve
  • The first differential (DBO) of the burnout curve
  • A mathematical analysis of the BO and DBO curves
  • An empirical approach to burning parameters
  • The kinetics of coal reactions during combustion
  • Activation energy and coal reactions
  • Kinetic data from coal
  • Diagnostic features of thermal reactions in
  • model compounds
  • Decomposition of carbonic acid
  • Burning of a high order paraffin
  • Decomposition of a potassium permanganate
  • crystal within a hydrous solution of sulphuric
  • acid and hydrogen peroxide
  • Direct decomposition of various solid state
  • inorganic compounds
  • A. Decomposition of copper sulphate
  • B. Decomposition of calcium carbonate
  • C. Decomposition of mixed calcium hydroxide
  • and calcium carbonate
  • Concluding remarks
  • TG ANALYSIS OF SOME SOUTH AFRICAN COALS
  • The Grade/Type/Rank (GTR) classification of coal
  • The selection of test samples
  • An analysis of the dispersion DTG curves of
  • a set of reference coals
  • Influence of rank variation
  • Influence of type variations
  • Influence of ash variations
  • Devolatilization phenomena
  • Granularity
  • PRACTICAL THERMAL ANALYSIS OF COAL
  • CONCLUSIONS

GET THE COMPLETE PROJECT