double arrow

Лабораторные методы и приборы оперативного установления технологических и физических свойств углей

Сущность определения зольности в лаборатории (ГОСТ 11022 - 75) Вес золы – взвешивают остаток после полного сжигания в муфеле двух навесок угля, взятых из проб крупностью 0—0,2 мм, и прокаливании зольного остатка при температуре 800—830°С в течение 1,5 ч (каменные угли и антрацит) или 1 ч (бурые угли, горючие сланцы).

При ускоренном методе анализа при 850—875°С зольный остаток прокаливается в течение 20 - 35 мин, а если в муфель подается кислород, то в течение 10 - 25 мин

Влага определяется по выражению

Сера содержится в органической и неорганической составляющей углей, потому определяется по отношению к сухому состоянию (в воде нет серы). Наблюдается в основном в виде тонкодисперсных включений крупностью до 4 мкм, что очень затрудняет ее удаление в процессе обогащения. Практически для этого необходимо измельчение угля и применение специальных методов обогащения, из которых наиболее эффективен центробежный. При современных схемах обогащения достигается лишь попутное снижение серы в концентрате на 10 - 15%. Определение массовой доли общей серы по ГОСТ 8606 - 72 заключается в химическом её извлечении путем сжигании навески топлива со смесью. Эшка (смесь оксида магния и углекислого натрия), растворении об-разовавшихся сульфатов, осаждении их хлористым барием и весовом определении образовавшегося сернокислого бария

Минеральные примеси. Основная масса минеральных примесей попадает в уголь из прослойков пластов и боковых пород. Часть минеральных примесей вошла в угольное вещество в процессе углеобразования. Входящая в состав угля негорючая минеральная часть при сжигании образует остаток, который называется золой. В отличие от этого понятия для оценки балласта топлива в виде минеральных примесей в стандартизации принят термин «зольность». Зольность - содержание негорючего остатка (в процентах) после сжигания топлива в стандартных условиях. Часть минеральных примесей при сжигании разлагается: из известняка выделяется углекислый газ, колчедан переходит в оксид железа и серы, а последняя выделяется в виде газа. Поэтому зольность угля не полностью характеризует содержание в нем минеральных примесей. Обычно зольность углей на 8—12% ниже содержания минеральных примесей.

Для оперативного определения балласта в топливе определяют массовую долю минеральных примесей (видимой породы) по ГОСТ 1916- 75.

Минеральными примесями по ГОСТ 1916 - 75 условно считают куски вмещающих пород и серного колчедана размером 25 мм и более, мелочью — куски размером менее нижнего предела, установленного для каждого класса грохоченного топлива, куски размером менее 6 мм - для рядового угля

По этому же стандарту определяют массовую долю мелочи. Если нужно определить оба показателя, то испытанию подвергают одну и ту же пробу. Вначале определяют массовую долю мелочи, а затем - минеральных примесей. При определении массовой доли мелочи пробу взвешивают и рассеивают на сите с отверстиями, соответствующими контролируемому нижнему пределу крупности, подрешетный продукт взвешивают.

При определении массовой доли минеральных примесей пробу взвешивают, рассеивают на сите с размером отверстий 25 x 25 мм, из надрешетного продукта выбирают и взвешивают куски минеральных примесей

Максимальная влагоемкость максимальную массовую долю влаги. При определении этого показателя определяется массовая доля влаги у бурых углей в пробе крупностью до 3 мм после насыщения ее водой и удаления поверхностной влаги фильтрованием и двукратным отжатием под прессом, а у каменных углей и антрацитов - по потере влаги при высушивании при температуре 105 - 110°С до постоянной массы аналитической пробы после насыщения водой.

Фосфор. В ряде случаев, например, для получения малофосфористого кокса в стандартах имеются ограничения массовой доли фосфора в углях. В процессе коксования весь фосфор переходит в кокс, а при доменной плавке - в чугун. Наличие фосфора является причиной ухудшения свойств металла - он приобретает хрупкость при понижении температуры и интенсивнее проходит процесс коррозии. Массовая доля фосфора в углях по ГОСТ 1932—82 определяется по анализу золы в лаборатории одним из предусмотренных этим стандартом методов - объемным, гравиметрическим или фотоколориметрическим. Допустимые относительные расхождения от

среднего результата при двух определениях в одной лаборатории составляют 10%, в разных лабораториях - 15%.

Удельная теплота сгорания - важнейший показатель энергетической ценности топлива. Значение этого показателя определяет затраты потребителей, связанные с расходом, транспортировкой и хранением угля. Удельная теплота сгорания определяется в джоулях (Дж) или килокалориях (ккал) на 1 кг топлива (1 ккал = 4,187 кДж; 1 кДж = 0,23885 ккал). Теплоту сгорания определяют по ГОСТ 147—74. В калориметрической установке (рис. 2.7) навеска угля крупностью 0 - 0,2 мм сжигается в среде кислорода под давлением. Выделяющееся тепло нагревает воду в сосуде.

Выход летучих веществ - основной показатель при определении марки углей. С увеличением стадии метаморфизма его значение уменьшается. Этот показатель является важной характеристикой углей для энергетического и технологического использования. При повышенном выходе летучих веществ топливо легко загорается. Топочные устройства и технология сжигания должны обеспечивать полное сгорание выделяющихся газов. При большом выходе летучих веществ в коксовой шихте получается кокс с низкой механической прочностью. Улавливаемые при коксовании летучие вещества являются ценным сырьем для получения химических продуктов.

Определение выхода летучих веществ по ГОСТ 6382—80 состоит в нагревании навески в закрытом тигле при темпера­туре 840—860°С в течение 7 мин. Выход летучих веществ (в процентах) определяется по разности между общей потерей массы и потерей за счет испарения влаги.

Vdaf = Pd – Рпркал100%/Рзолы

Спекаемость - свойство измельченного угля при нагревании без доступа воздуха переходить в пластическое состояние с образованием крупных пористых кусков кокса. Это свойство может быть оценено по таким стандартизованным показателям, как толщина пластического слоя и пластометрическая усадка (ГОСТ 1186 - 69), индекс Рога (ГОСТ 9318 - 79), характеристика нелетучего остатка в тигле после определения выхода летучих веществ (ГОСТ 6382—80), спекаемость (ГОСТ 201375) и показатель свободного вспучивания (ГОСТ 20330—80). Пластометрические показатели у и х определяют в пластометрическом аппарате (рис. 28). Определение этих показателей производится нагреванием под нагрузкой помещенных в герметически закрытый стальной стакан 100 г угля крупностью менее 1,6 мм, зольностью до 10% (при необходимости пробу предварительнообогащают за счет отделения в тяжелой жидкости частиц высокой плотности по ГОСТ 4790—80). Этот вид испытаний моделирует коксование угля. Коксование в стакане протекает снизу от источника тепла вверх.

Толщина пластического слоя у - один из основных классифика-ционных параметров углей и используется для оценки их как сырья для коксования. Выпускают автоматизированные пластометры, созданные в НИИЧермет, позволяющие одновременно проводить испытание двух проб.

Спекаемость углей, выраженную индексом Рога R1 определяют по ГОСТ 9318—79. Сущность метода заключается в быстром нагревании при постоянном давлении смеси угля с отощающей добавкой и определении механической прочности нелетучего остатка. Из лабораторной пробы берут навеску массой 50 г, просевают на ситах с размерами отверстий 0,2 и 0,1 мм, зерна крупностью более 0,2 мм доизмельчают. Подготовленная к испытанию проба должна содержать не менее 40% класса 0,1—0,2 мм. Расхождения между двумя определениями при RI менее 20 не должны превышать 3 единиц, при RI более 20 - 5 единиц.

Плотность. Для углей различают действительную, кажущуюся и насыпную плотности.

Действительная плотность угля ddr по ГОСТ 2160 - 82 определяется по пробе угля, измельченного до 0—0,2 мм. Для удаления из пор пузырьков воздуха раствор смачивающей жидкости с пробой угля в пикнометре кипятят в течение 1 ч и выдерживают такое же время при постоянной температуре 20°С. В результате анализа определяют объем навески, а делением ее массы на объем вычисляют действительную плотность угля.

Гравиметрический метод определения кажущейся плотности dra основан на определении массы кусков угля (не менее 10), измерении их объема путем взвешивания в воздухе и в жидкости (дистиллированной воде или минеральном масле). Взвешивание производят в цилиндрической корзинке, изготовленной из металлической сетки.

При использовании мерных ящиков размеров lXlXl м отбирают 15 - 20 точечных проб, равномерно распределенных по площади штабеля. Пробу частями засыпают во вспомогатель­ную тару (ящики) вместимостью 50 - 80 кг, взвешивают и засыпают в мерный ящик до краев и выравнивают с помощью рейки.

Насыпную плотность угля определяют отношением массы угля в каждой из перечисленных видов мерных емкостей к их объему

Механическая прочность влияет на крупность угля, выбор и условия эксплуатации транспортного и технологического оборудования. ГОСТ 15490 - 70 регламентирует два метода определения механической прочности - в большом и малом барабанах. Испытания в барабане проходят в условиях, близких к условиям транспортирования. Для удаления мелочи перед загрузкой в большой барабан пробы рассеивают на ситах с размерами отверстий, мм: 50X50 (антрацит крупностью 70—120 и более 25 мм); 25X25 (антрацит классов 25—70 и 25—125 мм). Из проб рядового угля для испытаний выделяют класс 13—100 мм. При испытании проб грохоченного каменного угля и антрацита из них предварительно отсеивают мелочь на ситах с размером отверстий, соответствующих нижнему пределу крупности. Для испытаний в малом барабане выделяют пробу крупностью 25 - 50 мм. После испытания проб в большом барабане определяют массу подрешетного продукта после рассева на тех же ситах, на которых перед испытаниями отсеивалась мелочь, а при испытании в малом барабане - на сите с размером отверстий 25 мм. Механическая прочность П (%) определяется по формуле

где G — начальная масса пробы, кг;

G(— масса надрешетного продукта, кг.

Термическая стойкость. В процессе использования сортового топлива для получения термоантрацита, в слоевом сжигании и других процессах оно подвергается термическому воздействию, влияющему на его физико-химические свойства. При этом могут увеличиваться имеющиеся в нем трещины или образовываться новые, в результате чего снижается его сопротивление дроблению. Термическая стойкость отражает механическую прочность угля после термической обработки

Дляуправления качеством в процессе добычи и обогащения угля необходимы средства оперативного определения его показателей. Разработаны электрофизические методы определения зольности, удельной теплоты сгорания, массовой доли серы и влаги. На основе этих методов созданы приборы, основанные на отборе и обработке проб с последующим анализом их традиционными методами в лабораторных условиях. В ряде приборов предусмотрена выдача сигнала для автоматического управления технологическими процессами.

Основные требования к приборным методам определения показателей качества угля - оперативность, относительно низкая погрешность и надежность. Разрабатываемые и действующие приборы рассчитаны для измерения показателей качества углей в аналитических и лабораторных пробах или в частично подготовленных пробах крупностью до 25 мм, а также для непосредственного измере­ния в технологическом или специально сформированном потоке дробленой пробы.

Преимущество приборов для измерения показателей качества в технологическом потоке топлива - отпадает необходимость в отборе и подготовке проб. Кроме снижения трудоемкости, это ценно еще и потому, что исключаются погрешности проведения этих операций.

Наиболее перспективны приборы, основанные на использовании взаимодействия ионизирующих излучений (рентгеновских и радиои-зотопных) с углем. Эти методы обладают рядом таких преимуществ, как зависимость показаний от содержания минеральных примесей, бесконтактность, возможность компенсации возмущающих факторов и измерение зольности непосредственно в потоке угля без отбора и подготовки проб.

В качестве чувствительного элемента датчика радиоактивных излучений применяют газоразрядный или сцинтилляционный счетчик. Газоразрядный счетчик представляет собой стеклянную трубку с галогенным заполнителем, катодом и анодом, к которым подведено напряжение. Под действием радиоактивного излучения газ в трубке ионизируется и возникает разряд, а на выходе счетчика - соответствующий электрический импульс. В сцинтилляционных счетчиках используют специальные кристаллы, в которых под действием излучения возникают световые вспышки, преобразующиеся в электрические импульсы и усиливающиеся с помощью фотоумножителей.

Наиболее результативной является работа по освоению приборов, основанных на обратном рассеянии излучения, на рассеянии излучения вперед, поглощении излучения и использовании двухлучевого метода измерений.

Имеется опыт использования нейтронных методов контроля для определения основных элементов, входящих в состав угля. Эти методы основаны на применении быстрых нейтронов с энергией до 14 МэВ, получаемых с помощью нейтронных генераторов. Необходимость специальной защиты и сложность аппаратуры ограничивают применение этих методов.

На угольных предприятиях страны используют разработанные УкрНИИУглеобогащением золомеры типа ЗАР, предназначенные для определения зольности аналитических проб угля. Прибор позволяет за 1,5—2 мин определить зольность угля. Шкала прибора имеет два диапазона: от 4 до 14% и от 14 до 40%.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: